催化烟气急冷吸收塔不锈钢复合板焊接控制点探讨

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织女星水蒸汽晨报讯:全文：钢制聚四氟乙烯的冲压是催化剂气溶胶急冷稀释塔加装产品质量掌控最关键的各个环节众所周知，其沟槽产品质量间接关系到急冷塔的可靠性、抗腐蚀和电子设备的寿命，透过对钢制聚四氟乙烯的冲压方式、冲压金属材料、坡口结构设计、冲压次序和桑利县检测等各方面的深入探讨，阐释对气溶胶急冷稀释塔钢制聚四氟乙烯冲压产品质量掌控要求。

关键字：气溶胶急冷稀释塔 烟气脱硝 钢制聚四氟乙烯 冲压产品质量掌控

催化剂气溶胶含有大量的SO2、NOx和臭氧等残留物，已成为钢厂关键的水蒸汽污染物。另外，随着新《环保法》及《水蒸汽污染防治法》陆续实施，催化剂气溶胶烟气、脱硝已引起各企业的足够重视，气溶胶急冷稀释塔做为气溶胶烟气、脱硝系统的核心理念电子设备，其钢制聚四氟乙烯的冲压是加装产品质量掌控最关键的各个环节众所周知，沟槽产品质量间接关系到气溶胶急冷稀释塔的可靠性、抗腐蚀和电子设备的寿命。透过对钢制聚四氟乙烯的冲压方式、冲压金属材料、坡口结构设计、冲压次序和沟槽桑利县检测等各方面的阐释，言简意赅的介绍气溶胶急冷稀释塔钢制聚四氟乙烯冲压产品质量掌控点【1】。

一、催化剂气溶胶烟气脱硝工艺原理详述

某石化公司汽油催化剂裂化器结构设计规模330万吨/年，主要包括化学反应再造模块、分馏法模块、稀释稳定模块、发电机组模块、ED500模块和气溶胶烟气模块。气溶胶烟气模块做为汽油催化剂裂化器的关键基础建设器，采用基于NaOH铁氰化钾的EDV®5000烟气以及LoTOXTM脱硝的氧化铝气溶胶冲洗控制技术。

气溶胶急冷稀释塔是气溶胶烟气、脱氮控制技术的核心理念模块，主要主要包括气溶胶急冷区、化学反应稀释区、过滤器组件、水滴热交换器和舰桥等部分，起身蟹蛛科花1。

1、SO2的NaHCO

急冷稀释塔将SO2稀释进铁氰化钾中，提供密集的JGD5接触娱乐场所，铁氰化钾的pH值可透过添20%NaOH水溶液进行掌控。在化学反应区出现如下表所示烟气化学反应：

SO2+NaOH→NaHSO3

NaHSO3+ NaOH→Na2SO3+H2O

2、NOx的NaHCO

将一氧化碳出现模块产生的一氧化碳转化成到加热稀释塔的出口处段与再造气溶胶中的NOx出现化学反应，将其转化为N2O5，N2O5结合气溶胶中的水蒸汽形成乙酸，以上变化出现在转化成见下文加热稀释塔出口处段之间的区域。在化学反应区气溶胶被4层乳化燃烧室冲洗，NaOH 水溶液将与乙酸出现中和化学反应。乳化燃烧室同时从气溶胶中NaHCO未化学反应的一氧化碳，完成NOx掌控工艺的最后一步。化学结语如下表所示：

3O2→2O3

NO+ O3→NO2+ O2

2NO2+ O3→N2O5+ O2

N2O5+H2O→2HNO3

HNO3+NaOH→NaNO3+ H2O

3、臭氧NaHCO

气溶胶中含有的臭氧绝大部分是上游催化剂裂化化学反应模块释放气溶胶携带来的催化剂剂颗粒。气溶胶中携带的固体颗粒可用加热稀释塔内加装的过滤器组件除去，而水雾则由位于过滤器组件之上的水滴热交换器NaHCO。

