新型羰化反應(yīng)器管束制造工藝

郝文生 曾 碩 雷金林

(武漢東海石化重型裝備有限公司)

羰化反應(yīng)器憑借優(yōu)異的耐腐蝕性和高壓反應(yīng)功能，越來(lái)越多的應(yīng)用于化工行業(yè)，但由于設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、直徑大、管板厚及管孔多等因素，致使該類設(shè)備生產(chǎn)周期長(zhǎng)，管頭易腐蝕，筆者結(jié)合某乙二醇羰化反應(yīng)器介紹了管束部分制造工藝的優(yōu)化方案。

1 管束主要參數(shù)

管板材料為Q345R(N)堆焊S30408，厚度116+6mm；換熱管材料為S30408，規(guī)格φ32mm×2mm×6 000mm。主要工藝參數(shù)有：

介質(zhì) N2、CO

設(shè)計(jì)壓力 0.48MPa

液壓試驗(yàn)壓力 0.665MPa

工作壓力 0.30MPa

設(shè)計(jì)溫度 185℃

工作溫度(進(jìn)/出) 135/135℃

2 管板制造

2.1 管板的帶極堆焊

本設(shè)備所用管板由Q345R正火鋼板加工而成。入廠后對(duì)該批鋼板的外觀及幾何尺寸等方面進(jìn)行了檢驗(yàn)，并利用超聲波探傷對(duì)鋼板進(jìn)行100%掃查復(fù)驗(yàn)，符合JB/T 4730.3-2005和相關(guān)技術(shù)要求后對(duì)鋼板表面做噴砂處理，去除表面雜質(zhì)及氧化皮等有害物質(zhì)。

堆焊前確保堆焊層表面干凈，并進(jìn)行100%MT檢測(cè)，符合JB/T 4730.4-2005Ⅰ級(jí)要求，不得存在裂紋及氣孔等缺陷。

堆焊依次先堆過(guò)渡層和耐蝕層，堆焊過(guò)程中要注意層間溫度(不大于250℃)，嚴(yán)格控制焊接速度(18～20cm/min)，焊接過(guò)程中采用小的線能量(不大于80kJ/cm)，及時(shí)清理堆焊過(guò)程中的焊渣及飛濺等有害物質(zhì)，避免因此而引起的焊接缺陷。

過(guò)渡層和耐蝕層堆焊完畢后表面都進(jìn)行了100%PT檢測(cè)，符合JB/T 4730.5-2005Ⅰ級(jí)要求，此外耐蝕層表面還進(jìn)行鐵素體檢測(cè)，符合GB/T 13305-2208標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 管板的熱處理

過(guò)渡層堆焊完畢后，立即進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，避免因堆焊應(yīng)力集中而引起的焊接缺陷，熱處理工藝依據(jù)NB/T 47016-2011標(biāo)準(zhǔn)要求。熱處理完畢后，在過(guò)渡層表面進(jìn)行硬度檢測(cè)，檢測(cè)部位覆蓋堆焊表面(至少25點(diǎn))，符合GB/T 231-2009標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 管板的校平與機(jī)加工處理

管板堆焊完畢后，由于受到焊接應(yīng)力影響，表面不平度會(huì)明顯增加，因此必須采取校平措施，減少不平度，控制在1mm范圍之內(nèi)。

為避免管板耐蝕層因熱處理而引起的敏化現(xiàn)象，將管板在校平過(guò)程中的加熱溫度控制在450℃范圍內(nèi)，利用液壓模具對(duì)管板進(jìn)行立式整平處理。

管板校平后對(duì)管板進(jìn)行機(jī)加工，加工范圍包括去除管板毛坯尺寸、管板與墊片的密封面和坡口形式。

2.4 傳統(tǒng)鉆孔與新型鉆孔工藝的比較

對(duì)于傳統(tǒng)鉆床而言，一般采用搖擺臂式鉆床，該類型機(jī)器利用人工排版后在管板表面進(jìn)行標(biāo)記，誤差大、效率低，對(duì)工人要求較高，搖擺臂在鉆孔過(guò)程中由于向心力的作用往往會(huì)將孔徑鉆大，影響到換熱器管與管板的管頭焊接質(zhì)量。另外鉆孔時(shí)產(chǎn)生的刨花在搖擺過(guò)程中會(huì)直接影響管板表面的粗糙度。

武漢東海石化重型裝備有限公司于2012年引進(jìn)遠(yuǎn)景9NH4545-2型數(shù)控鉆床，它能夠利用數(shù)控編程，定位精確，操作簡(jiǎn)便，無(wú)需在管板上進(jìn)行標(biāo)記。由于管板厚度較大，采用CSS加長(zhǎng)型麻花鉆頭，能夠在500℃高溫鉆孔時(shí)保持高的硬度，所產(chǎn)生的刨花也會(huì)自動(dòng)通過(guò)傳送帶輸出。另外，鉆孔前將管板與折流板緊緊固定在一起，這樣在保證孔徑與孔距的同時(shí)也能夠保證兩者的同心度，有效提高了工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

傳統(tǒng)鉆孔與新型鉆孔的工藝比較見(jiàn)表1。

表1 傳統(tǒng)鉆孔與現(xiàn)代鉆孔的比較

3 換熱管檢測(cè)

換熱管是羰化反應(yīng)器的核心元件之一，應(yīng)嚴(yán)格按照GB 13296-2007標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行采購(gòu)，回廠后進(jìn)行外觀檢查，不得存在毛刺、裂紋、折疊、離層及結(jié)疤等缺陷。同時(shí)，換熱管需進(jìn)行逐根水壓試驗(yàn)復(fù)檢，試驗(yàn)壓力為12.75MPa，保壓時(shí)間至少5s。

