連續(xù)重整反應(yīng)器的制造和檢驗(yàn)*

蘆富倉(cāng)

(青島蘭石重型機(jī)械設(shè)備有限公司，山東青島 266426)

連續(xù)重整反應(yīng)器的制造和檢驗(yàn)*

蘆富倉(cāng)

(青島蘭石重型機(jī)械設(shè)備有限公司，山東青島 266426)

以某連續(xù)重整反應(yīng)器制造為例，介紹了連續(xù)重整反應(yīng)器的制造技術(shù)要點(diǎn)、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)要求以及制造過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題，為制造連續(xù)重整反應(yīng)器以及制造類似壓力容器產(chǎn)品的制造工藝和產(chǎn)品制造質(zhì)量控制方面提供參考，為連續(xù)重整反應(yīng)器國(guó)產(chǎn)化提供制造經(jīng)驗(yàn)。

連續(xù)重整反應(yīng)器;材料;制造;檢驗(yàn)

1 概述

重整反應(yīng)器是煉油化工裝置中的核心設(shè)備，工作在高溫、臨氫環(huán)境下，對(duì)材料的氫腐蝕、氫脆、回火脆化和蠕變脆化等性能提出了很高的要求。所以殼體一般采用Cr－Mo鋼材料，內(nèi)件大多采用不銹鋼。而連續(xù)重整反應(yīng)器是采用美國(guó)UOP的專利技術(shù)通過(guò)不同規(guī)格的變徑段將4臺(tái)分置的重整反應(yīng)器鏈接為一個(gè)整體，使4臺(tái)反應(yīng)器即發(fā)生獨(dú)立的反應(yīng)，又使催化劑通過(guò)催化劑輸送管在反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)流動(dòng)，而使其成為一個(gè)整體。由于催化劑特別的昂貴，對(duì)反應(yīng)器內(nèi)件精度制造要求很高，對(duì)設(shè)備制造工藝及質(zhì)量的保證提出了很高的要求。筆者以1996年某廠制造的國(guó)內(nèi)第一臺(tái)連續(xù)重整反應(yīng)器為例，介紹其制造工藝及質(zhì)量控制要點(diǎn)等內(nèi)容。

(1)設(shè)備參數(shù) 直徑:Φ1950×26+Φ2000×26+ Φ2100×30+Φ2600×36，總長(zhǎng)約40 m。材料:1.25Cr－0.5Mo－Si;介質(zhì):HC，H2;重量:106 519 kg。

(2)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述 設(shè)備主體由筒體、上下橢圓封頭、內(nèi)部中間平底封頭及3個(gè)大變徑段組成，變徑段上分布著12個(gè)馬鞍形接管法蘭及底部裙座組成;內(nèi)件主要由催化劑輸送管、4個(gè)不銹鋼中心管、4個(gè)中心管支座及沿筒壁均勻分布的扇形筒構(gòu)成。

2 關(guān)鍵零部件制造［1-3］

2.1 筒體、錐體和封頭

(1)筒體 該反應(yīng)器由于要求非常嚴(yán)格，1 m長(zhǎng)度范圍≤1 mm，總體直線度≤10 mm，圓度≤3 mm，縱縫錯(cuò)變量≤2 mm，所以在筒體劃線和下料環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制筒體下料尺寸，控制下料尺寸工差±3 mm;控制焊接變形，在筒體校園合格后，對(duì)筒體上下口加支撐圈撐園，保證圓度，以便于筒體上立車找正加工環(huán)縫坡口，保證環(huán)縫坡口端面與筒體中心線垂直。

