高压分离器试制技术总结.doc

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1、高压分离器试制技术总结高压分离器试制技术总结高压分离器试制技术总结新疆塔里木油田指挥部的高压气液分离器，选用的是稀土合金钢新材料07Cr2AlMoRE钢板和09Gr2AlMoRE锻件进行制造的。目的是克服设备中的湿硫化氢应力腐蚀和均匀腐蚀问题。分离器设计压力10MPa，设计温度80，介质为含有湿硫化氢和氯离子的天然气，原油及水的混合物，主要用于高含硫油井的气油水的分离。该设备采用一级初分器，一级旋流器，两级丝网结构分离气液，一级隔板分离油水、外型结构为1200x50x8030。属类压力容器，共6台。1、材料选择研究表明，H2S浓度对应力腐蚀的影响明显，湿H2S引起的开裂不仅有硫化氢应力腐蚀（S

2、SCC），氢诱导（HIC）和应力导向氢致开裂（SOHIC）及氢鼓泡（HB）等，其破坏敏感度随H2S浓度增加而增加，在饱和湿硫化氢中达最大值。液体介质中硫化氢浓度对低碳钢而言，当溶液中H2S浓度从2PPm增加到150PPm时，腐蚀速度增加较快，但只要小于50PPm，破坏时间较长，H2S浓度增加到1600PPm时，腐蚀速度迅速下降，当高于1600PPm2420PPm时腐蚀速度基本不变，这表明高浓度硫化氢腐蚀并不比低浓度硫化氢腐蚀严重；但对于低合金高强度钢，即使很低的硫化氢浓度，仍能引起迅速破坏。因此在湿化氢腐蚀环境中，选择设备的各受压元件材料将十分重要，尤其是当硫化氢中含有水份时，决定腐蚀程度的是

3、硫化氢分压，而不是硫化氢的浓度，目前国内石化行业将0.00035Mpa(绝)作为控制值，当气体介质中硫化氢分压大于或等于这一控制值时，就应从设计、制造或使用诸方面采取措施和选择新材料以尽量避免和减少碳钢设备的硫化氢腐蚀。从材料化学成份方面来说，钢中影响硫化氢腐蚀的主要化学元素是锰和硫，锰元素在设备焊接过程中，产生马氏体、贝氏体高强度，低韧性的显微金相组织，表现出极高硬度，这对设备抗SSCC极为不利，硫元素则在钢中形成MnS,FeS非金属夹杂物，致使局部显微组织疏松，在湿硫氢环境下诱发HIC或SOHIC。故对用于湿硫化氢环境的压力容器用钢，其锰、硫含量及非金属夹杂级别都应非常注意，不允许超标。为

4、提高钢的抗湿硫化氢性能，法国压力容器标准CODAP-90的附录MA3中提出以下推荐：（1）减少夹杂物，限制钢中硫含量，使S0.002,如果能达到0.001则更好。（2）限制钢中的含氧量，使其0.002。（3）限制钢中的磷含量，尽量使其0.008。（4）限制钢中的镍含量。（5）在满足钢板的力学性能条件下，应尽可能降低钢的碳含量。当然目前国内材料也正在往这方面努力。16MnR由于其Mn含量高达1.20-1.60，对硫化物更敏感。国内通常将其应用于湿硫化氢环境限制在50PPm以下，或者尽量不用。12CrMoR,15CrMoR,1.25Cr1Mo等材料有很好的耐氢腐蚀能力和一定的抗硫作用，但对湿硫化氢

5、腐蚀，仍不够理想。一般奥氏体不锈钢不耐湿硫化氢和氯离子的应力腐蚀。20R、Q235、20号钢等，在湿硫化氢环境中的腐蚀速率比以上低合金钢材料更快。因此要寻求一种不单耐硫化氢和氯离子应力腐蚀，而且还要具有较好的耐均匀腐蚀和氢鼓泡，氢致裂纹且具有良好焊接性能的材料是保证分离器安全使用的首要条件。通过与用户多次交换意见，该设计采用了目前国内最新研制的耐湿硫化氢腐蚀的07Cr2AlMoRE钢板和09Cr2AlMoRE锻件作为该设备的主体材料。在耐湿硫化氢钢中加入稀土（RE）元素在国内还是首次使用，加入RE后对钢中的硫化物的形态进行了控制，使钢中对H2S应力腐蚀敏感的条状硫化物成为不敏感的球状硫化物，冶

