鋯鋼復(fù)合板反應(yīng)器的研制

梁飛艷

摘要：本文介紹了鋯鋼復(fù)合板反應(yīng)器研制過(guò)程中的一些關(guān)鍵工藝措施和質(zhì)量控制要點(diǎn)，以此保證設(shè)備的加工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：鋯鋼復(fù)合板;醋酸反應(yīng)器;制造工藝;可靠性

引言

在掌握先進(jìn)的甲醇羰基化法合成醋酸、醋酐工藝技術(shù)之后，伴隨天然氣和新型煤化工的蓬勃發(fā)展，醋酸、醋酐已成為近年來(lái)有機(jī)原料的投資熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)多個(gè)天然氣或煤化工基地都以碳化學(xué)作為重要的產(chǎn)業(yè)鏈，新建或擴(kuò)建了多套醋酸、醋酐項(xiàng)目。在這些項(xiàng)目的生產(chǎn)工藝過(guò)程中，鋯材耐腐性方面占有優(yōu)勢(shì)，但鋯材相對(duì)昂貴，鋯鋼復(fù)合板比較經(jīng)濟(jì)，鋯鋼復(fù)合板設(shè)備將會(huì)占有較大的比重。

1.鋯的化學(xué)成分性能

容器中常用的鋯材有： 鋯R700 、鋯R702 、鋯 R705 ，其化學(xué)成分及力學(xué)性能見(jiàn)表 1

表 1?? 常用鋯材化學(xué)成分及力學(xué)性能

2.鋯鋼復(fù)合板特性

鋯，鋼復(fù)合板爆炸成形結(jié)合區(qū)通常是基、復(fù)板之間的成分、組織和性能的過(guò)渡區(qū)，具有金屬的塑性變形、熔化、擴(kuò)散和波形的明顯特征。過(guò)渡區(qū)一般在0.01—1ITI/n范圍，其組織和性能直接與復(fù)合工藝有關(guān)，也直接影響基、復(fù)板之間的結(jié)合強(qiáng)度和使用性能。正確的復(fù)合參數(shù)可以控制波形狀態(tài)，避免或最小程度產(chǎn)生連續(xù)的熔化層和金屬間化合物，高質(zhì)量的鋯鋼復(fù)合板結(jié)合界面。

由于爆炸復(fù)合過(guò)程極短，當(dāng)爆炸載荷作用后，除了結(jié)合區(qū)有一定程度的硬化和強(qiáng)化外，鋯復(fù)板和鋼基板的原有化學(xué)成分、力學(xué)性能、耐蝕性能均不發(fā)生變化。成形復(fù)合板經(jīng)過(guò)消除應(yīng)力熱處理，適當(dāng)恢復(fù)延伸率，完全可承受容器制造所需的校平、卷筒、切割、焊接、沖壓等后續(xù)加工。試驗(yàn)表明：采用中等強(qiáng)度的容器用鋼和鋯組合，可獲得良好的復(fù)合質(zhì)量。但隨著鋼基板強(qiáng)度提高或鋯復(fù)板厚度增加（>10mm），復(fù)合難度相應(yīng)加大，此時(shí)即使復(fù)層選用低氧鋯（氧含量不超過(guò)1000mg·L），從工藝角度仍很難實(shí)現(xiàn)復(fù)合質(zhì)量穩(wěn)定、綜合性能達(dá)標(biāo)要求。因此高質(zhì)量的鋯鋼復(fù)合都采取在兩者間增加復(fù)合一層厚度為2—3m的純鈦板作為過(guò)渡層。至于純鈦和鋼的復(fù)合，已掌握的成熟工藝可充分保證復(fù)合質(zhì)量。

3.鋯鋼復(fù)合板的焊接接頭形式

3.1鋯鋼復(fù)合板對(duì)接接頭

因鋯與鋼不相溶性，使用墊板結(jié)構(gòu)將復(fù)層構(gòu)件結(jié)合起來(lái)。在焊接鋼板之前，需要在焊接區(qū)域?qū)?fù)層的鈦鋯去除。鋼基層焊接完成后，再采用墊板來(lái)填充復(fù)層空缺部分。墊板的作用是在蓋板里面提供機(jī)械支撐，以便抵擋內(nèi)部介質(zhì)造成的壓力。去除復(fù)層后會(huì)在耐蝕襯里中引起缺口或空隙，必須采用蓋板與復(fù)層金屬焊接起來(lái)。必須在基層上鉆Φ6的通氣孔，以便為蓋板焊縫的背面提供氬氣進(jìn)行保護(hù)。同時(shí)，也作為裝置生產(chǎn)過(guò)程中的檢漏系統(tǒng)。

3.2鋯鋼復(fù)合板角接接頭

先焊接襯管與襯環(huán)，加工襯環(huán)密封面，再焊接襯管與蓋板或復(fù)層。 右為接管插入筒體內(nèi)，鋼面焊接時(shí)不影響復(fù)層，復(fù)層須剔邊10-15mm寬 ，剔邊處填鈦板，鈦板下面加焊一層寬約50mm鋯蓋板，襯管與蓋板，蓋板與復(fù)層焊接成型。

