低溫塔設(shè)備的設(shè)計與制造分析

王生麟

摘 要：在煤化工行業(yè)中，低溫甲醇洗技術(shù)以其優(yōu)異的酸性氣體選擇性、吸收性以及運行穩(wěn)定性等特點得到廣泛應(yīng)用。低溫吸收塔作為低溫甲醇洗裝置重要設(shè)備之一，本文主要探討低溫吸收塔設(shè)計與制造過程中的技術(shù)要點。

關(guān)鍵詞：低溫甲醇洗；低溫吸收塔；設(shè)計；制造

低溫甲醇洗是一種基于物理吸收的氣體凈化方法，以工業(yè)甲醇為吸收劑（溶劑）。該法用低溫甲醇可同時或分段脫除氣體中的硫化氫、硫氧化碳和二氧化碳等酸性氣體及水汽等，能達(dá)到很高的凈化度。甲醇對一氧化碳和氫氣的溶解度相當(dāng)小，且在低溫下甲醇的蒸汽壓很小，溶劑損失量很小。從1954年第一套低溫甲醇洗裝置面世至今，在世界范圍內(nèi)投入生產(chǎn)使用的低溫甲醇洗設(shè)備已達(dá)近百套。以神華寧煤煤制油項目為例，低溫甲醇洗裝置低溫吸收塔高73755mm，直徑4500mm，凈質(zhì)量為66t，09MnNiDR材質(zhì)，要求在-40℃的低溫下工作，因此對塔器材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝、檢驗驗收都有嚴(yán)格的規(guī)定。

1 設(shè)備材料

低溫設(shè)備所用的鋼材一方面要符合壓力容器對于鋼材強(qiáng)度，穩(wěn)定性，加工性能和焊接性能等的基本要求，另一方面根據(jù)工作環(huán)境的溫度特點，必須具備相對較低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，以及理想的低溫韌性。除此之外，一般要求所用鋼材在使用溫度下的低溫沖擊吸收功要大大超過設(shè)計規(guī)定值。

低溫塔的筒體和封頭部分采用09MnNiDR板材，對于技術(shù)條件的要求是：（1）滿足材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的化學(xué)成分和力學(xué)性能；（2）S≤0.008%，P≤0.02%，C≤0.12%，Ni≤1%；（3）逐張進(jìn)行的-70℃低溫夏比（V型缺口）沖擊試驗的沖擊功值取設(shè)計驗收值的1.5倍；（4）使用狀態(tài)為正火加回火狀態(tài)；（5）材料進(jìn)廠后復(fù)驗機(jī)構(gòu)低溫沖擊功值的最低值為60J。

2 塔結(jié)構(gòu)與制造

低溫塔設(shè)計過程中要求結(jié)構(gòu)簡單化，省去不必要的約束防止產(chǎn)生性狀突變，削弱局部應(yīng)力。插入式接管端部打磨（或機(jī)加工）成圓角，凸出的焊肉應(yīng)打磨至與設(shè)備內(nèi)表面平齊，外側(cè)的角焊縫應(yīng)平滑過渡。

2.1 筒節(jié)與封頭

為了避免產(chǎn)生殘余應(yīng)力，在筒體、封頭的成型過程中應(yīng)防止包括刻劃、打鋼印、錘擊在內(nèi)的操作；盡量選擇記號筆來對筒節(jié)、封頭板料號料進(jìn)行劃線，材料標(biāo)記轉(zhuǎn)移采用繪圖記錄方法，板料切割后預(yù)制坡口，并將坡口表面打磨光亮，達(dá)到無損的要求；下料過程中要注意控制筒節(jié)板料的兩條對角線長度差。筒節(jié)的成型過程中宜選取多次成型，這樣可以有效避免殘余應(yīng)力，滾制成型后組焊。在保證橢圓度的基礎(chǔ)上，對筒節(jié)進(jìn)行二次劃基準(zhǔn)線，滿足直線度要求。封頭則選擇整體熱壓成型，封頭坯料可以拼接，同時帶母材和焊接性能檢測試板，并隨后進(jìn)行正火加回火處理，以保證材料的力學(xué)性能。