6、炼时RE同时对钢中的氧、硫等气体有害成份进行更充分的脱除，此外RE在钢中对低熔点金属有极大的亲和能力，对细化晶粒有利；另外，该钢含碳量控制在板材C0.09%，锻件C0.10%，降低了材料的碳当量，便于焊接；其S0.015，S0.010均比一般材料控制严格，大大降低了钢中杂质含量，提高了耐H2S腐蚀性能。其板材的化学成份和机械性能见下表：表一标准化学成份（%）07Cr2AlMoRE板材C0.09Si0.200.50Mn0.400.90Cr2.002.40Al0.300.50Mo0.300.50S0.010P0.020RE（加入量）不公开表二标准机械性能（Mpa）07Cr2AlMoRE板材根据供应

7、方提供的耐H2S应力腐蚀试验数据如下：按GB4157-1984“金属抗硫化物应力腐蚀开裂负荷拉伸试验方法”对该钢板和焊接接头进行H2S应力腐蚀试验，时间720小时，试验结果；锻件钢板th=0.75s，钢管对接焊缝th=0.70s高于美国NACETM0177-96标准要求th0.45s.根据其09Cr2AlMoRE无缝管挂片试验114小时，均匀腐蚀结果见下表；表3均匀腐蚀挂片试验结果催化系统塔顶油：H2S979PPm.100腐蚀速度：V0.01mg/Ch09Cr2AlMoRE12Cr2AlMoV08Cr2AlMo10号钢sMpa260bMpa4205805%20Akv(J)2047热处理状态正火

8、N930回火T6901.582.282.429.28从上表可看出09Cr2AlMoRE材料耐H2S均匀腐蚀能力提高近6倍。从以结果看，选择07Cr2AlMoRE板材和09Cr2AlMoRE锻件和管材在湿H2S环境下作压力容器主体材料是较为合理的选择。2.试制试验2.1热加工试验采用07Cr2AlMoRE钢板作该容器的封头和壳体。由于该材料是正火+回火使用，壳体厚50mm；封头厚54mm，在加工制作过程中要经历正火，回火，消氢，消除冷作应力退火，消除焊接应力退火等各个加热过程，故对其热加工性能试验研究尤为重要。2.2封头的冲压封头的厚度为54，材料为07Cr2AlMoRE板材，冲压标准椭圆封头，

9、内直径为1200，直边50mm。采用工艺为天然气炉加热至940保温2小时。出炉冲压，终压温度890，油压机从开压至终压时间控制在5分钟以内，然后空冷。空冷至常温后再入炉回火：加热到690保温2小时炉冷至300，出炉空冷至常温，升降温速度均按有关规范执行。封头经热处理后其机械性能值如下：表4封头890终压+690回火后机械性能07Cr2AlMoREsMpa283bMpa4715%342Akv常温J冷弯1803a292、292、292弯曲2件无裂纹从表中可以看出，该材料的热加工性能优良，按以上工艺压制的十个封头经测厚检查，其最大冲压减薄量为1.6mm，较16MnR为小而且其高温氧化铁皮较16MnR

10、薄，几乎无冲压脱落现象，说明其热加工性能优于16MnR。2.307Cr2AlMoRE的高温性能试验从厚度50mm的板材上取样，从100至650每50间隔高温试验值见表5（高拉保温20分钟）表5100650高温机性试验值（07Cr2AlMoRE）温度100150200sMpa262228208bMpa4233903855%32302925030040045022625129728938139540939730502126500269354245502243202860019926532650186229453.冷加工试验设备筒体材料为07Cr2AlMoRE，厚度50mm，冷滚至内径1200mm，