(2)錐體 錐體的制造質(zhì)量直接關(guān)系到反應(yīng)器直線度能否得到保證，由于錐體采用分瓣瓦片制造，瓦片采用冷成型工藝，在油壓機(jī)上沿母線一點(diǎn)點(diǎn)壓制成型;為此首先對(duì)瓦片下料尺寸進(jìn)行了嚴(yán)格控制:一是控制母線長(zhǎng)度，二是控制對(duì)角線長(zhǎng)度工差，三是控制錐體大小口弧長(zhǎng)，并在瓦片成型后用樣板嚴(yán)格檢查曲率;在瓦片相互組對(duì)時(shí)，嚴(yán)格控制錯(cuò)邊量，控制焊接變形;在校園時(shí)，用樣板檢查曲率，合格后加支撐圈撐園保證圓度，便于錐體上立車加工環(huán)縫坡口，在上立車加工前，控制錐體四條母線距平臺(tái)垂線的距離相等，且保證上下口端面垂直于錐體中心線。

(3)封頭成型及其熱處理 該設(shè)備上下封頭為橢圓形封頭，設(shè)備內(nèi)部有3個(gè)中間平底封頭將反應(yīng)器分割成四部分，成為4個(gè)獨(dú)立反應(yīng)的設(shè)備。

連續(xù)重整反應(yīng)器上、下封頭均為橢圓形封頭，設(shè)備內(nèi)部有3個(gè)(平底)中間封頭如圖1所示，為了保證封頭的最小厚度，考慮到封頭沖壓減薄量、熱成形及正火加熱等高溫氧化的工藝減薄，封頭板實(shí)際用料厚度均比圖樣名義厚度增加了10%的余量。

橢圓形封頭和平底封頭都采用整體下料熱成型，熱成型后進(jìn)行正火(加速冷卻)+回火處理，封頭熱處理時(shí)需帶母材試板;熱處理時(shí)主要需控制封頭冷卻速度，使其快速冷卻，確保封頭得到需要的力學(xué)性能、彎曲性能和抗回火脆化性。

圖1 中間平底封頭防變形簡(jiǎn)圖

對(duì)中間平底封頭還必須控制其尺寸精度，一方面要保證封頭成型后最小厚度大于其名義厚度，所以考慮給封頭增加了工藝余量，另一方面在封頭成型時(shí)控制尺寸及形狀，封頭成型后熱處理時(shí)加支撐防止其發(fā)生變形，保證封頭成型后的尺寸精度和形狀;封頭檢查合格后，進(jìn)行二次劃線，確定檢查線，在立車加工時(shí)以檢查線找平，保證加工后封頭底部?jī)?nèi)孔與封頭外圓面兩者同心。

(4)斜馬鞍形接管法蘭加工 斜馬鞍形法蘭加工采用自主研發(fā)的斜馬鞍加工裝置，在臥式車床上加工，機(jī)加工后用專用量具嚴(yán)格檢查幾何尺寸，最終尺寸符合裝配要求。

2.2 裝配尺寸控制

(1)中間封頭與加強(qiáng)環(huán)裝配尺寸控制 中間封頭與加強(qiáng)環(huán)放在平臺(tái)上組對(duì)，用角尺和平尺測(cè)量加強(qiáng)環(huán)上表面與平臺(tái)的距離保證同一高度后點(diǎn)焊固定，焊后再測(cè)一次尺寸，確定焊后未發(fā)生變形，然后轉(zhuǎn)立車加工。

(2)筒體與錐體組對(duì)、中間封頭與筒體組對(duì)尺寸控制 筒體與筒體組對(duì)時(shí)嚴(yán)格控制組對(duì)間隙和錯(cuò)邊量，并保證筒體直線度，焊后再?gòu)?fù)測(cè)幾何尺寸;筒體與錐體組對(duì)時(shí)，保證筒體與錐體端面平行，錐體中心線與筒體中心線重合，同心度誤差不超過(guò)3 mm。

中間封頭與筒體組對(duì)時(shí)，先以筒體端面為基準(zhǔn)，在筒體內(nèi)表面劃出中間封頭位置線，在4條心線上點(diǎn)固定位板，在組裝中間封頭時(shí)保證將中間封頭定位，并且控制中間封頭與筒體之間的間隙，使中間封頭與筒體同心，將中間封頭點(diǎn)焊牢固后進(jìn)行焊接。

