大厚度復(fù)合板胺液吸收塔的制造

陳杲　董建清　呂延茂

（威?；C(jī)械有限公司）

化機(jī)制造

大厚度復(fù)合板胺液吸收塔的制造

陳杲*董建清呂延茂

（威?；C(jī)械有限公司）

對(duì)大厚度復(fù)合板焊接結(jié)構(gòu)的基本要求進(jìn)行了闡述。提出了控制厚鋼板塔體直線度的措施。針對(duì)塔內(nèi)件的特殊性，采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)、合適的工裝等措施進(jìn)行組裝。

復(fù)合板焊接坡口直線度內(nèi)件焊接裝備吸收塔

0　前言

土庫(kù)曼斯坦加爾金內(nèi)什氣田，是“中國(guó)-土庫(kù)曼斯坦兩國(guó)天然氣合作總協(xié)議”中的項(xiàng)目之一。土庫(kù)曼是我國(guó)“西氣東輸”重要的天燃?xì)夤?yīng)地。

2012年上半年，威?；C(jī)械有限公司制造的天然氣胺液吸收塔，是土庫(kù)曼斯坦加爾金內(nèi)什氣田天然氣處理的核心設(shè)備。該設(shè)備設(shè)計(jì)壓力10.5 MPa，設(shè)計(jì)溫度89℃；介質(zhì)是天然氣（H2S含量4.5%，CO2含量6.2%），易燃、易爆，中度危害。

該設(shè)備的殼體材質(zhì)為022Cr17Ni14Mo2+Q345R（R-HIC），筒體板厚度為138+3 mm，封頭板厚度為147+4 mm，公稱直徑DN3400 mm，塔體高度為35 200 mm。塔內(nèi)有28層塔盤，上部有縮徑下裝式除沫器和特殊結(jié)構(gòu)的貧液分布器，下部有原料氣分布管，底部有防渦流器等內(nèi)件。塔單臺(tái)質(zhì)量為536 t。

該天然氣胺液吸收塔是國(guó)內(nèi)單臺(tái)最重的爆炸復(fù)合板制壓力容器，且同一批設(shè)備制造6臺(tái)。對(duì)該吸收塔制造的技術(shù)要求主要有下述幾項(xiàng)。

殼體的對(duì)接接頭需進(jìn)行100%射線檢測(cè)、100%超探檢測(cè)。接管和殼體的角接接頭以及殼體和裙座的連接焊縫應(yīng)保證全焊透，并進(jìn)行磁粉或滲透檢測(cè)。其中DN≥200 mm的接管與殼體的角接接頭，還應(yīng)進(jìn)行100%超探檢測(cè)。受壓元件材料和焊縫應(yīng)做抗氫誘導(dǎo)裂紋（HIC）試驗(yàn)和抗硫化氫應(yīng)力腐蝕（SCC）試驗(yàn)等。

塔體直線度≤23 mm，任意3000 mm長(zhǎng)度的筒體直線度≤3 mm。

要完成胺液塔的制造，應(yīng)根據(jù)國(guó)家法規(guī)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)技術(shù)要求和施工圖等資料，結(jié)合本公司的裝備能力和制造經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行下述工作：進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，編寫(xiě)焊接工藝卡；編寫(xiě)吸收塔施工方案；編制吸收塔制造工序路線圖；編制產(chǎn)品零件工序過(guò)程卡、工序工藝卡，編制產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)計(jì)劃、產(chǎn)品零件工序檢驗(yàn)卡。

為有利于控制零部件的方位及其尺寸，為方便施工和檢驗(yàn)，還繪制了展開(kāi)筒體縱縫、環(huán)縫方位平面圖，展開(kāi)筒體縱縫、環(huán)縫、管口方位平面圖，展開(kāi)筒體縱縫、環(huán)縫、管口、塔盤支持圈方位平面圖，展開(kāi)筒體縱縫、環(huán)縫、管口、塔盤支持圈、預(yù)焊件方位平面圖等。

1　大厚度復(fù)合板的焊接

對(duì)于大厚度復(fù)合板的焊接，發(fā)生冷裂紋的傾向較大，產(chǎn)生焊接缺陷的概率較高。若大厚度復(fù)合板上的焊縫需要返修，則影響施工進(jìn)度，故應(yīng)加強(qiáng)復(fù)合板基體的焊接質(zhì)量控制。