11、其冷变形率达0.04以上，一般来讲低碳钢冷变形率（厚度与内径比值）控制在0.03以内，低合金钢控制在0.025以内是没有什么问题，但本设备冷变形率在0.04以上，冷加工后作了如下检查：3.1超探检查从冷滚制的20节1200x50x1650筒节中随机抽查4节进行超声波探伤未见任何裂纹。3.2硬度检查筒节在滚制前和滚制后进行硬度对比检查，其值见表6表607Cr2AlMoRE滚制前后硬度对比（HB）滚制前（平板）滚制后1200x50113128131110124135144163154153平均：121平均：150平均：116消除冷作应力退火（670）103114111135119从表6可以看出，钢

12、板滚制成筒节后，硬度值增加了HB29左右，冷作硬化较严重，故工艺上要求筒体滚制后应进行消除冷作应力热处理，从表7看出经670保温2小时热处理后，其硬度值回复至原始状态甚至更低一点，恢复了韧性和提高了耐冲击能力。3.3着色检查滚制筒节在消除应力热处理后，对所有的环缝坡口进行了着色检查，共98米多的坡口检查中未发现任何仅因冷作硬化而产生的裂纹。综上所述，我们认为该板材的冷加工性能良好。4.焊接试验4.1纵焊缝焊接；筒体纵缝点焊采用CJR357（4）焊条，自动焊采用H07Cr2AlMoRE焊丝（5）。坡口形式双U形，R=10，夹角=10，钝边=6mm，筒体壁厚50mm，外坡口焊15层，电弧气刨清根后

13、打磨干净，再在内口焊6层，焊后立即进行350保温2小时消氢处理，在筒节校圆前整体入炉进行670消除冷作应力（1200x50筒节冷滚圆）热处理。其目的为消除滚制的冷作硬化现象（冷变形率0.041）软化焊缝和细化焊缝晶粒。然后将纵焊缝内外加强高磨平，内壁的飞溅、熔渣及划痕均应打磨干净，方能上滚板机校圆。校圆后纵缝进行射线探伤，探伤合格级别按JB4730-94级。环缝坡口按JB4730-94渗透检查级，合格后待组装环缝。焊缝焊接严格按评定合格的焊接工艺卡执行，其一般要求为：焊条CJR357，烘烤温度400x1h，焊剂CHF-603，烘烤温度400x1h；焊前预热温度200，预热保温方法为天然气加热，

14、层间温度200；焊后消氢处理为电脑控制的电加热板处理，加热350380保温2小时。焊后670退火，保温时间2小时。（大炉整体退火）焊接材料化学成份如下：CJR357焊条，标准号为Q/DR-HT-2022，该焊条焊芯为07Cr2AlMoRE拉制。表7CJR焊条熔敷金属化学成分%C0.110.09SiMnS0.0080.001P0.0150.007Cr2.232.00+0.02Mo0.380.37Al0.150.10RE0.0120.540.850.410.79其中：1、标准中Q/DR-HT-2022碳的规定为C0.102、Al和RE可不做复验分析。表8H07Cr2AlMoRE焊丝化学成份%型号5

15、CMnSiSPCrMoAlRE0.080.440.400.0040.0162.100.390.600.021表9工艺评定机性焊剂采用CHF-60320拉力试验Mpa序号sb断裂位置1.2.3.4.355499母材299465母材348477母材341469母材20夏比冲击AKV(J)焊缝区186188284热影响区292292292冷弯试验180D=4a侧弯四件弯后一件焊缝上有横向裂纹长2.4mm，其余三件弯后无裂纹4.2环缝焊接4.2.1环缝的焊接与纵缝不同的是环缝组对时壳体已进行了消除冷作硬化热处理，故比纵缝少了一次中间670退火，而在所有焊缝组焊完成后直接进大炉进行670，整体退火处理。

16、4.2.2环缝坡口为减轻工人在罐内焊接的劳动强度，采用单面U形坡口，（R=10，角度=12钝边=2，组对间隙=2），先焊外焊道110层，内焊道电弧气刨清根打磨干净后焊1-2层即可。4.2.3由于所有的焊接均要求焊前预热，焊接层间温度200，且焊后立即进行消氢处理、故整个焊接施焊过程中壳体焊接部分的金属壁温均大于200，应特别注意焊工的施工安全，除增加必要的高温作业保健和保护措施处，要求罐内工作的焊工每次每人的工作时间不超过10分钟，即换人而不停机。工艺要求在预热温度未达到200以上时，禁止施焊；不允许采用天然气保温而中途停人停机的作法。即同一条焊缝必须一次性完成焊接。1200环缝焊接工艺见表1

