淺談大開孔嵌入式補(bǔ)強(qiáng)在催化裂化中的應(yīng)用

黨亞茹 張滿航

摘 要：開孔補(bǔ)強(qiáng)是壓力容器制造中的常見結(jié)構(gòu)，本文對(duì)壓力容器制造中常見的補(bǔ)強(qiáng)方法進(jìn)行總結(jié)，并通過實(shí)例介紹了嵌入式補(bǔ)強(qiáng)的應(yīng)用及組焊工藝。

關(guān)鍵詞：壓力容器；開孔補(bǔ)強(qiáng)；嵌入式補(bǔ)強(qiáng)

在壓力容器的設(shè)計(jì)中，由于結(jié)構(gòu)的要求，常常要在容器上開孔和連接接管。開孔的結(jié)果，不但會(huì)削弱容器的強(qiáng)度，而且在開孔的附近會(huì)造成很高的局部應(yīng)力。加上制造材料的材質(zhì)和制造方面的缺陷等綜合因素的影響，失效往往開始于開孔的邊緣處，往往成為容器破壞的一個(gè)重要原因，必須引起十分重視。因此，針對(duì)大開孔且開孔接管上常作用有較大的集中載荷時(shí)，需要進(jìn)行合理的補(bǔ)強(qiáng)，才能保證其在生產(chǎn)中正常安全的使用。

1 補(bǔ)強(qiáng)的結(jié)構(gòu)形式

1.1 補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)材料一般和殼體相同，補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體很好的貼和，所有焊縫必須緊密焊接，為便于焊后檢驗(yàn)壓縮空氣試漏，在補(bǔ)強(qiáng)圈上應(yīng)開小孔并攻絲（M10）。

1.2 整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)。此種結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)金屬集中于開孔應(yīng)力最大的部位，應(yīng)力集中系數(shù)最小。焊縫均為對(duì)接焊，并使焊縫及其熱影響區(qū)離開最大應(yīng)力區(qū)的位置。故抗疲勞性能好，若采用密集補(bǔ)強(qiáng)形式，又加大了過度圓角半徑，應(yīng)力集中系數(shù)更小，但鍛件補(bǔ)強(qiáng)需機(jī)械加工量大、成本高、制作難度大。

1.3 厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)。厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)是一種非常好的補(bǔ)強(qiáng)方法，它以工程造價(jià)低、便于施工及適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。然而厚壁管補(bǔ)強(qiáng)也有一定的局限性，即當(dāng)厚壁管的厚度達(dá)到殼體厚度的1.75倍且仍然不能滿足補(bǔ)強(qiáng)要求時(shí)，如果還是采用增加厚壁管厚度的方法，則對(duì)開孔補(bǔ)強(qiáng)的作用不大，此時(shí)需要采用增加殼體厚度和厚壁管厚度的補(bǔ)強(qiáng)方法。

2 厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)用及組焊工藝選用

2.1 某石化公司總承包的150萬噸/年催化裂解制乙烯裝置中的再生器便使用了此種補(bǔ)強(qiáng)型式，如圖2.1所示。

采用此種補(bǔ)強(qiáng)形式在保證補(bǔ)強(qiáng)要求的同時(shí)大大節(jié)約了成本，也避免了鍛件采購周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)。由于此臺(tái)再生器采用的是密集式嵌入補(bǔ)強(qiáng)，因此，選取補(bǔ)強(qiáng)板的組焊工藝就成了新的問題。

