淺析壓力容器裂解反應(yīng)器的制作工藝

陳忠英

摘要：裂解反應(yīng)器是主要用于烴類熱裂解的反應(yīng)裝置，本文就我公司設(shè)計(jì)制造的裂解反應(yīng)器生產(chǎn)工藝進(jìn)行闡述，供同行參考。關(guān)鍵詞：壓力容器；裂解反應(yīng)器；焊接；脹接；無損檢測

中圖分類號：TQ051.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1674-3954（2013）21-0157-02

1 前言

裂解反應(yīng)器是由我公司設(shè)計(jì)制造的一種換熱壓力容器，使用單位為貴州藍(lán)天化工有限公司。目前，換熱壓力容器在石油、化工、醫(yī)藥等行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。管殼式換熱器在實(shí)際生產(chǎn)中，換熱管和管板的連接部位多為設(shè)備失效部位，無法保證其使用壽命和安全運(yùn)行。我公司根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)和生產(chǎn)的工藝條件，采用焊接加脹接的施工工藝，獲得了理想的低應(yīng)力接頭，施工過程中嚴(yán)格控制質(zhì)量，一次合格完成了該設(shè)備的制造。

2 制造特點(diǎn)

（1）該設(shè)備制作材料復(fù)雜，有Q235B、Q345R、304L、316L及Q345R+316L復(fù)合鋼板組成。

（2）設(shè)備制作難度大，由1257根φ57×3的換熱管與管板的連接，采用鎢極氬弧焊接加強(qiáng)度脹接。

（3）復(fù)合鋼板的管板加工技術(shù)要求高，其管孔加工偏差為φ57.55（0～+0.25）mm，孔橋?qū)挾取?3.34mm。

（4）設(shè)備使用溫度高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容器內(nèi)介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)。

3 適用范圍

本工法適用于各種碳鋼、不銹鋼壓力容器的制造，以及換熱管與管板焊接+脹接并用的列管式換熱壓力容器的工廠或現(xiàn)場加工。

4 工藝原理

裂解反應(yīng)器是貴州藍(lán)天化工有限公司生產(chǎn)中的核心設(shè)備之一，主要生產(chǎn)三氯乙烯的重要設(shè)備。該設(shè)備直徑為φ2800×14，高度約6370mm，重量為32700kg，其中不銹鋼部分約17990kg，由上管箱、下管箱、大法蘭、膨脹節(jié)、管板和換熱管等主要受壓元件組成。其設(shè)計(jì)壓力管程為0.3MPa，殼程為0.5MPa，設(shè)計(jì)溫度320℃，管程介質(zhì)為C₂HCl₃、HCl、C₂H₂Cl₄，殼程介質(zhì)為YD320，屬Ⅱ類壓力容器。

本工藝的實(shí)施步驟為焊接一脹接，巧妙的運(yùn)用了脹接過程中的超壓過載技術(shù)，通過對換熱管和管板的環(huán)形焊縫進(jìn)行脹接，造成應(yīng)變遞增而應(yīng)力不增加，即讓該區(qū)域處于處于屈服狀態(tài)，在焊縫的殘余拉伸應(yīng)力場中，留下一個(gè)壓縮焊接殘余應(yīng)力體系。兩種殘余應(yīng)力相互疊加的結(jié)果，使其拉伸殘余應(yīng)力的峰值大減，起到了調(diào)整和均化焊接殘余應(yīng)力的效果。

5 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1 工藝流程（見圖1）

5.2 裂解反應(yīng)器施工操作要點(diǎn)

5.2.1 材料

裂解反應(yīng)器的各部分為：下管箱體和簡體的材料為Q345R，上管箱材料為304L，換熱管材料為316L，大法蘭的材料為16mm，管板材料為110mm厚的Q345R+316L的復(fù)合鋼板。主要受壓元件都應(yīng)該有質(zhì)量保證書，并符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。復(fù)合鋼管板的基層材料還應(yīng)超聲波復(fù)查，按照J(rèn)B4730標(biāo)準(zhǔn)不低于Ⅱ級合格，大法蘭鍛件應(yīng)按照《壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件》的要求，Ⅲ級合格，其余鍛件Ⅱ級合格。

5.2.2 下料

Q345R材料采用半自動(dòng)氣割，304L、316L不銹鋼采用數(shù)控等離子切割下料。為了防止不銹鋼材料被鐵離子等有害雜質(zhì)污染，制造場地應(yīng)該保持清潔干凈，并在制造場地采取隔離措施，用5mm厚的橡膠作為鋪墊，并劃分專用區(qū)域作為不銹鋼的施工場地。劃線時(shí)簡體對角線偏差為≤2mm，對口錯(cuò)邊量≤2mm，棱角度≤3mm，橢圓封頭的形狀偏差≤14mm。