雖然，復(fù)層與基層的焊接也存在異種鋼焊接的問(wèn)題，但與異種鋼角接接頭相比較還是有很大差別，例如拘束度不同，殘余應(yīng)力不同，在工況下其受力狀況更是有根本的區(qū)別。

復(fù)合板焊接時(shí)，也應(yīng)遵守異種鋼焊接的基本原則，避免基體與復(fù)層直接相焊接，避免在異種鋼焊接的薄弱帶產(chǎn)生裂紋。應(yīng)加強(qiáng)不銹鋼表面的保護(hù)，杜絕鐵離子污染。

1.1殼體復(fù)層焊接坡口

大厚度復(fù)合板的筒體，縱向?yàn)閄形坡口；環(huán)向采用窄間隙坡口，鈍邊厚度為6～8 mm，開(kāi)口寬度按26～28 mm控制（圖1所示為筒體環(huán)向坡口）。

圖1　筒體環(huán)向坡口

基層與復(fù)層的交界區(qū)域?yàn)楫惙N鋼焊接，坡口型式應(yīng)遵守異種鋼焊接的基本原則，避免基體的焊縫直接與復(fù)層相焊接。因此，加工坡口時(shí)應(yīng)注意下述事項(xiàng)：

（1）在殼體內(nèi)側(cè)加工（打磨）去掉奧氏體不銹鋼層，坡口單側(cè)寬度按5～7 mm控制（見(jiàn)圖1）。

（2）在殼體內(nèi)側(cè)奧氏體不銹鋼層的清除區(qū)域，加工（打磨）基體的深度按1～1.5 mm控制（見(jiàn)圖1）。

（3）在奧氏體不銹鋼層的清除區(qū)域用硫酸銅進(jìn)行檢查，確保在碳鋼基體坡口范圍內(nèi)不銹鋼層已清除干凈。

1.2焊接

（1）基體的焊接：由于厚板焊接發(fā)生冷裂紋的傾向較大，因此應(yīng)控制基體焊前的預(yù)熱溫度，維持焊接過(guò)程的層間溫度，焊后還必須立即進(jìn)行消氫處理。對(duì)于一條基體焊縫應(yīng)當(dāng)連續(xù)地施焊完畢；由于某種原因，必須間斷（停止）焊接時(shí)，應(yīng)在焊后立即進(jìn)行消氫處理?；w里口清根后，應(yīng)進(jìn)行熱磁檢查，確保不留下焊接缺陷；還應(yīng)當(dāng)控制基體焊縫至復(fù)層的距離。

（2）過(guò)渡層的焊接：控制過(guò)渡層的預(yù)熱溫度和層間溫度；按焊接工藝施焊，控制過(guò)渡層的厚度。

（3）耐蝕層的焊接：采用小規(guī)范、低能量焊接，控制耐蝕層的層間溫度；掌握運(yùn)條的手法和技巧，避免咬邊。

1.3不銹鋼表面

不銹鋼表面防鐵離子污染是復(fù)合板制壓力容器的重要課題。

（1）在復(fù)合板的搬運(yùn)以及復(fù)合板的下料、成型、組裝、焊接等各道工序中，均存在被鐵離子污染的可能性。

（2）封頭熱成型時(shí)的機(jī)械損傷，殼體開(kāi)孔時(shí)火焰切割，焊縫清焊根時(shí)的熔渣、飛濺物等，均有可能在較高溫度下造成鐵離子污染，有時(shí)酸洗也難以徹底清除。因此，必須落實(shí)奧氏體不銹鋼表面的防護(hù)措施。

（3）遵守零、部件先酸洗、后組焊的工藝規(guī)定；設(shè)備完工后，還須完成整體酸洗的工序。

2　大厚度筒體的直線度控制

筒體的直線度是塔設(shè)備質(zhì)量的重要內(nèi)容。薄壁筒體的直線度較易調(diào)整，大厚度筒體的直線度調(diào)整相當(dāng)困難，為此必須嚴(yán)格過(guò)程控制。我們采取了下述措施。