4、降低外排废水的COD

当外排废水中的还原性物质（如亚硫酸钠）含量超标时，会造成严重的环境污染，而氧气可以与之出现氧化还原化学反应，有效降低外排水的COD。化学结语如下表所示：

Na2SO3+1/2O2→Na2SO4

二、气溶胶急冷稀释塔结构设计情况

催化剂气溶胶急冷稀释塔是气溶胶烟气、脱硝控制技术的核心理念模块，急冷稀释塔直径8500mm，顶部舰桥直径4250mm，全塔总高125000mm（切），内设喷头、滤清模块、水滴热交换器等。急冷稀释塔本体均采用钢制聚四氟乙烯，上部舰桥S31603+Q345R，局部采用Alloy20+Q345R，复层厚度为3mm ，急冷塔本体采用S30403+Q345R，复层厚度为4mm。气溶胶急冷稀释塔规格及材质见表1。

三、气溶胶急冷稀释塔冲压掌控点

催化剂气溶胶急冷稀释塔钢制复合钢板的冲压的关键问题是合理地选择基层、过渡层和复层的填充金属材料。由于基层与复层母材、基层与复层的冲压金属材料在成分及性能各方面有较大的差异，冲压时稀释作用强烈，由于冲压接头中碳的迁移和合金元素的扩散，容易在基层一侧产生脱碳带，沟槽中心部位碳含量增加，而奥氏体钢侧的合金元素降低。使沟槽中奥氏体形成元素减少，碳含量增加，增大了结晶裂纹的倾向；冲压熔合区可能出现马氏体组织而导致硬度和脆性增加，有产生裂纹的危险；此外，由于基层与覆层的含铬量差别较大，促使碳向覆层迁移扩散，而在其交界的沟槽金属区域形成增碳层和脱碳层，加剧熔合区的脆化或另一侧热影响区的软化。脱碳带不仅是低温冲击韧性的低值区，而且往往是裂纹的起始和延展的区带，容易引起沟槽熔合线低温冲击韧性的降低并产生裂纹。

为了有效地掌控稀释和碳迁移，故需要在复层和基层之间增加一过渡层，即冲压分为基层冲压、过渡层冲压和复层冲压，基层和复层的冲压属于同种金属材料冲压，其冲压性、焊材选择和冲压工艺由基层和复层金属金属材料决定，过渡层冲压属于异种钢冲压，其冲压性主要决定于基层和复层金属的化学物理性能、接头形式和填充金属等[3]。

四、气溶胶急冷稀释塔钢制聚四氟乙烯的冲压

1、焊前准备

冲压工艺评定

冲压方式的选择

钢制聚四氟乙烯基材的冲压可采用手动电弧焊、埋弧自动焊、CO2气体保护焊及组合方式。过渡层和复层的冲压通常采用手工电弧焊或手工氩弧焊，也可采用药芯焊丝气体保护焊或带极埋弧自动焊。

冲压金属材料的选择

基层冲压金属材料按基材的化学成份和机械性能参照相应标准和控制技术条件选择，冲压金属材料应保证沟槽金属的力学性能高于或等于相应母材的标准规定下限值。

复层的焊材选择与复层的化学成份和机械性能接近的焊材，复层选用冲压金属材料应保证沟槽金属的抗腐蚀能，当有力学性能要求时，还应保证力学性能，奥氏体钢制的冲压金属材料应保证熔敷金属的主要合金元素的含量不低于复层金属材料标准规定的下限值。

冲压过渡层的焊材应按异种钢冲压金属材料选材原则，钢制聚四氟乙烯的过渡层焊条宜选择25%Cr-13%Ni型或25%Cr-20%Ni型；复层含Mo的钢制聚四氟乙烯，宜采用25%Cr-13%Ni-Mo型焊条。

坡口的结构设计

催化剂气溶胶急冷塔钢制聚四氟乙烯冲压坡口形式需要依据接头位置、聚四氟乙烯厚度、复层沟槽的化学成份要求和耐腐蚀要求来确定。冲压接头型式的结构设计原则是在保证冲压产品质量的前提下，尽量减少填充金属量，减少熔合比，便于操作等。一般大部分冲压工作安排在基层侧进行，可减少过渡层与复层的冲压工作量，防止碳钢或低合金钢焊条与钢制复层结合，有利于掌控复层金属的化学成份和复层的冲压。钢制聚四氟乙烯对接常用坡口形式蟹蛛科花2。

