丙烷脫氫反應(yīng)器的制造技術(shù)分析

侯加榮 吳 江 盧 彬 王加輝

（南京中建化工設(shè)備制造有限公司，江蘇 南京 210000）

反應(yīng)器是丙烷脫氫項(xiàng)目的主要設(shè)備，原料丙烯氣化后加熱至540～590℃進(jìn)入反應(yīng)器，在催化劑的作用下，在反應(yīng)器中進(jìn)行脫氫反應(yīng)轉(zhuǎn)化為丙烯。該反應(yīng)器為薄壁大直徑壓力容器、內(nèi)件多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)制作過程中部分工序需與美國(guó)Lummus 公司及意大利CRI 公司共同合作完成，制造難度大、質(zhì)量要求高，在此之前主要由韓國(guó)和意大利制造，本文將對(duì)反應(yīng)器制造進(jìn)行介紹。

1 反應(yīng)器概況

反應(yīng)器主體部分由筒體封頭和三個(gè)大接管組成。筒體部分內(nèi)直徑為7 900mm，名義厚度為25mm，材質(zhì)為Q345R，由5 節(jié)筒體組成；三個(gè)大接管分別位于反應(yīng)器的上下兩側(cè)，大接管上下最大高度差為18 222mm，組成三個(gè)大接管材料的材質(zhì)包含Q345R，SA182-310S，SA240-310S，SA182-F11，SA387Gr11Cl1。反應(yīng)器制造、檢驗(yàn)及驗(yàn)收參照TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》及GB150.1～GB150.4-2011《壓力容器》。

2 反應(yīng)器筒體部分制造

2.1 筒節(jié)瓜片組對(duì)、焊接

圖1 反應(yīng)器構(gòu)造

反應(yīng)器筒體部分由5節(jié)筒體組成，每節(jié)筒體由3個(gè)圓弧瓜片拼接而成。按傳統(tǒng)的壓力容器筒體制造工藝，先將3個(gè)瓦片進(jìn)行立式組對(duì)，組對(duì)完后將該節(jié)筒體移至滾輪架上進(jìn)行縱縫焊接，但該反應(yīng)器為薄壁大直徑壓力容器，若采用上述工藝進(jìn)行筒體瓦片組對(duì)、焊接，在將組對(duì)好的筒體移至滾輪架上焊接的過程中會(huì)導(dǎo)致組對(duì)焊點(diǎn)的崩潰和筒體嚴(yán)重變形，為避免以上問題的出現(xiàn)，制造過程中瓦片在立式組對(duì)完成后未對(duì)筒節(jié)進(jìn)行移動(dòng)，直接在原地進(jìn)行焊縫的立式焊接，從而保證筒體不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重變形。在進(jìn)行瓦片組對(duì)時(shí)要求縱焊縫錯(cuò)邊量≤3mm，棱角E≤4.5mm，Dmax-Dmin≤25mm，用弦長(zhǎng)1 300mm 樣板檢查間隙≤17mm。

圖2 反應(yīng)器筒體結(jié)構(gòu)

2.2 筒節(jié)組對(duì)、焊接

反應(yīng)器為薄壁大直徑容器，在進(jìn)行環(huán)縫組對(duì)前需將單個(gè)筒節(jié)撐圓，為此在進(jìn)行筒節(jié)組對(duì)前將反應(yīng)器外部支撐圈先進(jìn)行組對(duì)，此工藝在節(jié)約后期去除支撐工作量的同時(shí)亦達(dá)到將筒節(jié)撐圓的效果。筒節(jié)組對(duì)時(shí)要求錯(cuò)邊量≤5mm。

3 反應(yīng)器大接管與筒體組對(duì)

大接管與筒體的組對(duì)為反應(yīng)器制造的難點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)先進(jìn)行大接管F、EH 轉(zhuǎn)至水平位置，然后進(jìn)行大接管ABC組對(duì)工作，組對(duì)時(shí)采用經(jīng)緯儀測(cè)量接管A法蘭面和接管F法蘭面的平行度，要求兩個(gè)法蘭面的平行度≤5mm［1］。

4 反應(yīng)器焊接難點(diǎn)

反應(yīng)器的焊接難點(diǎn)在于新型鉻鉬型耐熱鋼SA387Grl1C12 鋼材料的焊接，SA387Grl1C12 是一種中溫抗氫特種鋼，焊接質(zhì)量較難保證。

4.1 SA387Grl1C12焊接性分析

4.1.1 冷裂紋傾向嚴(yán)重SA387GrllC12 鋼為鉻鉬型耐熱鋼，Cr、Mo 含量較高，焊接接頭有明顯的淬硬傾向。特別是厚壁容器，設(shè)備的拘束應(yīng)力較大，在快速冷卻的情況下，氫來(lái)不及逸出，易產(chǎn)生氫致延遲裂紋。為此，在焊接過程中應(yīng)嚴(yán)格控制預(yù)熱和層間溫度，焊后應(yīng)立即進(jìn)行消氫處理或中間消應(yīng)力熱處理。

4.1.2 回火參數(shù)影響焊后熱處理對(duì)SA387Grl1C12鋼的焊接接頭，既可以降低接頭的硬度，消除焊接殘余應(yīng)力，又可以獲得較好的韌性。所以焊后熱處理的溫度和時(shí)間的選擇要適當(dāng)，一般溫度為660oC。

4.2 焊接材料選擇及焊接工藝參數(shù)

為保證焊接質(zhì)量，SA387Grl1C12 材料在焊接時(shí)采用手工電弧焊焊接，所選用焊接材料為哈焊所的R307 焊條，其焊接規(guī)范參數(shù)如表1：

表1 焊接規(guī)范參數(shù)

4.3 焊后熱處理

SA387Grl1C12鋼屬于通過熱處理來(lái)改善鋼材性能的鋼種，因此正確選擇熱處理規(guī)范和嚴(yán)格執(zhí)行熱處理工藝對(duì)鋼制壓力容器至關(guān)重要，在壓力容器制造過程中，一般除嚴(yán)格控制焊前預(yù)熱溫度外，還要保持焊接過程中的層間溫度；焊后尚應(yīng)采用焊后消氫熱處理、中間熱處理和最終焊后熱處理，方能保證焊接接頭不開裂，并具有優(yōu)良的綜合性能，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求和大量實(shí)際制造經(jīng)驗(yàn)，最終確定660℃±10℃作為部件的熱處理溫度，熱處理工藝曲線見下圖。

圖3 熱處理工藝曲線

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)化工裝備制造實(shí)力的不斷增強(qiáng)，今后將會(huì)有更多大型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的壓力容器國(guó)產(chǎn)化，反應(yīng)器的成功制造為今后更多的化工設(shè)備國(guó)產(chǎn)化提供了經(jīng)驗(yàn)。

［1］劉明福.脫氫反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)及應(yīng)力分析［J］.設(shè)計(jì)計(jì)算，2002（8）：21-23.