4.鋯鋼復(fù)合板的焊接工藝及熱處理

4.1基層鋼的焊接

鋯鋼復(fù)合板接頭的焊接次序是先焊基層鋼，一般選用自動(dòng)埋弧焊接，基層鋼焊接時(shí)線能量不宜太大，過(guò)大的線能量會(huì)使鋯復(fù)層因溫度過(guò)熱發(fā)生氧化，或產(chǎn)生復(fù)合板界面結(jié)合強(qiáng)度下降和界面剝離等問(wèn)題。同時(shí)，要避免電弧焊的飛濺造成鋯復(fù)層污染，所以基層鋼焊接時(shí)第一道焊縫應(yīng)用單面焊，雙面成形，以避免在鋯復(fù)層進(jìn)行手工電弧焊。待鋼焊縫的外觀符合要求，并且射線拍片質(zhì)量檢驗(yàn)合格后，才開(kāi)始焊接鋯復(fù)層。

4.2鋯復(fù)層的焊接

鋯設(shè)備的焊接和裝配應(yīng)在相對(duì)封閉的工作車間或相對(duì)隔離區(qū)域，與其它材料的制造車間分開(kāi)，保持清潔，且空氣中無(wú)鐵，不允許采用鐵質(zhì)工具。

在鋯焊接前，應(yīng)用試驗(yàn)方法來(lái)證明空氣中不含鐵。用二氮雜菲（C12H8N2）試驗(yàn)方法來(lái)檢驗(yàn)。

從事鋯容器加工工作的操作者應(yīng)穿戴適宜的不會(huì)造成鐵離子污染點(diǎn)防護(hù)衣和鞋套，專用的防護(hù)衣和鞋套應(yīng)隔離放置并保存在鋯制造區(qū)域邊的房中。

4.3復(fù)層焊接質(zhì)量控制

嚴(yán)格控制焊縫中氧、氫、氮等有害雜質(zhì)含量也是確保鋯焊縫質(zhì)量的又一重要措施，主要從以下幾方面入手：①母材和焊絲中的雜質(zhì)含量控制在允許范圍之內(nèi);②焊前仔細(xì)清理工件、填條、焊絲的表面，防止污染物質(zhì)在焊接過(guò)程中進(jìn)入;③焊接過(guò)程中氣體保護(hù)措施要嚴(yán)格，焊縫正面采用噴嘴加拖曳保護(hù)罩，焊縫背面采用通氣孔通入氬氣保護(hù)。焊接完畢，可以通過(guò)外觀檢驗(yàn)，觀察焊縫區(qū)域的顏色來(lái)確定鋯焊接區(qū)域被氧化的程度，以初步確定焊接接頭質(zhì)量是否合格。銀白色表示保護(hù)良好;淺黃色、深黃色、淡藍(lán)色表明焊縫已被氧化，需要用不銹鋼絲刷清除表面;深藍(lán)色、藍(lán)灰色、灰色、白色表示焊縫被強(qiáng)烈氧化，需打磨并修補(bǔ)。

4.4設(shè)備熱處理

由于反應(yīng)器在焊后的殘余應(yīng)力較大，在特定的使用介質(zhì)中容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕，一般鋯鋼復(fù)合板容器通常在鋯壓條焊接完畢后進(jìn)行熱處理。復(fù)合板容器的熱處理工藝及溫度的選擇依據(jù)基層鋼板熱處理工藝進(jìn)行。

4.5表面處理與檢驗(yàn)鐵污染的清理

鋯容器的表面若有鐵和碳化物顆粒存在，易產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕，在制造過(guò)程中，如果鋯及有色金屬表面（包括內(nèi)表面）被鐵離子污染，可采用如下方法中一種方法進(jìn)行徹底清理。

a ） 用氧化鋁或石英砂（必須不含鐵質(zhì)）進(jìn)行噴砂處理;

b ） 用粘有不含鐵質(zhì)磨料的布拋輪拋磨;

c ） 用不含鐵質(zhì)的砂紙砂布打磨;

d ） 用含3-5%氫氟酸和不小于30-50%的硝酸（均以容積計(jì)）的水溶液進(jìn)行酸洗，時(shí)間2-5分鐘，然后用潔凈水沖洗干凈;

e ） 機(jī)械加工;

再采用鐵氰化鉀溶液法對(duì)鋯表面及焊縫進(jìn)行鐵離子污染試驗(yàn)，時(shí)間不超過(guò)15S 。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鋯鋼復(fù)合板反應(yīng)器制造過(guò)程中，關(guān)鍵工藝措施和質(zhì)量控制要點(diǎn)的實(shí)踐結(jié)果表明，由于工藝措施得當(dāng)，各工序環(huán)節(jié)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范要求，因此保證了該反應(yīng)器制造質(zhì)量。近年來(lái)，通過(guò)科研單位、使用單位與壓力容器制造廠商的共同努力，在鋯鋼復(fù)合板醋酸反應(yīng)器的國(guó)產(chǎn)化方面做了大量的工作，無(wú)論在制造理念、制造工藝以及制造技術(shù)等諸方面均取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。

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