2.1控制筒節(jié)的圓度和筒節(jié)端面的垂直度

控制筒節(jié)圓度、筒節(jié)端面的垂直度，是確保大厚度筒體直線度的基礎(chǔ)。奧氏體不銹鋼復(fù)合板的厚鋼板，在筒節(jié)展開(kāi)下料長(zhǎng)度、筒節(jié)圓度、錯(cuò)邊量等的控制和調(diào)整方面存在特殊性，必須采取相應(yīng)的措施才能控制大厚度塔體的直線度。

（1）筒節(jié)展開(kāi)下料長(zhǎng)度：厚板必需溫卷成型，以避免冷卷的缺口敏感性和厚度效應(yīng)的疊加，規(guī)避鋼板斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。由于基層和復(fù)層材質(zhì)不同，延伸率和導(dǎo)熱糸數(shù)差別顯著，因而可依據(jù)溫卷的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐的驗(yàn)證來(lái)確定筒節(jié)展開(kāi)的下料長(zhǎng)度。

（2）筒節(jié)圓度：冷卷成型鋼板的屈服強(qiáng)度、剛度較均勻，同一斷面的最大直徑與最小直徑之差，基本上反應(yīng)筒節(jié)的圓度。較大直徑的溫卷筒節(jié)，由于卷制時(shí)鋼板屈服強(qiáng)度、剛度的不均勻性，采取措施控制各個(gè)方位的曲率半徑，是決定筒節(jié)圓度的關(guān)鍵。本公司積累了豐富的校圓經(jīng)驗(yàn)，可保證塔器類的筒節(jié)圓度控制在6 mm之內(nèi)。

（3）加工后的筒節(jié)端面與軸線的垂直度，對(duì)組焊筒體的直線度有明顯的影響。

筒節(jié)找正：端面的垂直度＜1 mm，端口同心度≤0.5 mm。環(huán)縫采用窄間隙坡口，鈍邊厚度為6～8 mm，開(kāi)口寬度按26～28 mm控制（見(jiàn)圖1）。

大厚度筒節(jié)端部的焊接坡口采用立車加工，因此，臥置的筒節(jié)需要翻轉(zhuǎn)為豎置狀態(tài)進(jìn)行加工；焊接坡口加工后，豎置的筒節(jié)需要翻轉(zhuǎn)為臥置狀態(tài)，準(zhǔn)備殼體的組焊。

傳統(tǒng)的翻轉(zhuǎn)筒節(jié)措施：較輕的筒節(jié)采用施加徑向外力（摩擦力）的卡具，較重的筒節(jié)施焊筋板，供行車吊鉤之用，但這均會(huì)對(duì)筒體表面造成損傷，且進(jìn)度慢。

吸收塔最重的筒節(jié)達(dá)30 t，6臺(tái)吸收塔共有84節(jié)筒節(jié)。針對(duì)筒節(jié)噸位較大、數(shù)量較多的狀況，制作了軸向自鎖式的工裝，翻轉(zhuǎn)快、穩(wěn)，不損傷母材（見(jiàn)圖2、圖3）。

2.2控制環(huán)焊縫軸向收縮的均勻性

環(huán)焊縫軸向收縮的不均勻性，是影響大厚度筒體直線度的根源。

壓力容器的常規(guī)對(duì)接坡口：鈍邊厚度為2 mm，組對(duì)間隙為2 mm。其目的是容易焊透，方便背面的焊根清理。

塔器筒體環(huán)縫的鈍邊較厚，采取無(wú)間隙組對(duì)，有利于控制環(huán)焊縫軸向收縮的均勻性，這是控制塔體直線度的根本措施（見(jiàn)圖1）。

圖2　筒體正在豎置待加工的上端面

圖3　筒體上端面加工后正在橫置

采用窄間隙坡口，既節(jié)約了焊接材料，提高了施工進(jìn)度，又降低了軸向焊接應(yīng)力，減少了環(huán)焊縫軸向收縮的不均勻性，便于控制塔體直線度。