2.3 內(nèi)件加工尺寸控制

反應(yīng)器內(nèi)件尺寸尺寸精度控制的好壞直接關(guān)系到反應(yīng)器的反應(yīng)效率。內(nèi)件主要有催化劑收集器、外支撐圈、中心管支座和催化劑輸送管。催化劑收集器和外支撐圈主要靠數(shù)控切割機(jī)進(jìn)行加工，并在裝配時(shí)采用設(shè)計(jì)的專用工裝保證幾何尺寸。中心管支座由不銹鋼材料制作而成，主要是防止焊接變形，所以組裝后焊接時(shí)按照合理的焊接順序，采用小規(guī)范對(duì)稱焊的工藝，焊接過(guò)程嚴(yán)格檢查焊接規(guī)范和尺寸，保證變形控制在合理范圍內(nèi);中心管支座的機(jī)加工均在焊后進(jìn)行加工，以保證法蘭密封面和內(nèi)筒的垂直度;催化劑輸送管主要是在制作完成后，將輸送管內(nèi)表面焊接接頭部位打磨光滑，以便催化劑可順利通過(guò)輸送管而不至于損壞催化劑。

3 焊接質(zhì)量控制

連續(xù)重整反應(yīng)器焊接控制主要是控制焊接變形，以保證設(shè)備極高的制造精度。防變形主要是控制錐體的焊接變形和內(nèi)件的焊接變形。

3.1 錐體和筒體焊接變形控制

由于錐體焊后因設(shè)備所限無(wú)法進(jìn)行校園，所以錐體縱縫焊接變形控制主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制:①采用合理的坡口形式，內(nèi)坡口為V形，外坡口為U形如圖2所示;②采合理的焊接方法和焊接順序;③給錐體加內(nèi)支撐圈，焊后消除應(yīng)力熱處理，防止焊接變形。

由于錐體和筒體均采用1.25Cr0.5MoSi材料，這種材料焊接的關(guān)鍵是焊前預(yù)熱和焊后立即消除應(yīng)力熱處理，按焊接工藝要求，焊前預(yù)熱溫度為150～200℃，層間溫度不大于300℃。

圖2 錐體縱縫坡口及焊接順序簡(jiǎn)圖

3.2 馬鞍形接管與錐體焊接控制

馬鞍形接管與錐體和筒體焊接主要是防止焊接過(guò)程中錐體和筒體的塌腰，為此在焊接前在每個(gè)接管位置增加環(huán)向支撐，增強(qiáng)筒體和錐體的剛性，并在焊后進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，從而保證了錐體和筒體的圓度。

3.3 中心管支座焊接控制

中心管支座是連續(xù)重整反應(yīng)器制造精度要求很高的關(guān)鍵內(nèi)件，采用不銹鋼材料制作，所以焊接變形控制主要采用:①制定合適的焊接工藝，操作時(shí)應(yīng)該按工藝要求進(jìn)行焊接;②選擇合理的焊接規(guī)范，小電流、快速、多道手工焊接，使層間溫度控制在50℃以下;③制定合理的焊接順序，如對(duì)稱焊。

4 熱處理控制

在連續(xù)重整反應(yīng)器制造過(guò)程中，進(jìn)行的熱處理主要有焊后消氫熱處理、零部件焊后中間消除應(yīng)力熱處理、最終焊后熱處理封頭熱成型后恢復(fù)性能熱處理。

4.1 焊后消氫處理

對(duì)于Cr－Mo材料，為保證焊縫內(nèi)部的氫完全溢出，在焊縫焊接完畢后，立即將其加熱到300℃左右并保溫3 h的消氫熱處理，以使焊縫內(nèi)部的殘余氫完全溢出，避免氫的聚集而造成氫脆。

4.2 中間消除應(yīng)力熱處理

由于冷卷筒體及錐體的縱縫以及接管與殼體相焊的焊縫應(yīng)力較大，必需在焊后進(jìn)行中間消除應(yīng)力熱處理以消除焊接應(yīng)力，進(jìn)行中間消除應(yīng)力熱處理主要考慮以下幾個(gè)方面:①零部件在中間熱處理時(shí)應(yīng)控制裝爐溫度，使裝爐溫度保證在400℃以下，防止零部件變形;②升溫時(shí)控制升溫速度，以≤80℃/h的速度升溫;錐體及筒體消除應(yīng)力熱處理溫度控制在680℃× 1.5 h，殼體與接管中間焊后熱處理溫度控制在610℃×1.0 h;③還應(yīng)考慮筒體和錐體縱縫進(jìn)行焊后中間消除應(yīng)力熱處理，便于筒體和錐體下序進(jìn)行冷校園。

