H2S濃縮塔的制造

郭志英

（中航黎明錦西化工機(jī)械（集團(tuán)）有限責(zé)任公司)

0 前言

某H2S濃縮塔是中航黎明錦西化工機(jī)械 （集團(tuán)）有限公司為某50萬t/a合成氨工程制造的奧氏體不銹鋼低溫塔設(shè)備。通常，低溫壓力容器破壞的主要原因是母材及焊接接頭在低溫下的脆斷，這也是低溫壓力容器的一個(gè)特點(diǎn)。基于此特點(diǎn)，在選材、制造和檢驗(yàn)方面，選擇適宜的材質(zhì)、采用合理的制造工藝及檢驗(yàn)方法是設(shè)備制造的關(guān)鍵。由于該設(shè)備直徑較大、塔體較高，并有數(shù)十層塔盤內(nèi)件，因此要保證塔盤組順利裝入塔體，就應(yīng)當(dāng)控制筒體直徑允差、圓度允差、直線度允差和焊接變形，并采取分段制造，這是該設(shè)備制造的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，也是該設(shè)備制造的難點(diǎn)。

本文主要介紹了該50萬t/a合成氨裝置上濃縮塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了其制造難點(diǎn)，并在制造、檢驗(yàn)和運(yùn)輸?shù)确矫嬗嗅槍?duì)性地提出了解決方案及工藝措施。

1 濃縮塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

H2S濃縮塔設(shè)備規(guī)格為DN4200 mm×16 mm×56000 mm，設(shè)備主體材質(zhì)為S32168，設(shè)備內(nèi)有75層塔盤，分五段制造、運(yùn)輸，在用戶現(xiàn)場(chǎng)合攏后整體交貨。該設(shè)備的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

該設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2 主體材料選擇

低溫用奧氏體不銹鋼應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，固溶狀態(tài)供貨，沖擊韌性好。

奧氏體不銹鋼材料的切割應(yīng)采用剪切、機(jī)械加工方法完成，所使用的砂輪片應(yīng)為專用的，鋼絲刷及清除焊渣的工具應(yīng)由不銹鋼材料制成。施工過程中，應(yīng)避免一切刻劃、打鋼印、過量冷變形、錘擊、強(qiáng)力變形組裝等可能產(chǎn)生殘余應(yīng)力的操作方法。

圖1 濃縮塔結(jié)構(gòu)

表1 濃縮塔技術(shù)參數(shù)

3 制造工藝及制造難點(diǎn)

3.1 筒節(jié)內(nèi)徑的控制

考慮到不銹鋼材料線膨脹系數(shù)較大，縱焊縫焊接收縮較大，筒節(jié)展開刨邊后料長(zhǎng)應(yīng)嚴(yán)格控制在mm范圍內(nèi)，即必須保證展開料在正差范圍內(nèi)?？刂茲L圓后組對(duì)前盤外圓周長(zhǎng)的尺寸，以確保筒節(jié)焊后內(nèi)徑尺寸在mm范圍內(nèi)。

3.2 筒節(jié)兩端口平面度的控制

號(hào)料時(shí)號(hào)出50 mm基準(zhǔn)線，清晰地標(biāo)記四心位置，邊緣留2 mm刮邊余量，每節(jié)筒節(jié)長(zhǎng)度為正差0.9 mm；為保證塔體直線度，下料時(shí)應(yīng)保證相鄰母線垂直；刨邊后檢查板料的對(duì)角線差之絕對(duì)值＜2 mm，每一節(jié)刨邊后測(cè)量寬度并做好記錄。

成形并經(jīng)校圓合格的筒節(jié)應(yīng)進(jìn)行二次劃線。將筒節(jié)置于平臺(tái)上，使筒壁與平臺(tái)表面垂直，重劃50 mm線，保證兩端50 mm基準(zhǔn)線與平臺(tái)平面的平行度允差小于0.5 mm。同時(shí)，將與封頭相焊端的筒節(jié)內(nèi)50 mm線劃出，作為內(nèi)件劃線組焊用基準(zhǔn)，并做清晰標(biāo)記。劃線完成后筒節(jié)兩端用工裝支撐圈支撐。

3.3 筒節(jié)圓度的控制

筒節(jié)找圓并經(jīng)校圓后，用拉桿尺測(cè)量每個(gè)筒節(jié)兩端的圓度，圓度均控制在8 mm以下。檢查合格的筒節(jié)應(yīng)立置，筒節(jié)兩端用工裝支撐圈支撐后的筒節(jié)圓度應(yīng)小于5 mm。支撐圈端面與端口平面平行，平行度允差不大于3 mm。