5.2.3 筒體制作

簡體在下料后進(jìn)行卷制，卷制前先進(jìn)行預(yù)彎，然后再進(jìn)行卷制。對于不銹鋼簡體的卷制，為了避免被鐵離子污染，我們采取在不銹鋼上下表面粘貼一張牛皮紙，待卷制焊接完成后再清理干凈。

5.2.4 管板和折流板的加工

管板為Q345R+316L的復(fù)合鋼板材料，管板材料應(yīng)符合JB4733-1996《應(yīng)力容器爆炸不銹鋼復(fù)合鋼板》規(guī)定的B1級，基層材料應(yīng)滿足GB713-2008標(biāo)準(zhǔn)要求并正火狀態(tài)供貨，同時(shí)應(yīng)進(jìn)行超聲波檢測，不低于II級合格。復(fù)合鋼板須經(jīng)全面積超聲波檢測，不允許未結(jié)合區(qū)存在，結(jié)合率為100%。管板和折流板的鉆孔應(yīng)配鉆，管板密封面應(yīng)與軸線相垂直，其垂直度公差為0.60mm，管孔應(yīng)嚴(yán)格垂直管板密封面，其垂直公差為0.12mm，孔表面不允許存在貫通的縱向或螺旋狀刻痕。管板鉆孔后≥96%允許孔橋?qū)挾取?3.34mm，允許最小孔橋?qū)挾龋ā?%的孔橋數(shù)為）7.23mm。螺栓孔中心圓直徑和相鄰兩螺栓孔弦長允差為±0.6mm，任意兩螺栓孔弦長允差為±2.0mm。管板孔應(yīng)先粗鉆，待全部鉆完后再進(jìn)行鉸孔。

5.2.5 換熱管的加工

先對換熱管進(jìn)行逐根檢查，管子內(nèi)外表面不允許有重皮、砂眼、裂紋和凹痕，管端頭不得有縱向溝紋，橫向溝紋深度不大于壁厚的1/10，管子端面應(yīng)與管軸線垂直，其不垂直度不大于管直徑的2%。

換熱管的下料采用切割機(jī)切割，留有一定余量，再用車床加工端面，保證端面與管軸線的垂直度。

5.2.6 焊接

（1）焊前準(zhǔn)備

①換熱管管身進(jìn)行清理，保證在穿管時(shí)不污染管孔。

②管板孔壁應(yīng)清理干凈，不得有油漬、污物，并將管孔壁除銹至呈金屬光澤，必要時(shí)可以用有機(jī)溶劑清洗管板孔壁。

③實(shí)施本工法時(shí)，必須按照正確方法完成下列焊接工藝評定：

a 換熱管與管板接頭焊接工藝評定；

b 換熱管與管板接頭貼脹工藝評定，確定合適的脹管率。

（2）施焊

①焊接環(huán)境的要求條件：環(huán)境氣溫應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)設(shè)計(jì)無規(guī)定時(shí)，其環(huán)境溫度不低于5℃。

⑦焊工必須持有鍋爐壓力容器等特種設(shè)備焊接合格證，其合格項(xiàng)目應(yīng)與實(shí)際位置相符，并應(yīng)按照本工法的焊接工藝評定考核合格后方可上崗。

③焊接方法采用鎢極氬弧焊，兩側(cè)管板同時(shí)對稱施焊，在管板兩側(cè)分別按照順序間隔跳動(dòng)的方式進(jìn)行，應(yīng)考慮相鄰兩管口的起弧點(diǎn)和收弧點(diǎn)錯(cuò)開，不允許在坡口外引弧。

④設(shè)備各部分的焊接材料，焊接參數(shù)如表1所示。

5.2.7 脹接

（1）對工具、機(jī)械的要求

①脹管器應(yīng)選用前進(jìn)式不帶翻邊脹珠的直式脹管器，脹管器的尺寸應(yīng)與管板厚度和管子內(nèi)徑相適應(yīng)；

②脹管器脹桿和脹珠的直度，脹桿與脹珠的圓錐度配合，脹珠在巢孔中的間隙，測量脹珠的位移應(yīng)符合說明書上的要求。

（2）脹管工藝程序

①脹管前應(yīng)先設(shè)計(jì)脹管順序，以防止管子因軸向積累伸長而引起管板變形。

②貼脹順序設(shè)計(jì)的原則是：軸向?qū)ΨQ，分區(qū)定點(diǎn)，定距定心，區(qū)內(nèi)反階，間隔跳動(dòng)。對于較大的換熱器，首先應(yīng)按照上述原則，做管板中心做出兩條互相垂直的軸線，并沿軸線把管板分為若干個(gè)小區(qū)，這些小區(qū)一定要以中心軸對稱，在小區(qū)中先選由代表性的點(diǎn)（即在管板上對稱的點(diǎn)），現(xiàn)在那里完成脹接固定，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)管板問的走距和定心，在這些點(diǎn)進(jìn)行脹接時(shí)，可以由內(nèi)向外或者由外向內(nèi)，原點(diǎn)向四周放射，但一定要按照原點(diǎn)對稱進(jìn)行。

