大直徑厚壁設(shè)備的制造

張亞興

（天津冠杰石化工程有限公司，天津 300270）

0 引言

2005年我公司承擔(dān)了金陵石化公司化肥原料技改工程的脫碳塔廠內(nèi)預(yù)制任務(wù)。這是一種大直徑、厚壁壓力容器，是在制造廠內(nèi)最大限度地加深預(yù)制深度的典型事例。這種加大制造廠內(nèi)制作深度的作法，充分發(fā)揮了制造廠的制造優(yōu)勢，減少了現(xiàn)場安裝工作量，減少了現(xiàn)場安裝的難度，從而保證了壓力容器的制造安裝質(zhì)量。

脫碳塔的規(guī)格為DN4 000 mm （厚度56 mm）/DN5 600 mm （厚度70 mm）×58 900 mm （其中變徑段厚84 mm）。主要設(shè)計參數(shù)見表1，主體材料為16MnR，正火板。由于設(shè)備直徑較大，運輸困難，因此采用分段制造、分段運輸、現(xiàn)場安裝的方案進行施工，我公司負(fù)責(zé)廠內(nèi)預(yù)制部分。該塔在廠內(nèi)分成13段制造，除塔體部分分段口處影響零部件的安裝外，其他內(nèi)外固定件在不影響運輸?shù)那闆r下原則上都組焊在殼體上，各段經(jīng)熱處理后交貨。

1 預(yù)制深度

在制造前，首先對大件的運輸路線進行勘察。在不影響運輸?shù)那闆r下，盡量加大分段制造的尺寸和質(zhì)量，以減少現(xiàn)場安裝的工作量。經(jīng)與安裝單位共同商定，相關(guān)的零部件均組焊在分段的殼體上，包括接管的所有墊板、保溫支持件。分段口處的零部件不與殼體組焊，單獨制作并編號裝箱。各段分段進行整體熱處理。塔體分段情況見圖1。

2 制造工藝

表1 脫碳塔主要技術(shù)參數(shù)

2.1 材料驗收

（1）材料管理部門按照圖紙要求首先審查材料質(zhì)量證明書，材料質(zhì)量證明書的內(nèi)容應(yīng)齊全、清晰并蓋有材料制造單位檢驗章；然后對所用的鋼板逐張進行核對，鋼板的噴標(biāo)應(yīng)清晰，爐批號與材料質(zhì)量證明書應(yīng)一致。殼體及封頭所用16 MnR板必須為正火板，并經(jīng)鋼材生產(chǎn)廠家逐張超聲波探傷合格，不低于JB 4730-2005標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ級；鋼板生產(chǎn)廠家應(yīng)逐張對鋼板進行常溫機械性能及夏比沖擊試驗，應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定；對裙座用16 MnR板應(yīng)進行沖擊韌性試驗，沖擊功應(yīng)不低于HG 20652-1998《塔器設(shè)計技術(shù)規(guī)定》中表3.2.3-2的規(guī)定；材料驗收人員對鋼材的外觀質(zhì)量和尺寸進行查檢，鋼板表面允許存在深度不超過厚度負(fù)偏差一半的劃痕、軋痕、麻點、氧化皮脫落后的粗糙等局部缺陷。

圖1 塔體分段情況

（2）根據(jù)合同要求，對上、下封頭和變徑段材料按每爐批取一件進行復(fù)驗，均應(yīng)符合圖紙和材料標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 繪制排板圖

工藝技術(shù)部門，根據(jù)GB 150-2011規(guī)定按照材料尺寸繪制排板圖。

2.3 筒體預(yù)制

下料前應(yīng)核對材料的材質(zhì)及規(guī)格，檢查板材表面質(zhì)量，不得有凹坑、夾渣、銹蝕等缺陷，并做好材料標(biāo)識移植。然后按排板圖進行下料切割，切割方法采用氧—乙炔火焰切割，留半個洋沖眼，除凈毛刺、熔渣等。

2.4 坡口加工

筒體焊縫U形坡口采用刨邊機進行機械加工，加工后的表面進行100%滲透探傷檢查，坡口表面不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷。

2.5 拼接組焊

同一圈的鋼板進行拼接組焊，拼縫組對錯邊量≤2 mm，焊接采用埋弧自動焊。

2.6 筒體卷制

筒體都進行整圈滾圓，板頭預(yù)彎：預(yù)彎長度應(yīng)大于300 mm，采用弦長大于300 mm的圓弧樣板檢查，其間隙不大于1 mm，直邊寬度小于被壓制件的板厚。