(1)產(chǎn)品最終焊后熱處理 由于該設(shè)備總長(zhǎng)近40 m，無(wú)法整體進(jìn)爐，所以采用了分段進(jìn)爐最終熱處理，由于該設(shè)備是將四臺(tái)反應(yīng)器重疊在一起，所以在產(chǎn)品最終熱處理時(shí)，將第一、第二反應(yīng)器組焊為一段，第三、第四反應(yīng)器組焊為一段，分別進(jìn)爐進(jìn)行最終熱處理，最后將兩段組對(duì)焊接后，對(duì)環(huán)縫進(jìn)行局部電加熱焊后熱處理。

在進(jìn)行最終熱處理需要考慮防止設(shè)備的變形，所以應(yīng)在設(shè)備熱處理前在設(shè)備內(nèi)部加裝支撐，使設(shè)備上的大接管處于合適的位置，并且應(yīng)合理布置設(shè)備支撐件(爐樁)，在設(shè)備內(nèi)部加裝支撐的位置必需設(shè)置設(shè)備支撐件，以防設(shè)備的變形;合理布置熱電偶，確保設(shè)備壁溫達(dá)到工藝規(guī)范要求;使隨爐焊接試件放置于合適位置，確保焊接試件處理溫度符合工藝要求。

(2)產(chǎn)品最終熱處理溫度和保溫時(shí)間為:(680～700)℃×4 h，如表1所列。產(chǎn)品縱縫焊接試件力學(xué)和彎曲性能如表2所列。

表1 最終熱處理溫度及時(shí)間

表2 產(chǎn)品焊接試件力學(xué)及彎曲性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5 無(wú)損檢測(cè)［4-5］

5.1 縱縫及環(huán)縫的射線探傷檢測(cè)

該產(chǎn)品上所有的縱縫、環(huán)縫及裙座上的Cr－Mo鋼焊縫，在中間退火后，均按JB/T4730進(jìn)行了100%的射線檢測(cè)，Ⅱ級(jí)合格。

5.2 縱縫與環(huán)縫及接管與殼體對(duì)接焊縫的超聲波探

傷檢測(cè)

設(shè)備殼體上的對(duì)接縱縫、對(duì)接環(huán)縫及接管與殼體對(duì)接焊縫在設(shè)備最終熱處理前和水壓試驗(yàn)后，均按JB/T4730進(jìn)行了100%的超聲波檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格。

5.3 焊縫表面無(wú)損檢測(cè)

(1)所有Cr－Mo鋼焊縫焊接坡口制成后，均按JB/T4730/T進(jìn)行了磁粉探傷檢測(cè)，Ⅱ及合格。

(2)設(shè)備上所有的縱縫、環(huán)縫及裙座上的Cr－Mo鋼焊縫表面、接管與殼體對(duì)接焊縫表面在設(shè)備最終熱處理前后及水壓試驗(yàn)后，均按 JB/T4730進(jìn)行了100%的磁粉探傷檢測(cè)，Ⅱ級(jí)合格。

(3)預(yù)焊件與殼體相焊的角焊縫在設(shè)備最終熱處理前后及水壓試驗(yàn)后，均按 JB/T4730進(jìn)行了100%的磁粉探傷檢測(cè)，Ⅱ級(jí)合格。

(4)設(shè)備上臨時(shí)性附件去除后的表面，在設(shè)備最終熱處理前后及水壓試驗(yàn)后，均按JB/T4730進(jìn)行了100%的磁粉探傷檢測(cè)，Ⅱ級(jí)合格。