2.2 方案論證

2.2.1 常規(guī)施工方案。①設(shè)備筒體基板分片卷制成筒節(jié)，采用正裝法組對(duì)、焊接；②嵌入補(bǔ)強(qiáng)板單獨(dú)下料，卷制成型后與大接管進(jìn)行組焊；③將組焊成整體的補(bǔ)強(qiáng)板與接管進(jìn)行熱處理，消除角焊縫處焊接應(yīng)力；④設(shè)備筒體整體成型后，在殼體補(bǔ)強(qiáng)板處劃線、開孔，將補(bǔ)強(qiáng)板與接管整體嵌入殼體。經(jīng)論證，此種施工方法不夠合理，首先，材料利用率低。由于此裝置中再生器多達(dá)13塊嵌入補(bǔ)強(qiáng)板，且最大補(bǔ)強(qiáng)板尺寸為5800×4400mm，最小補(bǔ)強(qiáng)板尺寸為1440×1277mm，若采用常規(guī)方法，其材料利用率最多為80%，浪費(fèi)過大。其次，現(xiàn)場(chǎng)安裝施工難度大。再生器中N5管口處補(bǔ)強(qiáng)板與接管整體重近40t，其開孔標(biāo)高位于EL.28973處，待設(shè)備筒體整體組焊完成后開孔組對(duì)補(bǔ)強(qiáng)板與接管難度過大，必須有大型吊車配合，施工人員也必須在高空作業(yè)。殼體上開孔若不合適，必須利用氣割逐步調(diào)整。最后，焊接應(yīng)力集中區(qū)過多。如圖2.2所示，圖中云線處均為焊接應(yīng)力的集中點(diǎn)。

2.2.2 論證后施工方案。設(shè)備殼體排版時(shí)將嵌入補(bǔ)強(qiáng)板與基板整體考慮，在避免出現(xiàn)十字焊縫的前提下保證基板與補(bǔ)強(qiáng)板的環(huán)向焊縫齊平，以減少應(yīng)力集中區(qū)，如圖2.3所示。

2.2.2.1 殼體分片卷制。按照以往設(shè)備制造的工序，每帶筒節(jié)須整體進(jìn)行卷制，最后將每帶筒體進(jìn)行組焊，以保證整個(gè)設(shè)備的圓度及直線度要求。但由于目前國(guó)內(nèi)制作水平的限制，無法完成薄厚板的同時(shí)卷制，對(duì)此我們進(jìn)行分片卷制、分片組對(duì)的工序，分別成型后采用正裝法進(jìn)行組對(duì)焊接。

2.2.2.2 改進(jìn)后施工方案存在的技術(shù)難點(diǎn)。①排版需精準(zhǔn)。論證改進(jìn)后方案對(duì)整個(gè)設(shè)備的排版要求極高，首先，排版需考慮大開孔補(bǔ)強(qiáng)板在整個(gè)設(shè)備殼體中所處的位置不能改變，由于補(bǔ)強(qiáng)板所處位置基板不進(jìn)行預(yù)制，因此其尺寸必須精確。若是同一厚度的弧板進(jìn)行對(duì)接，其下料尺寸可以控制，但此裝置中的“兩器”嵌入補(bǔ)強(qiáng)板與基板不等厚，所以在排版計(jì)算下料尺寸時(shí)就必須進(jìn)行板厚處理，將其換算為同一厚度進(jìn)行下料。②各處薄厚板坡口、削邊的唯一性。由于此裝置中再生器殼體處有大量開孔嵌入式補(bǔ)強(qiáng)，各處根據(jù)板厚的不同，其削邊處理也不相同，再生器Φ12000mm段排版后就出現(xiàn)在大量不等厚弧板的對(duì)焊。此段各弧板的削邊型式及坡口型式便具有唯一性。

坡口的唯一性體現(xiàn)在不同板厚之間坡口型式選取的不同，殼體基板與嵌入式補(bǔ)強(qiáng)板坡口型式選取。

削邊型式的唯一性體現(xiàn)在80mm、86mm厚的嵌入式補(bǔ)強(qiáng)板。由于補(bǔ)強(qiáng)板尺寸過大，無法整體卷制，只能進(jìn)行分片卷制，而在分片時(shí)為了避免十字焊縫，必須將補(bǔ)強(qiáng)板與基板錯(cuò)開，這就造成了同一塊弧塊的一側(cè)出現(xiàn)兩種不同的削邊處理。

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