2.3控制環(huán)焊縫的錯(cuò)邊量

控制環(huán)焊縫的錯(cuò)邊量，有利于控制塔體直線度。

由于厚壁筒節(jié)剛性大，難以通過(guò)筒節(jié)變形來(lái)調(diào)整錯(cuò)邊量。我們的工作是要保證筒體周長(zhǎng)偏差和圓度合適。筒節(jié)加工后，劃出方位線，測(cè)量對(duì)應(yīng)方位的外徑，記錄在表格中。然后，按相連筒節(jié)端口對(duì)應(yīng)方位外徑差的最大值，采用平移法調(diào)整錯(cuò)邊量。按這一方法處理，6臺(tái)吸收塔筒體整體組焊后，塔體直線度均控制在20 mm以下，符合塔體直線度的設(shè)計(jì)要求。

3　遵守統(tǒng)一的基準(zhǔn)，采用合適的工裝

由于塔內(nèi)件具有特殊性，所以應(yīng)遵守統(tǒng)一的基準(zhǔn)，采用合適的工裝，并與內(nèi)件配組，這樣才能確保安裝質(zhì)量。

3.1基準(zhǔn)和定位

塔盤支持圈組焊的關(guān)鍵尺寸是其水平度和間距。筒節(jié)上標(biāo)出的環(huán)線，是控制筒體直線度和塔盤支持圈水平度的基準(zhǔn)線。

每臺(tái)胺液吸收塔由十四節(jié)筒節(jié)組成，采取先分三段組焊、然后整體合攏的施工方案。筒節(jié)順序號(hào)：與下封頭相連的為第一號(hào)筒節(jié)，依次類推，與上封頭相連的為第十四號(hào)筒節(jié)。筒節(jié)第一號(hào)至第五號(hào)組成下段，第六號(hào)至第十號(hào)組成中段，第十一號(hào)至第十四號(hào)組成上段。

筒節(jié)在立車上加工環(huán)向坡口時(shí)，分別在第一、六、十一號(hào)筒節(jié)的下端距端面100 mm處標(biāo)出水平環(huán)線。

第一號(hào)筒節(jié)下端的環(huán)線是確定塔盤定位尺寸的第一基準(zhǔn)線，第六號(hào)、第十一號(hào)筒節(jié)的下端環(huán)線為輔助基準(zhǔn)線。

三段塔體分別組焊后，首先測(cè)量對(duì)稱方位各段筒體組焊的直線度、各段筒體在各個(gè)方位的長(zhǎng)度，偏差值按3 mm控制，并標(biāo)出超差部分的切割線和基準(zhǔn)線。

然后，各段筒體分別標(biāo)出接管和支持圈的縱、環(huán)向位置線，測(cè)量水平度和間距。

所有標(biāo)記應(yīng)清晰可查。筒體外表面：劃線、打標(biāo)號(hào)（見(jiàn)圖4、圖5）；筒體內(nèi)表面：在等分位置點(diǎn)焊的不銹鋼板上，劃線、打標(biāo)號(hào)。此外，還應(yīng)用醒目的記號(hào)筆框出標(biāo)記。

圖4　超差部分的切割線和輔助基準(zhǔn)線

割除、打磨掉各段筒體不同方位的超差部分，修磨坡口。這樣，既控制了塔盤支持圈的水平度，也控制了塔體的直線度。

圖5　筒體環(huán)向第一基準(zhǔn)線

再組焊塔盤支持圈等?？刂扑P支持圈的水平度和間距：沿線對(duì)稱點(diǎn)焊，測(cè)量支持圈與筒體內(nèi)表面的垂直度；對(duì)稱同步施焊，測(cè)量支持圈表面的水平度。

3.2工裝和組裝程序

塔體入口貧液分布器（見(jiàn)圖6）的結(jié)構(gòu)較為特殊，兩側(cè)為兩塊板式結(jié)構(gòu)的隔板，兩隔板由位于中間的倒T字形三通管的橫管進(jìn)行法蘭連接，三通管豎管和貧液入口管也為法蘭連接。兩塊隔板和倒T字形三通管均較重，組裝需要一定的技巧。

