超大型薄壁壓力容器(BYD反應(yīng)器)制造技術(shù)

高亞萍張 凱 湯傳梅 鄭紅果

(蘭州蘭石重型裝備股份有限公司)

隨著能源裝置的規(guī)?；l(fā)展，化工設(shè)備大型化趨勢(shì)越來(lái)越凸顯。受運(yùn)輸條件限制，容器需由制造廠內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)組裝相結(jié)合完成制造工作。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)加工設(shè)備和環(huán)境的情況，本著優(yōu)質(zhì)、高效的原則，合理劃分工作界面，利用開(kāi)發(fā)的工裝，采用成熟的制造和組裝工藝，有效保證產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是解決超大型容器的現(xiàn)場(chǎng)制造技術(shù)的關(guān)鍵。

1 項(xiàng)目介紹

1,4-丁二醇項(xiàng)目中的BDO裝置已由幾年前的年產(chǎn)3萬(wàn)t級(jí)發(fā)展到目前國(guó)內(nèi)最大年產(chǎn)20萬(wàn)t級(jí)的水平。某項(xiàng)目中的BYD反應(yīng)器是目前國(guó)產(chǎn)化最大規(guī)格的BYD反應(yīng)器(圖1)。設(shè)備規(guī)格DN6100mm×(46+3)mm×13196mm，設(shè)計(jì)壓力1.725MPa(FV)，設(shè)計(jì)溫度-16.4～150℃，設(shè)備凈重196.3t。主殼體材料為Q345R+S31603復(fù)合鋼板。設(shè)備為立置容器，殼體內(nèi)置底部環(huán)管、中部盤(pán)管、過(guò)濾器及物料攪拌裝置等。該設(shè)備殼體直徑大，筒體壁薄，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，但受運(yùn)輸限制不能在廠內(nèi)整體制造，殼體需分片發(fā)貨到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接組裝，增加了設(shè)備的制造難度。

圖1 BYD反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 裝備制造

2.1封頭成型和組焊

BYD反應(yīng)器設(shè)備封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，公稱(chēng)直徑6 100mm，上、下封頭共計(jì)62個(gè)開(kāi)孔，其中上、下封頭上26對(duì)過(guò)濾器接管的同心度要求不大于5mm，且開(kāi)孔法蘭端面與軸心線的垂直度要求不超過(guò)0.5mm，封頭采用先拼焊后整體成型方式制造[1]。

首先根據(jù)板寬將封頭分3瓣下料，考慮工藝減薄量和成型時(shí)表面的拉伸量，通過(guò)放樣計(jì)算確定坯料厚度和直徑尺寸，避開(kāi)接管開(kāi)孔確定分瓣位置(圖2)。

圖2 接管開(kāi)孔和分瓣位置

封頭板拼焊后整體熱沖壓成型，壓制時(shí)坯料應(yīng)與模具同心；成型后封頭進(jìn)行恢復(fù)性能的正火熱處理，焊接接頭進(jìn)行100%RT+MT/PT無(wú)損檢測(cè)。

根據(jù)設(shè)備開(kāi)孔方位開(kāi)制封頭上接管孔，接管孔應(yīng)避開(kāi)拼接接頭[2]。封頭端口和中間開(kāi)孔立車(chē)加工坡口，其余側(cè)孔在數(shù)控落地鏜銑床上一次加工成型，嚴(yán)格控制封頭方位，并做好標(biāo)記。制作裝焊模板兩件，方位標(biāo)記一致；分別用于兩個(gè)封頭上26個(gè)過(guò)濾器接管的組焊和熱處理；焊接時(shí)還應(yīng)加裝內(nèi)壁防變形工裝，嚴(yán)格控制變形量[3]。

封頭上接管全部組焊完畢后整體進(jìn)爐熱處理[4]，熱處理時(shí)要帶全部支撐和工裝，并且應(yīng)注意裝爐方位。封頭整體熱處理后對(duì)過(guò)濾器接管、攪拌器接管法蘭密封面和內(nèi)徑在數(shù)控落地鏜銑床上進(jìn)行二次精加工，封頭在立車(chē)上加工端面坡口，以控制法蘭端面與軸心線的垂直度(≤0.5mm)，下封頭中心攪拌口接管與設(shè)備軸線的同心度公差小于1mm，保證加工精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.2筒體成型和組焊