筒體卷制后的圓弧度用弦長900 mm的內(nèi)樣板檢查，其間隙不得大于3 mm。

2.7 筒體組焊

筒體縱焊縫組對錯邊量≤2 mm，采用J507焊條按相應(yīng)焊接工藝進行定位焊，要求點焊牢固，點焊長度應(yīng)不小于50 mm，然后進行焊縫的焊接。

D 4 000 mm段筒體分3大段進行組焊，環(huán)縫組對錯邊量≤3 mm，采用臥式組對、臥式自動焊。分段焊后角變形用GB 150-2011規(guī)定的樣板檢查應(yīng)≤5 mm。

筒體下料及成型尺寸允許偏差見表2。

表2 筒體下料及成型尺寸允許偏差

2.8 變徑段制造

2.8.1 下料切割

錐體分瓣放樣下毛料，周邊留30～40 mm余量，下料切割采用氧—乙炔火焰，下料后除凈毛刺、熔渣、氧化皮等。

2.8.2 壓制

制作單片壓制胎具，在油壓機上進行單片熱壓成型，在熱壓過程中控制終壓溫度為850℃，壓制成型后采用樣板檢查幾何尺寸。

2.8.3 凈料切割

制作凈料切割樣板，樣板須經(jīng)檢驗人員確認(rèn)，采用氧—乙炔半自動精密切割機進行瓣片凈料切割，開坡口。

瓣片允許偏差見圖2。

圖2 錐形封頭瓣片允許偏差 （L為長度）

2.8.4 變徑段組裝

在平臺上制作組裝胎具，在組裝胎具上進行變徑段組裝。

第一步，在鋼平臺上劃出組裝基準(zhǔn)圓，基準(zhǔn)圓直徑=Di+焊接收縮量/π，其中Di為內(nèi)徑。

第二步，按排板圖分瓣數(shù)10等分基準(zhǔn)圓，在距等分線約100 mm處點焊定位板，每個瓣片定位板不少于2塊。

第三步，在組裝基準(zhǔn)圓內(nèi)，以定位板和組裝胎具為基準(zhǔn)，采用工卡具進行組裝。

2.8.5 錐體組焊后各段尺寸要求

組裝胎面應(yīng)找平，其基準(zhǔn)面水平允差應(yīng)小于1 mm。

組對后，用弦長不小于1/6 Di的內(nèi)樣板或外樣板沿對接接頭檢查，其間隙≤5 mm，其棱角E不大于5 mm。

上、下環(huán)口水平度允許偏差為2 mm；上、下環(huán)口橢圓度允許偏差不大于15 mm，上、下環(huán)口直徑允許偏差均為0～-4mm，高度允許偏差為5mm。

2.9 橢圓封頭制造

橢圓形封頭通過外委壓制，采用先拼板后熱壓成型的方法制作，并要求控制終壓溫度在850℃以上。

橢圓封頭成型后尺寸檢驗如下：內(nèi)表面形狀偏差用弦長不小于3/4封頭內(nèi)徑的內(nèi)樣板檢查，其最大間隙不得大于其內(nèi)徑的1.25%。封頭直邊高度允許偏差為-3～+5 mm。封頭橢圓度允許偏差為其內(nèi)徑的0.5%，見圖3?；貜S后按要求進行端部坡口齊口。

圖3 封頭內(nèi)表面形狀偏差檢查示意

2.10 熱處理

各段組焊并經(jīng)外觀和無損檢測合格后 （包括各段部件組焊檢驗后），分段進行熱處理。

熱處理采用組裝式電熱處理爐進行分段熱處理。熱處理前應(yīng)采取防變形措施。這種熱處理爐溫度控制精度約±5℃，以保證熱處理效果。本容器的熱處理溫度為630℃±5℃。距端口較近的接管部位應(yīng)采用弧板加固，下部環(huán)口保持水平，以控制熱處理變形，設(shè)備熱處理合格后，拆除接管處加固。

2.11 劃線標(biāo)記

在每段筒體距上、下分段口50 mm處劃出內(nèi)外基準(zhǔn)圓、四心線，并做好標(biāo)記。筒體外部的基準(zhǔn)圓及四心線應(yīng)做出永久標(biāo)記，以作為現(xiàn)場安裝單元整體的基準(zhǔn)。以基準(zhǔn)圓及四心線為基準(zhǔn)進行防變形開孔接管及內(nèi)、外固定件的劃線。

2.12 塔內(nèi)件及接管組焊

按圖要求預(yù)制塔內(nèi)外固定件、接管組合件等，接管與法蘭對接縫應(yīng)按無損檢驗要求檢驗合格。

內(nèi)、外固定件以及接管按圖紙尺寸與殼體進行組焊，為控制接管部位的焊接變形，均在接管部位進行加固處理。

2.13 焊接

焊接方法：對于厚壁容器，盡量采用埋弧自動焊，以提高工效。筒體焊縫和封頭拼縫采用埋弧焊，變徑段錐體縱縫采用手工焊，變徑段與筒體之間的環(huán)縫采用手工焊，下封頭與筒體環(huán)縫采用手工焊。手工焊采用J507焊條，埋弧焊采用H10MnSi或H10Mn2焊絲和SJ101焊劑。