3.4 塔盤外徑尺寸的確定

3.5 現(xiàn)場(chǎng)組焊

設(shè)備共分為5段，各段塔體經(jīng)檢驗(yàn)合格運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組焊。塔段臥置組對(duì)前，檢查筒體分段處坡口尺寸及表面質(zhì)量應(yīng)符合圖樣要求。塔段臥置組對(duì)時(shí)，嚴(yán)格按四心位置組對(duì)，并采用水平、垂直方向掛鉤線監(jiān)測(cè)塔體直線度。在塔體頭、尾及對(duì)口部位用鋼尺檢查，組對(duì)時(shí)對(duì)口錯(cuò)邊應(yīng)均勻，對(duì)口間隙也應(yīng)均勻，避免一邊倒現(xiàn)象。環(huán)縫對(duì)口錯(cuò)邊量不大于3 mm；同一斷面最大最小直徑差小于5 mm，檢查合格后組焊筒體；焊接過程中鋼線不得拆除，以便隨時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。

3.6 塔內(nèi)件支撐與筒體組焊工藝

筒體制造完成并經(jīng)檢驗(yàn)合格后，以與封頭相焊筒體上標(biāo)記出的50 mm基準(zhǔn)線作為內(nèi)件劃線組焊用基準(zhǔn)。每層塔盤支撐圈都以此50 mm基準(zhǔn)圓作為基準(zhǔn)線。塔盤支撐圈和支撐板點(diǎn)焊后，檢查平面度和水平度，二者之間的焊接以及與塔體之間的焊接按焊接工藝進(jìn)行，采用小電流焊接，防止支撐圈變形。

塔盤支撐圈和支撐板組焊后的上表面應(yīng)在同一水平面上，最大偏差不大于3 mm。每種型號(hào)的塔盤在廠內(nèi)試組1～2組，焊接后進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。塔盤支撐圈與塔壁焊接后，其上表面在300 mm弦長(zhǎng)上的局部不平度均不得超過1 mm，整個(gè)塔盤支撐圈的上表面不平度允差為5 mm。相鄰兩層支撐圈的間距允差不得超過±3 mm。任意兩層支撐圈間距允差在20層內(nèi)不得超過±10 mm。

3.7 組裝工藝

（1）筒體 (封頭)組對(duì)前應(yīng)先盤圓周，嚴(yán)格按心線組對(duì)，控制50 mm線間距偏差小于0.5 mm。

（2）組對(duì)時(shí)對(duì)口錯(cuò)邊均勻分布，對(duì)口間隙均勻，避免一邊倒現(xiàn)象。

（3）相鄰?fù)补?jié)直線度允差小于2 mm，每3 m長(zhǎng)筒體最大直線度允差3 mm；組對(duì)點(diǎn)焊后檢查筒體直線度，每段塔體直線度偏差不得大于5 mm，整個(gè)塔體直線度偏差不得大于30 mm。

（4）環(huán)縫對(duì)口錯(cuò)邊量不大于3 mm。

（5）環(huán)縫棱角度不大于3 mm。

（6）塔體總長(zhǎng)允差±30 mm，同一斷面最大最小直徑差小于5 mm。

（7）各段塔體兩端口內(nèi)支撐圈作為運(yùn)輸支撐暫不拆，待現(xiàn)場(chǎng)組焊完成后拆除。

3.8 焊接要求

低溫用鋼的焊接，關(guān)鍵是要避免焊縫金屬及熱影響區(qū)形成粗晶組織而導(dǎo)致低溫韌性降低，因此要求嚴(yán)格控制焊接線能量。通常，采用較小的焊接線能量，多層多道施焊，避免焊道過熱，多道焊時(shí)要控制層間溫度。

在低溫條件下為防止鋼材結(jié)構(gòu)處或缺陷處的應(yīng)力集中敏感性增大，從而加劇低溫脆性破壞傾向，要求低溫容器焊接時(shí)不得在母材的非焊縫區(qū)引弧，所有的焊接接頭應(yīng)嚴(yán)格避免焊接缺陷，不得有未焊透、未熔合、裂紋、氣孔、咬邊等缺陷，要求焊縫表面呈圓滑過渡，不應(yīng)有急劇的形狀變化。

3.9 無損檢測(cè)

設(shè)備的A、B類焊接接頭應(yīng)進(jìn)行100%射線檢測(cè)，按標(biāo)準(zhǔn)JB/T 4730.2—2005Ⅱ級(jí)合格。其中現(xiàn)場(chǎng)組焊后的B類焊接接頭需進(jìn)行100%衍射時(shí)差法超聲 （TOFD）檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果不低于JB/T 4730.2—2005Ⅱ級(jí)，所有C、D、E類焊接接頭表面均應(yīng)進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，按JB/T 4730.5—2005Ⅰ級(jí)合格。

4 結(jié)論

本文主要介紹了合成氨裝置上濃縮塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了其制造難點(diǎn)，并在制造、檢驗(yàn)和運(yùn)輸?shù)确矫嬗嗅槍?duì)性地提出了解決方案及工藝措施。通過對(duì)低溫奧氏體不銹鋼為主體材料的低溫塔設(shè)備的成功制造，既積累了豐富的制造經(jīng)驗(yàn)，又證明了所采取的制造工藝是合理可靠的。H2S濃縮塔制造完成后，三方監(jiān)檢及用戶均非常滿意，設(shè)備至今運(yùn)行良好。

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