17、0表101200环缝焊接工艺（直流反接）焊接层数123焊接方法DD电流A1601020010电压V焊速mm/s焊条直径焊丝直径mmmm452422.80.12422.80.14参数456101112MMM6105034366003034386003034388.518.518.51555按以上工艺作出的工艺评定机性报告见表11，焊条牌号：CJR357，焊丝牌号：H07Cr2AlMoRE表111200环缝工艺评定机械性能报告序号123420拉力试验Mpas373426441355b487580596486断裂位置母材母材母材母材20夏比冲击KV(J)冷弯试验180D=4a焊缝：侧弯四件弯后两件无

18、裂182186250纹，另件有几处点状热影响区：裂纹，最长一条1.5mm1862841384.2.4焊缝金相检查试件径680退火处理后作金相检查，焊缝和热影响区金相组织分别为：母材：铁素体+珠光体，魏氏组织2.5级，晶粒度5.5级焊缝；具有较粗大的索氏体+铁素体（少量）5.无损探伤检查本设备焊后要求AB类焊缝100%射线探伤，按GB4730-94级合格，因为是第一次使用新材料试制设备，工艺要求在水压试验合格，整体消除应力退火处理冷却到常温后24小时，进行100%超声波探伤复验，以映证是否存在延迟裂纹或热处理过程中产生的再热裂纹，保证设备的安全使用。在设备整体热处理后应逐条焊缝测试硬度，保证硬度

19、值HB200。6.硬度测试报告整个施工过程中的硬度测试报告见表12表12硬度测试报告名称状态平板冷滚1200热处理状态正火+回火焊后350380消氢消除冷作应力670102小时67010保温2小时母材焊缝硬度值（HB）焊缝中心（HB）热影响区（HB）121150125119110211197185180154138128.7124整体组焊以上数据为5个硬度的平均值从以上数据可以看出，筒体冷滚后硬化较大，约大HB29，个别板材还要大些，所以焊缝消氢后其硬度值仍高，故工艺上采取焊后进行670消除冷作应力热处理，然后进行较圆，如果在焊缝硬度值HB190以上时进行冷较圆工序，将产生灾难性后果。7.特殊

20、要求7.1筒节校圆前，内外焊缝均要求打磨平整7.2罐内部角焊缝要求打磨圆滑，环焊缝焊高应小于3mm，不允许任何咬边存在，在内壁上的任何大于0.5mm的划痕，凹坑及飞溅均应除去或打磨圆滑。所有打磨处均应着色检查。7.3整体热处理后不允许壳体上进行任何焊接。7.4本设备所有焊接坡口在组焊前均应着色检查合格后方允许组焊，氧乙炔气割的坡口应磨去2mm以上以保证无淬硬层存在。7.5水压试验合格后，内部应将水渍吹干。7.6设备装配完成入库前内部应充氮气保护。充氮压力0.05Mpa。8.结语通过耐湿硫化氢高压分离器的试制表明：8.1从耐湿硫化氢和氯离子应力腐蚀材料选择对比说明，选择07Cr2AlMoRE材料

21、是目前较为合理的选择。其耐H2S应力腐蚀是10号钢的6倍。8.2该材料的热加工性能良好。8.3该材料的冷加工性能较好。但在冷变形率大于0.025时，应增加消除冷作应力的热处理以保证性能稳定。8.4该材料和焊材配伍选择正确，焊接工艺评定合格，焊接工艺能正确指导产品的焊接。8.5该材料经多次热处理（正火+回火、消氢、消除冷作硬化、整体消除焊接应力）后，仍能保持良好的综合机械性能。8.6该材料属国内首次使用于类高压容器上，通过本文的制造试验和技术总结表明：用07Cr2AlMoRE制作的高压容器完全可以在实际生产中使用。编制：贺长生2022年11月17日扩展阅读：分离器试制工作总结文件：2FLQ202