③管板在進(jìn)行定距定心后，即可展開大面積的脹接。作業(yè)時(shí)，分成若干組（按作業(yè)面大小而定），同時(shí)在相互對稱的小區(qū)內(nèi)作業(yè)，小區(qū)內(nèi)則應(yīng)按反階式順序進(jìn)行。

④貼脹

a 由于管板較厚（110mm，脹管長度為92mm），脹管需要分兩次進(jìn)行，且需要分初脹和復(fù)脹兩次進(jìn)行。

b 貼脹要求的環(huán)境條件：環(huán)境溫度不低于5℃，不受雨雪侵襲。

c 將脹管器的電子扭矩扳手調(diào)到規(guī)定的扭矩上，并予以鎖定。電子扭矩扳手應(yīng)在規(guī)定的校驗(yàn)期內(nèi)使用。

d 作業(yè)人員應(yīng)注意扳手的聲光報(bào)警，報(bào)警后應(yīng)立即停止作業(yè)。

e 初脹完成后，再按照原來的順序完成復(fù)脹。

5.2.8 無損檢測

無損檢測要求如下：

（1）無損檢測人員應(yīng)取得的資格證書，方能承擔(dān)無損檢測工作。

（2）無損檢測人員必須認(rèn)真拍片，洗片和判片，提高判片的正確性。

（3）探傷前應(yīng)按照制造工藝對A、B、C、D類焊縫進(jìn)行編號，探傷后應(yīng)分別填寫射線和超聲波探傷員的檢測報(bào)告。

（4）經(jīng)無損檢測合格的A、B類焊縫，應(yīng)在簡體焊縫上貼上合格標(biāo)志，對不合格的焊縫應(yīng)下不合格返修通知單，并用簡圖指明不合格焊縫位置和缺陷性質(zhì)，并在實(shí)物上用記號筆劃出缺陷部分。

（5）對換熱管與管板的焊縫進(jìn)行著色檢測，I級無裂紋為合格。

（6）妥善保管好無損檢測檔案和底片，保存期不小于7年，以便追溯、查找。

5.2.9 水壓試驗(yàn)

經(jīng)過無損檢測合格后，先對換熱器的殼程進(jìn)行水壓試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)時(shí)，水溫不得低于5℃，先緩慢升至設(shè)計(jì)壓力，確認(rèn)無泄漏后緩慢升至試驗(yàn)壓力0.79MPa，保壓30min，無泄漏，無可見的變形為合格。

5.2.10 氣壓試驗(yàn)

按照圖紙技術(shù)要求，對換熱器的管程進(jìn)行氣壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為0.41MPa，氣壓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)遵循以下規(guī)定：

（1）試驗(yàn)所用氣體應(yīng)當(dāng)為干燥潔凈的空氣。

（2）氣壓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)派人進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)督。

（3）先緩慢升壓到規(guī)定試驗(yàn)壓力的10%，保壓足夠時(shí)間，并且對所有焊縫和連接部位進(jìn)行初次檢查，如無泄漏可繼續(xù)升壓到試驗(yàn)壓力的50%，如無異常現(xiàn)象，其后按照規(guī)定試驗(yàn)壓力的10%逐級升壓，直到試驗(yàn)壓力，保壓足夠時(shí)間，然后降至設(shè)計(jì)壓力，保壓足夠時(shí)間進(jìn)行檢查，檢查期間壓力應(yīng)當(dāng)保持不變。

（4）氣壓試驗(yàn)過程中，壓力容器無異常聲響，經(jīng)過肥皂液或其他檢漏液檢查無漏氣、無可見變形即為合格。

6 質(zhì)量控制

（1）考試合格的焊工在作業(yè)前應(yīng)進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練，訓(xùn)練時(shí)的管板孔幾何尺寸（不含厚度尺寸）及管子直徑、壁厚應(yīng)與實(shí)物相同。

（2）焊條保溫筒應(yīng)先預(yù)熱，然后再裝入焊條。使用時(shí)，不得使其處于敞口狀態(tài)。

（3）換熱管與管板的鎢極氬弧焊前，應(yīng)對焊接區(qū)域及其20mm范圍內(nèi)的油漬和污物處理干凈。

（4）為了保證換熱管的脹接質(zhì)量，在貼接時(shí)脹管器應(yīng)添加潤滑脂潤滑。