焊接順序：筒體段焊接時先焊內(nèi)側(cè)，后焊外側(cè)；變徑段縱縫先焊外側(cè)后焊內(nèi)側(cè)；其他部位先焊大坡口側(cè)的焊縫，焊至大坡口深度的一半時，進行背面清根，打磨光滑經(jīng)著色檢測合格后再焊背面；背面焊接成型后，再將另一側(cè)焊縫焊接完畢。焊前預(yù)熱150～250℃，控制層間溫度不低于預(yù)熱溫度，且不高于250℃。焊后立即保溫緩冷。焊接采用多層多道焊接方法。

2.14 無損檢測

（1）所有A、B類焊縫焊接后進行100%射線無損檢測，按JB 4730-2005規(guī)范要求，II級合格，并進行20%超聲波檢驗，根據(jù)JB 4730-2005規(guī)范要求，I級合格。

為了加強對焊接過程中焊接質(zhì)量的控制，我們采取了如下的控制手段：筒體的環(huán)縫焊道深度達(dá)到50%時，進行射線抽查，抽查比例為每條焊道的10%，如發(fā)現(xiàn)缺陷，抽查比例增加到20%，如再發(fā)現(xiàn)缺陷，則需進行100%射線檢測。

（2）大于DN200 mm的接管與殼體間焊縫，進行100%UT檢測。

（3）C、D類焊縫進行100%磁粉探傷，根據(jù)JB 4730-2005規(guī)范要求，Ⅰ級合格，焊縫清根后需進行100%滲透探傷。

（4）所有焊縫熱處理后100%磁粉探傷，根據(jù)JB 4730-2005規(guī)范要求，Ⅰ級合格。

2.15 尺寸檢驗

為了減少現(xiàn)場安裝難度，保證塔的組焊質(zhì)量，對幾何尺寸進行了嚴(yán)格控制。

各分段筒體制造成型后的直線度應(yīng)保證：任意3 m的筒體直線度公差為2 mm，每段不大于高度的1/1 000，且≤3 mm。

每段的直徑、圓周長、圓度允許偏差見表2。裙座基礎(chǔ)環(huán)下端到下封頭與筒體焊縫線的距離允差為-12～0 mm。

各段長度允差小于高度的1/1 000，且≤3 mm，設(shè)備整體長度累計允許偏差控制在±30 mm。

地腳螺栓中心圓直徑允許偏差±2 mm，在地腳螺栓中心圓上測量的螺栓孔圓周位置的允許偏差為±2 mm。

所有塔內(nèi)件應(yīng)在廠內(nèi)進行預(yù)組裝，并經(jīng)安裝單位驗收合格。

2.16 涂漆

容器分段制造完畢，經(jīng)檢驗合格后應(yīng)采用手工及電動工具徹底除銹，容器外表面處理達(dá)到HG/T 20679-1990中的St3級后，涂刷兩遍醇酸鐵紅底漆。其中分段口處以及分段容器上的A、B、C、D類焊逢邊緣50 mm范圍內(nèi)不涂漆。容器分段口的坡口表面及邊緣50 mm范圍內(nèi)應(yīng)徹底除銹后，涂刷可焊性涂料。

2.17 包裝運輸

（1）設(shè)備出廠前應(yīng)仔細(xì)檢查分段口基準(zhǔn)圓、四心線等標(biāo)記，標(biāo)記應(yīng)清晰準(zhǔn)確。

（2）設(shè)備的法蘭密封面應(yīng)涂黃油保護，有法蘭蓋的采用螺栓緊固，無法蘭蓋的采用5～10 mm的鐵盲板封堵嚴(yán)密。

（3）分段筒體運輸過程中，根據(jù)具體情況采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧┮苑乐棺冃巍?/p>

（4）設(shè)備出廠前，必須經(jīng)塔設(shè)備安裝方到廠檢驗合格。

3 結(jié)束語

在該塔的預(yù)制過程中，由于采用了正確的施工方案和方法，對材料下料、滾圓，組對焊接、檢驗、熱處理等各環(huán)節(jié)進行了嚴(yán)格控制，制造質(zhì)量好，為安裝單位順利完成安裝工作提供了保證。

[1]姚海盛.在國外現(xiàn)場組焊施工特大型塔器的實踐[J].石油工程建設(shè)，2009，35（1）：45-46.