摘要：塔器作为传质、蒸馏、汽提、反应设备在石化行业内具有不可替代的作用，奥氏体不锈钢因其在特定环境下具有良好的耐腐蚀性能、耐高温性能、耐低温性能、清洁无污染性能等优点，被广泛的应用于各种装置。本文将结合奥氏体不锈钢的特性、塔器设备制造注意要点以及设备监理工程师应该重点把控之处展开讨论。
关键词：不锈钢；焊接；塔器；监理
1、奥氏体不锈钢的特点
奥氏体不锈钢又叫铬镍不锈钢，是指在常温下金相组织为奥氏体的一类不锈钢，具有良好的韧性，塑性，耐高温性能，耐低温性能，不具有磁性，焊接性能好，易切削，但是应用在具有晶间腐蚀倾向的环境中时，要做晶间腐蚀试验；化工设备中常用的奥氏体不锈钢就是300系列，例如：304L、316L、317L等，高级奥氏体不锈钢，例如：317LMN、904L、825等，超级奥氏体不锈钢，例如：254SMO、926、AL-6XN等。
2、应用范围
常见的18-8奥氏体不锈钢适用于强氧化性酸，大气，蒸汽，某些温度不高的有机酸及碱性等介质中，奥氏体不锈钢均有优良的耐均匀腐蚀的能力，但是其在某些特殊介质中，例如可能可能产生应力腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀的环境，其耐腐蚀性能就会大打折扣，因此应避免用于可能产生应力腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀的环境，特别是要避免用于含卤族离子的工艺介质。
工程中，一般用以下几项指标来评价合金的耐点腐蚀能力和耐缝隙腐蚀的能力：
①点蚀当量指数PREN：Cr%+3.3Mo+30N或Cr%+3.3Mo+16N+0.5W；
②CPT（℃）：临界点蚀温度；
③CCPT（℃）：临界缝隙腐蚀温度。
可见，Cr、Mo、N、W均是影响合金耐点腐蚀和缝隙腐蚀的重要元素。
3、合金的耐蚀原理
通常人们对于耐蚀合金会存在一个误解，认为耐蚀合金一定是耐腐蚀的，无论何时何地，其实，每一种耐蚀合金都具有选择性耐腐蚀，只有在特定的介质种类，特定的介质浓度，特定的介质温度，特定的工作压力下才具有耐腐蚀性，超出某一指标，则很可能不再耐腐蚀；例如，304钢管在干燥洁净的空气中具有优良的耐腐蚀性能，但是在海洋环境中很快就会生锈，而316钢管则表现良好，原因是316钢管中加入了耐点腐蚀、缝隙腐蚀、氯离子应力腐蚀的Mo元素，很好的避免了钢管的局部腐蚀。耐蚀合金的耐腐蚀原理是通过其表面形成的一层薄而致密的氧化膜实现的，例如奥氏体不锈钢表面的富铬氧化膜，俗称钝化膜，就是起防腐蚀作用的关键因素，这层膜的厚度是动态变化的，当最外层的氧化膜被介质腐蚀了以后，就会在金属外壁上生成一层新的氧化膜来弥补损失的厚度，让氧化膜的厚度始终保持在一定数值，但是当这层氧化膜被破坏以后，腐蚀性介质将直接作用于金属本身，耐蚀合金就失去了耐腐蚀的能力。
4、奥氏体不锈钢塔器制造常见问题
原材料问题
①现在很多项目对原材料都有指定供应商的要求，但是由于受到交货期的限制，只能到市场上找现货，有时候会夹带非指定供应商的原材料进厂，需要严格审查质保书，核对材料原始标记是否与质保书一致；有些技术协议在签订过程中对于一些细节没有注意到，后期在原材料采购投产时会出现分歧，例如：技术协议只规定了复合板的供应商范围，而未明确爆炸复合板所使用的基层和复层板材是否也有指定供应商的要求，再例如只规定了外购封头的供应商范围，但是未明确带料加工的封头厂家是否有指定范围，这些需要在审查技术协议时注意。
②材料保护及清洁度
不锈钢设备要求有独立的专用场地，专用工具，原材料要单独存放，不可与碳钢低合金钢混放，对于不锈钢表面的质量保护也是制造厂容易忽视的环节，在设备监造时，要求制造厂划出专用场地，地面铺设橡胶垫隔离灰尘、铁离子等污染物，不锈钢板材下料后表面贴纸保护，卷板机辊轴表面彻底清理后采取防护措施，必要时包覆一层聚氨酯，可有效隔离铁离子，避免产生压痕，同时车间内的铁离子含量不能超标，可通过菲洛琳试验检查。
制造问题
①不锈钢板采用等离子下料后，还应使用机械方法去除热影响区及表面淬硬层等影响焊接质量的杂质，必要时焊前坡口表面应进行液体渗透检测。
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②在夏季焊接作业时，为了降温，车间通常会安装工业用电扇，但是在焊接时不可用风扇直吹，会将保护气体吹散，熔池失去保护而容易产生气孔等缺陷。