圖6　貧液分布器

組裝程序：

（1）以筒體縱向剖面的方位線為基準(zhǔn)，在兩側(cè)對(duì)稱距離劃出隔板的位置線。劃出隔板十字中心線，備齊工裝。

（2）按方位線組對(duì)一塊隔板，為水平狀態(tài)，找中、找垂直。

（3）轉(zhuǎn)動(dòng)筒體，使已裝隔板至垂直狀態(tài)，用工裝吊起倒T字形三通管，并將其分別與隔板、三通管相連接。

（4）轉(zhuǎn)動(dòng)筒體，使已裝隔板至水平狀態(tài)，組對(duì)另一塊隔板。

（5）轉(zhuǎn)動(dòng)筒體，調(diào)整隔板使其基本處于垂直狀態(tài)。

（6）緊固螺母，檢查各個(gè)法蘭面的密封性。3.3配組和順序

通常，壓力容器制造單位除了容器殼體外，僅組焊與殼體直接相焊接的元件。例如：塔盤支持圈、貧液分布器、原料氣分布管以及伸入殼體內(nèi)側(cè)的接管和法蘭等（見(jiàn)圖7）；貧液分布器、原料氣分布管以及支承梁的支撐座（見(jiàn)圖8）等。

圖7　接管法蘭

圖8　支撐座

內(nèi)件制造單位制作不與容器殼體直接相焊接的所有內(nèi)件，包括零件和部件。例如：塔盤及其連接件，貧液分布器、原料氣分布管、支承梁等。

（1）接管法蘭

零部件的制作存在方位上的允許偏差問(wèn)題，為了確保匹配件的準(zhǔn)確方位，必須采取與實(shí)物配組。

例如：貧液分布器、原料氣分布管均具有方向性，因此，伸入殼體內(nèi)側(cè)的接管法蘭在與接管組焊前，必須與貧液分布器、原料氣分布管進(jìn)行實(shí)配，在方位調(diào)整準(zhǔn)確之后，方可焊接。此外，在訂采購(gòu)合同時(shí)還應(yīng)考慮到某些不能忽略的細(xì)節(jié)問(wèn)題，例如，與容器接管相連接的配對(duì)法蘭，必須留一個(gè)進(jìn)行配組焊接。

（2）支撐座

零部件的制作還存在著高度、水平度等尺寸上的允許偏差問(wèn)題，為了確保匹配件的準(zhǔn)確定位安裝，也必須采取實(shí)配定位。

對(duì)于貧液分布器、原料氣分布管和支撐梁等，必須在容器制造廠就將其水平度調(diào)整至合格，然后才能進(jìn)行組焊。因此，采購(gòu)合同上應(yīng)明確，相關(guān)內(nèi)件運(yùn)到容器制造單位才能進(jìn)行實(shí)配定位。

（3）可拆件

塔盤等可拆件必須進(jìn)行預(yù)組裝，這在合同中也應(yīng)予以明確，以確保塔盤在現(xiàn)埸安裝時(shí)其方位、尺寸合格。

4　采用先進(jìn)的裝備

采用先進(jìn)的裝備是穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、加快施工進(jìn)度的有效措施。

（1）裝備

50 mm＜DN＜700 mm的接管，應(yīng)采用小接管內(nèi)壁堆焊機(jī)進(jìn)行堆焊（見(jiàn)圖9）。

圖9　小接管內(nèi)壁堆焊機(jī)

威?；C(jī)械有限公司擁有6臺(tái)窄間隙自動(dòng)焊機(jī)和4臺(tái)馬鞍形數(shù)控切割、焊接一體機(jī)。

環(huán)縫均采取機(jī)械加工的窄間隙坡口，并使用窄間隙自動(dòng)焊機(jī)施焊（見(jiàn)圖10）。

殼體上全部接管孔和坡口，均采用馬鞍形數(shù)控切割、焊接一體機(jī)切割。

每臺(tái)吸收塔有5個(gè)人孔，均采用馬鞍形數(shù)控切割、焊接一體機(jī)進(jìn)行殼體與人孔接管的焊接（見(jiàn)圖11）。

圖10　馬鞍形自動(dòng)焊機(jī)

圖11　ESAB（瑞典）窄間隙自動(dòng)焊機(jī)