22、2/C型汽水分离及计量装置省级产品技术鉴定会会议文件试制工作总结报告李亚奇中国石油天然气第八建设有限公司二五年八月试制工作总结报告一、前言随着我国石油工业稠油热力开发的不断深入，用常规锅炉（75%蒸汽干度）注蒸汽的方法已不能满足稠油开采新技术、新工艺发展的需要。根据最新研究成果显示，稠油后期的高轮次开采注入95%以上干度的蒸汽可有效提高采收率。目前在用的注汽锅炉，由于受其水处理设备技术的限制，其锅炉出口最高额定蒸汽干度为80%，实际运行时仅为75%左右，满足不了稠油蒸汽热力开采、特别是“SAGD”重力泄油蒸汽辅助法的工艺条件。提高注汽锅炉的蒸汽干度，一种方法是将锅炉给水进行除盐处理，这将大大增

23、加水处理设备的投资费用和运行费用，而且受地面条件所限，很难实现；同时还增加了控制系统运行管理的难度。另一种方法是锅炉及水处理设备基本保持不变，在锅炉出口安装一套汽水分离装置，将汽和水分开，分离出的饱和水其热量通过锅炉给水预热器回收，蒸汽则通过计算机进行流量计量、分配控制管理。本公司研制的FLQ20-18/C汽水分离及计量装置就是采取这种方法，并有效使其分离干度达到99%以上，满足了高干度注汽的工艺技术条件。二、主要技术参数1、设计压力18MPa2、工作压力3-17.2Mpa3、设计流量22.5t/h4、入口蒸汽干度70%5、出口蒸汽干度95%6、排水温度液位计。液位控制系统采用单回路比例调节满

24、足液位的调节质量。调节过程是：首先由一次表（差压变送器）将分离器内液位转换成标准的电信号4-20mmA，数学表达式：Io=4+Hx/H（20-4）送入调节器与给定信号进行比较，通过调节器的比例运算后，对应一个输出信号给调节阀，使阀处在某一个开度的位置上。当液位（Hx）发生变化时调节器又对应一个输出信号给调节阀，使阀处在另一个开度的位置上，流量的大小随着调节阀的阀位不同，最终达到自动保持液位的稳定。液位的变化通过液位计和二次仪表（调节器）直接和间接进行观查。我们选用的B69-32-CF型磁浮液位计是根据“阿基米德”原理研制的，即浮子排开液体的重量等于浮子的重量，使装有永久磁钢的浮子在被测介质中，

25、并随液位的变化而上下移动。浮子内磁钢所在的位置（即液位的实际位置）通过磁力耦合系统被传递到显示器的转子上，液位上升时转子显示绿色，液位下降时转子显示红色，根据转子的红绿位置从标尺上读出液位的具体数值。蒸汽计量监测系统是通过计算机由中央管理级、现场控制级及通信网络构成的两级集中监控系统。现场控制级设置触摸屏显示器，可进行现场调节操作，同时现场传感器测量的标准信号通过A/D转换变为数字信号，实现对现场实时监控，经RS485总线进入计算机，达到人机界面友好，能够满足各种管理功能的需要。中央管理级选用工业控制计算机，确保工作的可靠性和抗干扰性，管理级负责整个系统监测任务，可定时巡检、存储系统的运行参数

26、；分析运行工况，发现异常情况进行报警；打印系统的运行报表及统计报表，便于用户进行蒸汽计量管理；以曲线、图像的方式显示现场的运行工况，直观、生动。现场级对现场模拟量进行监测可根据用户需要，测量总流量和各分路流量，目前我们是设置一个总流量，四个分流量共五个蒸汽计量流量计。为了保证测量精度，我们在蒸汽流量计算中，采取了如下补偿措施：1）对蒸汽密度进行了温度、压力的补偿计算，并且在补偿算法上采用了比通常采用的查表法精度更高的多项式曲线拟合的方法，特别是在高温高压段，采用了插值算法，提高了补偿精度。2）根据压力的变化我们对流量系数、压缩系数随压力的变化进行了补偿，提高了测量精度。3）根据温度的变化我们还