坡口加工与检查，坡口及其两侧各20mm范围内进行表面清理，去除油污、水、绣及氧化皮等污物。由于奥氏体体组织有显著的冷加工硬化性，禁止强力组对致使复层变形。组对时应以复层为基准，复层等厚时对口错边量不应大于复层厚度的50%，且不大于2mm。定位沟槽应焊在基层母材上，定位沟槽应有评定合格的冲压工艺，且应由合格的焊工施焊。在组装过程中，工卡具应焊在基层一层，不得在复层上冲压工卡具，去除卡具是应防止损失基层金属，冲压处应打磨光滑。

2、冲压掌控点

冲压前应根据冲压工艺评定报告编制冲压工艺文件，冲压应先焊基层，后焊过渡层和复层，且冲压基层时不得将基层金属沉积在复层上。

基层的冲压

冲压钢制聚四氟乙烯时，为工艺实施方便，减少冲压热循环对钢制沟槽的作用，应先冲压基层部分，并将大部分冲压工作涉及在基层侧进行，以减少可能对复层的损失，冲压基层焊道不得触及和熔化复层，沟槽余高应符合标准规定。

过渡层的冲压

冲压过渡层是要在保证熔合良好的前提下，尽量采用较小直径的焊条（一般采用φ3.2mm焊条）或焊丝，较小的冲压线能量，要在熔合良好的前提下减少基材金属的熔入量，从而降低熔合比，避免复合层化学成分收影响，防止熔合去裂纹的出现，过渡层的厚度应小于2mm，并保证将基层全部覆盖。

复层的冲压

复层沟槽将做为抗腐蚀表面与工作介质接触，因此在冲压过程中应尽可能采用较小的冲压线能量，并严格掌控层间温度，对于抗腐蚀要求较高的产品，复层冲压时的道间温度应掌控在100-150℃之间，复层沟槽与复材表面保持齐平、光滑，对接沟槽余高应不大于1.5mm，角沟槽凹凸度及焊角盖度应符合结构设计图样的规定。

冲压过程中应注意保护复层的表面，防止冲压飞溅损伤复材表面，不得在复层表面随意引弧，冲压卡兰、吊环以及临时支架，不得用铁锤敲击复合层表面等，催化剂气溶胶急冷塔复层冲压时以下几个问题应引起重视：

（1） 沟槽容易产生结晶裂纹

结晶裂纹是热裂纹的一种形式，沟槽金属在结晶过程中加热到固相线附近的高温时，液态晶界在冲压应力作用下产生的裂纹。影响结晶裂纹的因素主要有两个：

稀释率的影响 冲压奥氏体复合钢板时，由于基层钢板的含碳量高于复层，复层受基层的稀释作用，使沟槽中奥氏体形成元素减少，含碳量增多，沟槽结晶时易产生微裂纹。

结晶区间的影响 奥氏体钢结晶温度区间很大，熔池结晶时在枝晶的晶界上存在S、P、Si等低熔点共晶物呈现薄膜状，这种液态薄膜在拉伸应力作用下易产生裂纹。

若冲压金属材料选择不合适或冲压工艺不恰当，钢制沟槽就可能严重稀释，形成马氏体淬硬组织；或由于铬、镍强烈渗入珠光体钢基层而严重脆化，产生裂纹。因此，冲压过渡层时，要使用含铬、镍量较多的冲压金属材料，保证沟槽金属含一定量的铁素体组织，以提高抗裂性，使之即使受到基层的稀释，也不会产生马氏体淬硬组织；同时，也应采用合适的冲压方式和冲压工艺，减小基层一侧熔深和沟槽的稀释。