4 管束組裝及表面質(zhì)量控制

新型管束組裝工藝過(guò)程為：

a. 固定管板Ⅰ。管束框架搭建完畢后，將框架臥躺于轉(zhuǎn)臺(tái)上，以折流板為參照，在筒體上標(biāo)注管口方位，此時(shí)開(kāi)始準(zhǔn)備管板Ⅰ組對(duì)。組對(duì)前在管板的(0、90、180、270°)上任選一點(diǎn)。以滿焊的形式在管板上焊上吊耳，然后利用行吊對(duì)管板與管束架標(biāo)記后的方位進(jìn)行組對(duì)，反復(fù)調(diào)試使方位重合后對(duì)焊縫進(jìn)行點(diǎn)焊，最終確定無(wú)誤后進(jìn)行焊接。筒體與管板連接部位采取手工焊打底，自動(dòng)焊蓋面方式。

b. 立架。對(duì)于羰化反應(yīng)器而言，管束普遍存在直徑大及管孔多等因素，在搭建管束框架時(shí)，首先將拉桿與管板緊緊地連接起來(lái)，然后把折流板的方位調(diào)試好后穿入架子內(nèi)確定好折流板之間的距離。因?yàn)樗苯佑绊懙酱┕芎驮O(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中介質(zhì)的流動(dòng)情況。最后將折流板固定在卷制完成后的筒體內(nèi)側(cè)。

c. 穿管。管板Ⅰ確定后，進(jìn)行穿管工序，由于管孔比較多(約13 000個(gè)孔)，穿管時(shí)必須先找準(zhǔn)一個(gè)基點(diǎn)，圍繞該基點(diǎn)，按照一定的方向依次穿管，穿管時(shí)預(yù)留管板Ⅱ端頭3個(gè)管板厚度的距離，管束兩端工人在穿管過(guò)程中應(yīng)依次確認(rèn)，避免穿錯(cuò)管孔。

d. 回管。穿管完畢后，開(kāi)始組裝管板Ⅱ，管板Ⅱ組對(duì)工藝與管板Ⅰ一致，當(dāng)管板組對(duì)完畢后，換熱管開(kāi)始進(jìn)入回管工序，此時(shí)管板Ⅰ端頭已預(yù)留不小于兩倍管板厚度的換熱管長(zhǎng)度，然后利用鉆沖機(jī)和高速回旋螺旋工裝，確定好回管長(zhǎng)度后在換熱管管頭裝上工裝，用力向管板Ⅱ一端推動(dòng)。

e. 切管?；毓芄ば蚪Y(jié)束后，預(yù)留3～4mm管頭用于管頭焊接，對(duì)多余管頭進(jìn)行切除，保證焊接工作。采用意大利GBC公司生產(chǎn)的K7386便攜式切管機(jī)，對(duì)管頭進(jìn)行平切，該機(jī)器采用刀片由外圓向內(nèi)圓的切除方式，平切后的管頭端面光潔度高、100%垂直無(wú)變形、無(wú)毛刺，也無(wú)需額外的后續(xù)處理，有效保護(hù)了管頭，保證了管頭焊接質(zhì)量。

f. 焊管。管頭的焊接采取全手工氬弧焊，由于管板直徑大、管孔多，在焊接形式上采用了武漢東海的管頭焊無(wú)滲漏專利。加強(qiáng)換熱管與管孔的無(wú)縫連接，防止因振動(dòng)而產(chǎn)生的脫落，管頭焊外現(xiàn)成形美觀。

g. 熱處理。管頭焊接完畢后，立即進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，熱處理溫度640℃，保溫30min，熱處理時(shí)為避免熱量通過(guò)換熱管分散，先用石棉巖將管頭堵住。

表面質(zhì)量控制方案為：

a. 對(duì)管板管頭表面進(jìn)行清理，去除表面的油污、焊渣及飛濺等有害物質(zhì)，確保被檢測(cè)表面干凈；

b. 嚴(yán)格按照J(rèn)B/T 4730.5-2005標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行PT檢測(cè)，符合Ⅰ級(jí)要求；

c. 在管板表面上任選至少25點(diǎn)進(jìn)行硬度檢測(cè)，符合GB/T 231-2009標(biāo)準(zhǔn)要求為合格。

5 管程壓力試驗(yàn)

管程制造完畢后，依據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)規(guī)程》的要求，嚴(yán)格完成水壓試驗(yàn)，先打壓至試驗(yàn)壓力0.665MPa，保壓40min，然后降至設(shè)計(jì)壓力0.48MPa，保壓30min。試驗(yàn)后無(wú)聲響、無(wú)變形、無(wú)泄漏則壓力試驗(yàn)合格。

6 結(jié)束語(yǔ)

新型管束組裝工藝，有效避免了管束筒體因質(zhì)量過(guò)重、過(guò)大在吊裝過(guò)程中而產(chǎn)生的變形，解決了起吊困難，提高了生產(chǎn)效率。管板帶極堆焊后消除應(yīng)力熱處理，有效防止了管板因應(yīng)力集中而產(chǎn)生的微裂紋缺陷。管頭的平切工藝，有效保護(hù)了管頭質(zhì)量，防止了管頭的擴(kuò)裂及毛刺等缺陷的產(chǎn)生。羰化反應(yīng)器制造工藝新技術(shù)日益成熟、穩(wěn)定，配合工人的精心制作和檢驗(yàn)員的嚴(yán)格控制，滿足了反應(yīng)器的生產(chǎn)使用要求。