27、对喷嘴口径d随温度的变化也进行了补偿，提高了测量精度。从现场数据来看，采用了多种补偿措施后总体上提高了测量精度，分配器总管蒸汽流量与出口各支管蒸汽流量之和误差在2.2%左右，最大误差3.2%。主要测量点及精度见下表：序号12345678910测量点分离器出口流量总计量分离器出口压力分离器出口温度分离器液位分配器出口流量1分配器出口流量2分配器出口流量3分配器出口流量4分配器排污水流量分配器排污水温度精度5%1.5%1.5%1.5%5%5%5%5%1.5%1.5%为了保证高压汽水分离装置的正常工作，需要随时掌握分离装置中的冷凝水液位，我们通过安装一套液位变送器，对分离装置中水的液位进行调节监控。

28、汽水分离装置分离出的饱和水具有很高的压力和热量，直接排放既不安全也浪费热能，降低整个系统的热效率。对此我们采取在注汽锅炉水水换热器部位增加一套水换热器，将分离出来的高温饱和水先与锅炉给水（20）进行换热，将换热后的给水进入锅炉对流段，而将放热后的污水（60左右）经扩容罐降压后排放到污水罐。四、主要采取的技术措施汽水分离设备应用于注汽锅炉虽然国内外都已有先例，但由于种种原因，一直未能推广应用，主要问题是：分离效率低，分离干度只有90%左右，运行工况不稳、参数不可调、噪音大、控制系统性能落后等缺陷，难以适应各油田复杂的地质条件，使设备没有充分发挥应有的作用。针对这种情况，我们经过广泛调研，先后考察

29、了辽河油田、抚顺发电厂、哈尔滨锅炉厂、哈尔滨工业大学、长春锅炉仪表厂、大连理工大学等有关单位，在吸收各方面专家、教授建议的基础上，在设计中采取了如下措施：1、为尽量增大分离器的汽水空间降低噪声，分离装置形状采用DN1800x60的球体。2、为提高分离效率，在旋风分离器上部蒸汽出口处设置了二次分离元件百叶窗分离器，可进一步分离蒸汽中的细小水滴。3、筒体内设置四个独立的旋风分离器，可根据蒸汽压力及流量来增减旋风分离器的开启数量，达到在不同参数条件下均能高效率分离的效果。4、为使进入每个旋风分离器的流量均匀，在筒体外设置了蒸汽分配器。5、由于炉水未经除盐处理，其含盐量相对较大，为防止分离出的炉水产生

30、泡沫以影响分离效率，在炉水出口处设置了除沫排污装置。6、在旋风分离器入口处为防止汽、水流速不均匀而影响分离效果，设置了均汽孔板。7、为使蒸汽取样管取出的蒸汽含水量与蒸汽引出管中的含水量一致，参照GB10180-95工业锅炉热工试验规范附录C的有关规定设置了蒸汽取样装置。8、蒸汽干度测量，采用钠度计测量仪通过测量蒸汽中钠离子含量来计算蒸汽的干度，保证在工作压力范围内精确地测出干度值。在制造FLQ20-18/C型汽水分离器及计量装置过程中，我们还克服了球体成形、焊接、无损检测、热处理、组装、调试等各个环节出现的技术难题。其中球壳我们是用公司的1200吨油压机和自行设计的专用胎具热压成形的，球壳的开

31、孔加工也是制作了专用工装卡具，在通用设备上加工完成的。材料的选择、焊接、探伤和热处理是整个工艺过程的关键工序，也是难度最大的工序，壳体材质选用的是13MnNiMoNbR低合金高强钢。焊接工艺复杂、钢板厚（60mm）、焊缝截面大，焊缝充填量大，需通过多道焊接成形，每道焊接都必须进行预热、保温、焊后热处理。在焊缝无损探伤上，由于钢板厚度大、结构形状复杂，采用射线源透照。我们研制的汽水分离及计量装置从2022年9月首台制造成功以来，目前已有四套产品投入油田运行，正在生产的有三套。FLQ20-18/C型汽水分离及计量装置经过不断修改设计使其逐步完善，经现场运行考核证明该装置在油田已具备适用范围广、运行平稳可靠、分离效率高、计量准确、操作简便、自动化程度高等特点。这项技术成果已于2022年3月获取国家技术专利，专利号：ZL202220220444.1。为使该产品在技术质量上更加完善、提高，便于更好地满足油田热采工艺的要求，请各位专家、学者提出改进意见。第 16 页 共 16 页