（2） 热影响区容易产生液化裂纹

复合钢冲压时，奥氏体钢热影响区由于受冲压热循环影响，低熔点杂质被熔化，在冲压应力作用下产生液化裂纹。冲压时，热影响区受熔池金属的热膨胀作用产生压缩应力，当电弧移开后，随着温度的降低，压缩应力变拉伸应力。之后，热影响区晶界上存在的低熔点共晶物的液膜被拉开产生裂纹。这种裂纹是由于奥氏体系复合钢板的热影响区晶界受冲压热循环作用，低熔点共晶物液化产生的，所以称为液化裂纹。如果晶界析出物的熔点高，即使受冲压热作用瞬时产生液态膜，但在压缩应力作用下已完成结晶，当转变为拉伸应力时晶界已不存在液态膜了，所以也就不产生裂纹。

防止奥氏体系复合钢板沟槽及热影响区产生结晶裂纹和液化裂纹的主要措施为：正确制定冲压工艺，严格遵守操作规程，合理选择填充金属材料。

（3） 熔合区脆化

冲压奥氏体系复合钢板时，熔合区出现脆化的原因有如下表所示几个：

a. 结构钢焊条的影响 用结构钢焊条冲压基层钢板时，由于热作用使复层钢板局部熔化，合金元素渗入沟槽。在熔合区附近狭小区域中，搅拌作用不充分而产生马氏体组织，使熔合区硬度和脆性增加。

b. 钢制焊条的影响 用钢制焊条冲压复层钢板时，容易熔化基层钢板，使沟槽金属成分稀释，沟槽金属为奥氏体马氏体组织，使塑性和耐蚀性降低，而熔合区的脆性明显增加。

c. 碳迁移的影响 冲压时碳由低Cr的基层钢板（碳钢或低合金钢）向高Cr的钢制复层沟槽金属扩散迁移，因此在基层和复层的交界形成高硬度的增碳层和低硬度的脱碳层，引起熔合区的脆化或软化。

为了防止碳的迁移，可在基层和复层之间采用隔离沟槽（也称过渡层）。通常选用含Nb的铁素体焊条在基层钢板上冲压隔离沟槽，然后用奥氏体钢焊条冲压复层，最后用结构钢焊条冲压基层。这种工艺措施可有效地防止碳的迁移，避免在熔合区附近出现脱碳层和增碳层，从而减小了熔合区的脆化，使复合钢板的冲压接头具有较高的强度和韧性。

3、气溶胶急冷稀释塔桑利县检测及返修注意事项

气溶胶急冷稀释塔桑利县检测

桑利县检测项目按结构设计文件规定执行，A、B类射线（R.T）20%Ⅲ级合格，C、D类渗透（P.T）100%Ⅰ级合格。

返修注意事项

沟槽缺陷清除在进行缺陷清除时，如果缺陷在基层，一般用碳弧气刨予以清除；如果是在过渡层或是多次返修或拘束应力较大的部位可用角向磨光机等机械方式清除冲压缺陷，以减少坡口边缘的渗碳倾向，为了防止引弧、收弧处的缺陷叠加，返修处的坡口长度一般不小于100mm，并且两端应有一定坡度，对过渡层清除缺陷后，用着色探伤检查，以确保裂纹全部清除后再进行返修。

返修时尽量选用小直径焊条,选用工艺评定的下限参数，采用多层多道冲压法。在返修基层时，在焊基层前适当预热基层（100℃~150℃），清除坡口内的水分和杂质；冲压过程中连续施焊，掌控好线能量，保证层间温度；焊后对沟槽区加热，加热范围不可过大，一般大于钢板厚度的两倍即可，温度掌控在250℃，保温30~40分钟，以防基层和复层结合部位开裂[4]。

五、结论

催化剂气溶胶急冷稀释塔钢制聚四氟乙烯冲压只有对冲压方式、冲压金属材料、坡口结构设计、冲压次序和沟槽桑利县检测等加以全过程掌控，冲压产品质量才能得以保证，这也将为催化剂器气溶胶烟气脱硝模块长周期运行打下坚实基础，目前该台塔器已平稳运行6个月，无异常。

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