公司擁有36 m長(zhǎng)的射線探傷室，使用6 MeV電子直線加速器進(jìn)行焊接接頭的拍片。

擁有36 m長(zhǎng)的天然氣熱處理爐，因而吸收塔的熱處理采取整體熱處理的方案。

（2）探傷

為了保證焊接接頭的質(zhì)量，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了焊接接頭的無(wú)損探傷。

另外，為確保出口產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，對(duì)DN＜200 mm的接管與殼體的角接接頭也進(jìn)行了超聲檢測(cè)和射線檢測(cè)。這是一項(xiàng)本公司內(nèi)部控制焊接質(zhì)量的措施，雖然存在著探傷“盲區(qū)”，但為判斷角接接頭的內(nèi)在質(zhì)量提供了依據(jù)。

（3）管理措施

該吸收塔采取分段制作、整體合攏的組裝工藝，除了采用先進(jìn)的裝備外，還對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行了精心組織、科學(xué)安排。堅(jiān)持以合格的質(zhì)量為原則，以精神鼓勵(lì)和物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)相結(jié)合，激發(fā)員工的聰明才智，調(diào)動(dòng)一切積極因素，全力以赴完成任務(wù)。

從鋼板運(yùn)到公司之日起，花了5個(gè)月時(shí)間，保質(zhì)保量地完成了6臺(tái)吸收塔（見(jiàn)圖12）的制造任務(wù)，按時(shí)裝船發(fā)運(yùn)。目前，6臺(tái)胺液吸收塔運(yùn)行正常。威?；C(jī)械有限公司為我國(guó)大型化工設(shè)備的出口創(chuàng)造了奇跡。

圖12　胺液吸收塔

5　結(jié)語(yǔ)

以大厚度復(fù)合板制造壓力容器，難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，因此應(yīng)加強(qiáng)制造過(guò)程的質(zhì)量控制。本文對(duì)大厚度復(fù)合板焊接結(jié)構(gòu)的基本要求進(jìn)行了闡述，并針對(duì)塔內(nèi)件的特殊性，提出了控制厚鋼板塔體直線度的措施。

（1）對(duì)于大厚度復(fù)合板結(jié)構(gòu)的焊接，應(yīng)加強(qiáng)基體焊接質(zhì)量的控制；復(fù)層焊接應(yīng)遵守異種鋼焊接的基本原則，以確保焊接質(zhì)量。

（2）在復(fù)合板的搬運(yùn)以及復(fù)合板的下料、成型、組裝、焊接等各道工序中，均存在鐵離子污染的可能性。特別是在封頭熱成型時(shí)，容易受到鐵質(zhì)胎具的機(jī)械損傷。殼體開(kāi)孔時(shí)火焰切割、焊縫清焊根時(shí)產(chǎn)生飛濺物等，均有可能造成高溫狀態(tài)的鐵離子污染，且清除鐵離子污染的難度很大。因此，應(yīng)始終采取有效措施，嚴(yán)格進(jìn)行奧氏體不銹鋼表面的保護(hù)。

（3）以控制筒節(jié)的圓度、筒節(jié)端面的垂直度為基礎(chǔ)，筒節(jié)的環(huán)縫采用窄間隙坡口、較厚的鈍邊，并采取無(wú)間隙組對(duì)的措施，這是確保筒體直線度的有效措施。

（4）由于塔內(nèi)件的特殊性，應(yīng)遵守統(tǒng)一的基準(zhǔn)，采用合適的工裝，執(zhí)行實(shí)配的程序，這是確保安裝質(zhì)量的可靠保障。

（5）采用先進(jìn)的裝備，采取合理的工藝，實(shí)施靈活的措施，這是確保產(chǎn)品質(zhì)量、提高施工進(jìn)度的有效方法。

Manufacture of Amine Liquor Absorption Tower with Thick Clad Plate

Chen GaoDong JianqingYv Yanmao

The basic requirements of the welding structure of the thick clad plate are discussed so the measures to control the tower straightness of the thick steel plate are proposed.According to the specificity of the tower internals，the unified benchmark and appropriate tooling is important in the assembling.

Clad plate；Welding groove；Straightness；Internals；Welding equipment；Absorption tower

TQ 050.6

2015-02-20）

*陳杲，男，1979年生，工程師。威海市，264203。