反應(yīng)器筒體展開(kāi)長(zhǎng)度19 300mm，筒體分3瓣下料和成型，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后組焊縱、環(huán)焊接接頭。筒體展開(kāi)長(zhǎng)度計(jì)算公式為：

L=π(Di+δ)-ΔL

式中Di——筒體內(nèi)徑；

δ——筒體壁厚；

ΔL——成型過(guò)程中的伸長(zhǎng)量(經(jīng)驗(yàn)值)。

筒體板在卷板機(jī)上壓頭、卷制一次成型，制作專(zhuān)用發(fā)貨支座固定筒節(jié)瓣片(圖3)，避免運(yùn)輸造成二次變形。

圖3 專(zhuān)用發(fā)貨支座固定筒節(jié)瓣片

為控制筒節(jié)不圓度，筒節(jié)縱向焊接接頭采用立置組裝，加裝組焊固定工裝采用對(duì)稱(chēng)、立焊焊接，這樣可有效防止焊接變形，焊后筒節(jié)不需重新校圓。筒體環(huán)向焊接接頭采用傳統(tǒng)的臥置組焊。筒體上接管法蘭和附件全部組焊完成后整體進(jìn)行焊后熱處理。

筒體吊裝前在端口加裝剛性支撐，采用井字形，起吊位置應(yīng)使工件受力均衡，防止起吊過(guò)程中局部受力不均造成變形和損傷。

2.3盤(pán)管制造

設(shè)備內(nèi)部冷卻盤(pán)管采用鎳基合金SB-728(N08020)無(wú)縫鋼管煨制，無(wú)縫管規(guī)格為φ114.3mm×3.05mm。由于管壁較薄，剛性較差，材料回彈性較大，煨彎時(shí)易造成壓扁。通過(guò)工藝評(píng)定試驗(yàn)論證，采用專(zhuān)用模具在卷板機(jī)上進(jìn)行盤(pán)管的煨彎，達(dá)到了預(yù)期效果。

2.4總裝

按方位標(biāo)記固定筒體與上下封頭的位置，然后將環(huán)管及盤(pán)管等大型內(nèi)件組焊好，并進(jìn)行盤(pán)管水壓試驗(yàn)，合格后再組焊上封頭與筒節(jié)的環(huán)向焊接接頭。組裝下封頭時(shí)，同時(shí)在上、下封頭對(duì)應(yīng)的過(guò)濾器接管內(nèi)穿入定位桿和支撐盤(pán)工裝以固定上、下封頭，保持其方位一致，控制封頭上26個(gè)過(guò)濾器接管的同心度不大于5mm；然后施焊筒體與下封頭環(huán)向焊接接頭。

為防止焊后熱處理變形，筒體與上、下封頭環(huán)向焊接接頭均采用局部電加熱進(jìn)行最終消除應(yīng)力熱處理。

組焊完畢后，殼體焊接接頭內(nèi)表面和內(nèi)部所有焊接接頭用千葉輪打磨拋光至Ra6.3。全面檢查反應(yīng)器尺寸、精度和公差符合圖樣要求。檢查結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 反應(yīng)器檢查結(jié)果 mm

2.5耐壓試驗(yàn)

由于設(shè)備容積較大，對(duì)設(shè)備進(jìn)行立置氣壓試驗(yàn)[5]，試壓介質(zhì)為潔凈空氣，試驗(yàn)壓力1.985MPa，合格。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)深入分析設(shè)計(jì)圖紙，根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和重點(diǎn)要求，制定合理的制造工藝方案，對(duì)零部件的加工、成型采取合理的工藝措施，制作專(zhuān)用模具工裝，保證現(xiàn)場(chǎng)制造的順利實(shí)施，使設(shè)備能保質(zhì)、按時(shí)順利交付使用。

[1] GB 150.4-2011，壓力容器第四部分：制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收[S].北京：中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2011.

[2] 王牛.復(fù)合板塔器焊縫裂紋的返修[J].壓力容器，2012，29(10)：71～74.

[3] 都躍良.大型薄壁多開(kāi)孔不銹鋼氧化塔的制造[J].壓力容器，2002,19(12)：32～35.

[4] 冀戰(zhàn)偉.熱壁加氫反應(yīng)器的制造和檢驗(yàn)[J].石油化工設(shè)備，2012，41(5)：53～56.

[5] TSG R0004-2009，固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].北京：中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2009.