③在焊接巡检时，发现有焊工在使用非指定供应商的焊材，这说明制造厂的焊材管理制度存在漏洞或缺失，没有建立严格的烘干、发放、回收记录，应对制造厂进行严肃处理并宣贯，对使用的该批次焊材做复验，如果不合格，应将已经焊接的焊缝去除，使用指定厂家的焊材重新施焊。
④筒节纵缝焊接后校圆要到位，测量展长和椭圆度是否符合要求。
⑤奥氏体不锈钢具有导热性差，线膨胀系数大的特点，在焊接后会有较大的焊接残余应力和焊接变形，这是大直径薄壁奥氏体不锈钢塔器环缝在焊接时经常出现的现象，称为“波浪变形”或“收腰现象”，为避免此类情况发生，通常有以下四种方法：
a、采用内坡口可减少焊接后收腰现象，焊接时先焊内侧的打底和填充，然后焊外侧的打底、填充、盖面，最后焊内侧的盖面，因为内侧盖面层直接与介质接触，最后焊接可避免其余焊道对其再次加热，晶粒再次长大，提高抗腐蚀能力；
b、避免使用埋弧焊等热输入较大的焊接方法；
c、使用电流下限值，降低线能量；
d、控制好层间温度，一般要求层间温度≤60℃，可用测温枪测量，也可以手可以触摸为判断依据；
e、焊前内部加支撑，防止焊接变形。
⑥大直径接管或补强圈与筒体焊接前，内部也应加支撑固定，防止焊接变形；焊接筒体上的小接管时，可同时焊接几个，逐个焊接每个接管角焊缝的打底层、填充层、盖面层，给每一层预留足够的降温时间，防止焊接变形和晶粒粗大，为加快冷却速度，可采用水冷，由于奥氏体不锈钢具有良好的韧塑性，不会产生淬硬倾向。
⑦奥氏体不锈钢的焊接主要有以下三个问题：
a、热裂纹 钢材及焊材内的S、P杂质在熔池凝固时会形成低熔点共晶物，如FeS，这种低熔点共晶物会后于其他金属结晶，其他金属已经结晶成固态时，低熔点共晶还处于液态；奥氏体不锈钢的导热系数低，线膨胀系数大，焊接残余应力大，易变形，低熔点共晶在焊接残余应力的拉力下就会在熔池凝固时产生裂纹，这种裂纹称之为热裂纹。严格控制母材、焊材中的S、P含量，减少焊接热输入，保证低的层间温度都是防止热裂纹的有效措施。
b、焊接接头的晶间腐蚀 当奥氏体不锈钢焊接接头在450~850℃的温度范围内长期停留，晶粒边缘的Cr就会向晶界处扩散，与碳形成碳化铬Cr23C6，而此时晶粒内部的Cr来不及补充到晶粒边缘，在晶粒边缘就会形成贫铬区，失去原有的耐腐蚀性，引起晶间腐蚀。防止措施：选择超低碳或加入稳定化元素Ti、Nb的母材和焊材，焊后采取加快冷却措施，减小在敏感区的停留时间。
c、焊接接头的应力腐蚀 要产生应力腐蚀，要有两个必要条件，即腐蚀性介质和应力，容易引起应力腐蚀的介质有盐酸、硫酸、硝酸、氢氧化钠以及其他含有氯离子的强酸强碱，应力主要是焊接残余应力，当二者都具备的条件下，就会产生应力腐蚀。据统计，在腐蚀破坏事故中，奥氏体不锈钢的应力腐蚀约占50%的比例，可见其破坏力之大。防止措施有：合理布置焊缝位置，降低焊接残余应力，采用小线能量和多层多道快速施焊，防止晶粒粗大，残余应力过大。
⑧塔器长度大，管口多，内件预焊件多，划线开孔工作量大，对每一个尺寸都要严格检查，尤其是管口方位和标高、平台直梯的方位和标高、内件的方位和标高、塔盘支撑圈的水平度等，还应注意，确定各标高时，均应以下封头与筒体的环缝为基准线，逐个往上测量定标高，不可以前一个孔的标高为基准，会产生误差累积，影响精确度。
⑨塔器长度尺寸大，焊缝多，收缩量大，如果不注意会导致总长不足，在下料和组焊时要预留收缩余量，保证每一管口的标高符合要求。
⑩奥氏体不锈钢设备出厂前应进行酸洗钝化处理，去除表面的油污、铁离子，使表面重新形成钝化膜，酸洗后不锈钢表面呈均匀的银白色金属光泽，蓝点试验检查无蓝点为合格，还应注意将设备内部的水渍排净吹干。
5、总结
塔器设备尺寸大，制造要求高，但是只要认真执行工艺文件，技术协议，图纸和相关标准，同样可以制造出合格的产品乃至精品；目前国内的一些设备制造厂，技术能力都很强，但是就是造不出精品，其原因是工艺文件执行不到位，甚至是摆设，工艺文件做的再好，最终还是要落实到产品上，是为产品服务的，不是给业主看也不是给监理审查的，在此讨论，希望可以引起各制造企业的重视。
论文作者:康帅
论文发表刊物:《基层建设》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/21
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