2.2 塔體

低溫吸收塔分4段制造，需要對不同塔段的所有件進(jìn)行組焊，且經(jīng)檢驗質(zhì)量過關(guān)，接下來用工裝支撐圈固定各段口，將四心位置對應(yīng)標(biāo)記，分段整體進(jìn)行熱處理，以免在此過程中出現(xiàn)變形，有利于在現(xiàn)場將其組對。

為確保塔體的直線度和長度公差，在對多個筒節(jié)進(jìn)行組焊時，除了要保證各段的直線度、橢圓度公差合格，應(yīng)對兩端面及坡口采取同時加工。接下來分四部分分別組焊，每一部分都要兼顧接管法蘭組件和內(nèi)外附件。為滿足塔盤的平面度公差要求，必須精確以筒節(jié)端口加工線為塔盤支承件的基準(zhǔn)劃線，然后組對。其他部分如降液板等要保證連接尺寸的精準(zhǔn)。對塔體的對接接頭表面進(jìn)行打磨到與母材齊平，接管端部焊后應(yīng)打磨成圓角，這樣就可以降低局部高應(yīng)力，防止結(jié)構(gòu)形狀出現(xiàn)突變。

在焊接低溫用鋼的過程中要注意防止焊縫金屬及熱影響區(qū)形成粗晶組織，使得鋼材的韌性下降。要做到這一點對焊接線能量的控制十分重要，即在焊接工藝規(guī)定的范圍內(nèi)選擇較小的焊接線能量，多層多道施焊防止焊道溫度過高，多道焊時應(yīng)注意控制層間溫度。

在對低溫容器進(jìn)行焊接時切忌在母材的非焊縫區(qū)內(nèi)引弧，焊接接頭切忌出現(xiàn)弧坑、焊縫成形異常等焊接缺陷，防止未焊透、未熔合、裂紋、氣孔及咬邊等瑕疵。另一方面還要注意盡可能減小余高，避免出現(xiàn)凸形角焊縫。該塔組對檢測過關(guān)后按焊接工藝要求、預(yù)熱完成后開始施焊，焊畢進(jìn)行消氫處理。焊接時嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程，盡量采用小的焊接規(guī)范，焊條電弧焊采用短弧焊，直焊進(jìn)不擺動，降低焊接線能量，確保焊接接頭的低溫韌性，焊接過程中要保證層間溫度應(yīng)低于100℃，可以選擇遠(yuǎn)紅外線測溫儀控溫。焊后焊縫磨平，削弱局部應(yīng)力。

2.3 熱處理

對塔體組焊后要注意進(jìn)行熱處理，降低接頭部分的焊接殘余應(yīng)力，避免在低溢條件下脆斷的可能性。該塔分四段入爐熱處理，有三道環(huán)縫需用履帶加熱進(jìn)行局部熱處理，熱處理溫度設(shè)置在600±20℃，恒溫時間保持在2.5h，溫度達(dá)到400℃后以低于75℃/h的速度升溫，降溫時速度則應(yīng)控制在100℃/h。

目前國內(nèi)09MnNiDR的生產(chǎn)廠家主要有：重鋼、武鋼、舞陽鋼廠，因舞陽鋼廠的鋼板厚度及低溫沖擊功高于其他廠家，故選擇舞陽鋼廠作為09MnNiDR的供貨單位。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和生產(chǎn)的需求，對低溫塔設(shè)備的設(shè)計與制造要求越來越高，為了保證塔設(shè)備的各種性能滿足生產(chǎn)需要，對設(shè)備材料的冶煉、熱處理等工藝技術(shù)要求更加嚴(yán)格，通過制造檢驗證明，該工藝方案科學(xué)合理，未發(fā)現(xiàn)壁厚減薄，低溫裂紋等問題，可以滿足煤化工的生產(chǎn)要求。

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