(5)熱成型的封頭經(jīng)正火(加速冷卻)+回火處理后，進(jìn)行了全面積的超聲波探傷檢查，按JB/T4730Ⅰ級(jí)驗(yàn)收合格。

(6)設(shè)備上所有返修焊縫在返修后進(jìn)行中間熱處理，熱處理后重新進(jìn)行MT、UT和RT檢測(cè)，設(shè)備上焊縫最多返修次數(shù)為2次。

6 硬度檢測(cè)

設(shè)備在最終熱處理后，對(duì)承壓焊縫進(jìn)行了硬度測(cè)定，圖樣要求硬度≤225 HB，經(jīng)實(shí)測(cè)，主焊縫硬度為136～180 HB，主焊縫熱影響區(qū)硬度為133～183 HB，接管與殼體對(duì)接焊縫硬度為140～155 HB，熱影響區(qū)硬度為138～160 HB，符合圖樣要求。

7 液壓試驗(yàn)

(1)壓力試驗(yàn)用液體采用干凈清潔的水，做為試驗(yàn)用介質(zhì);

(2)試驗(yàn)時(shí)將兩個(gè)量程相同的經(jīng)效驗(yàn)合格的壓力表設(shè)置于最高位置，并在最高處設(shè)置排氣孔，充水時(shí)將反應(yīng)器內(nèi)的空氣排凈;

(3)試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)觀察反應(yīng)器表面，尤其是焊縫表面和密封面位置，保證始終保持干燥;

(4)試驗(yàn)時(shí)壓力緩慢上升，至3.72 MPa，保壓時(shí)間為60 min。對(duì)所有焊接接頭和連接部位檢查合格后，然后將壓力降至2.98 MPa，保壓10 min，再次對(duì)焊接接頭和連接部位進(jìn)行檢查，合格后泄壓。

(5)液壓試驗(yàn)完成后，將試壓用水排干凈，并用壓縮空氣將內(nèi)部吹干。

8 結(jié)語(yǔ)

連續(xù)重整反應(yīng)器的制造，主要取決于設(shè)計(jì)質(zhì)量、制造工藝、制造過(guò)程質(zhì)量控制等方面，還需開(kāi)發(fā)新工藝來(lái)保證制造質(zhì)量，從而使反應(yīng)器的制造質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，保證反應(yīng)器可靠運(yùn)行。

(1)產(chǎn)品制造過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格檢查和控制零部件的制造質(zhì)量，以保證產(chǎn)品總裝質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求;

(2)產(chǎn)品焊接過(guò)程中，對(duì)焊前預(yù)熱、焊后消氫、中間消除應(yīng)力熱處理及焊后熱處理應(yīng)嚴(yán)格控制，并應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)定的焊接順序進(jìn)行施焊;

(3)零部件及產(chǎn)品在中間熱處理及焊后熱處理時(shí)，應(yīng)做好防變形措施，防止零部件及產(chǎn)品變形。

［1］ TSG R0004－2009，固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程［S］.

［2］ GB150.1～150.4－2011，壓力容器標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］ NB/T47015－2011，壓力容器焊接規(guī)程［S］.

［4］ ASME Boiler＆Pressure Vessel Code，SectionⅧ，Rulers for Construction of Pressure Vessel Division 1［Z］.2010.

［5］ 丁伯明.鋼制壓力容器——設(shè)計(jì)、制造與檢驗(yàn)［M］.上海:華東化工學(xué)院出版社，1992.

Manufacture and Inspection for CCR Reactor

LU Fu－cang
(Qingdao LS Heavy Machinery Equipment Co.，Ltd，Qingdao Shandong 266426，China)

Taking CCR reactor as example，manufacturing technical points，NDT technical requirements and problems in manufacturing process are introduced in this paper.The purpose is to provide manufacture experience for CCR reactor manufacturer in manufacturing process and quality control.

CCR reactor;material;manufacture;inspection

TM89

A

1007－4414(2013)05－0174－03

2013－10－08

蘆富倉(cāng)(1963－)，男，甘肅蘭州人，工程師，主要從事產(chǎn)品制造及產(chǎn)品制造質(zhì)量控制方面的工作。