不銹鋼復(fù)合板塔器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

郭成成 賈娜

（陜西化建工程有限責(zé)任公司)

不銹鋼復(fù)合板塔器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

郭成成*賈娜

（陜西化建工程有限責(zé)任公司)

從加氫裂化裝置汽提塔的設(shè)計(jì)出發(fā)，對(duì)不銹鋼復(fù)合板塔器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析，要點(diǎn)問題包括材料選擇、焊接、無損檢測(cè)和開孔接管的設(shè)計(jì)等方面。

汽提塔 復(fù)合板 塔器 優(yōu)化設(shè)計(jì) 不銹鋼

0 概況

與傳統(tǒng)的不銹鋼材料相比，不銹鋼復(fù)合板在性能和成本等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此該類材料廣泛應(yīng)用于石油、化工、環(huán)保等許多工業(yè)領(lǐng)域中。在壓力容器行業(yè)，不銹鋼復(fù)合板的應(yīng)用也越來越多。本文結(jié)合所設(shè)計(jì)的復(fù)合板塔器，對(duì)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)與難點(diǎn)進(jìn)行闡述。

該塔器按照GB 150.1～150.4—2011《壓力容器》[1]、JB/T 4710—2005《鋼制塔式容器》[2]和TSG R0004—2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[3]進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 汽提塔簡(jiǎn)介

某項(xiàng)目加氫裂化裝置中的2臺(tái)汽提塔，是由陜西化建工程有限公司設(shè)計(jì)的復(fù)合板塔器。該塔主要材質(zhì)為S32168+Q345R，塔體主要由大小兩段筒體組成，兩段筒體直徑分別為?1500/?3600，筒體壁厚分別為(3+10)mm/(3+24)mm，塔器的總高度為33 310 mm，支撐為裙座結(jié)構(gòu)，兩段筒體中間采用錐形結(jié)構(gòu)過渡。汽提塔的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，設(shè)備外形如圖1所示。

表1 汽提塔設(shè)計(jì)參數(shù)

圖1 汽提塔結(jié)構(gòu)

2 設(shè)計(jì)要求

該塔器采用壓力容器設(shè)計(jì)軟件PV Desktop 10.0進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，采用Autocad進(jìn)行繪圖。考慮到該塔器介質(zhì)特性以及工作壓力等，按照GB 150—2011[1]、JB/T 4710[2]標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)該設(shè)備的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行了分析，其要點(diǎn)、難點(diǎn)問題主要在塔器材料選擇、焊接形式選擇、無損檢測(cè)要求和開孔接管的設(shè)計(jì)等方面。

2.1 材料的選擇

殼體材質(zhì)為復(fù)合板S32168+Q345R，材料應(yīng)按NB/T 47002.1—2009《壓力容器用爆炸焊接復(fù)合板第1部分：不銹鋼-鋼復(fù)合板》中B1級(jí)進(jìn)行制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收；基層材料為Q345R熱軋鋼板，覆層材料為S32168不銹鋼板。

考慮到介質(zhì)的腐蝕性，接管材質(zhì)也需要采用基層加耐腐蝕層的結(jié)構(gòu)。根據(jù)車間的加工能力，可以完成DN≥80 mm無縫接管的內(nèi)壁堆焊。若選擇的接管為80 mm≤DN≤400 mm，可采用碳鋼無縫鋼管和內(nèi)壁堆焊S32168的結(jié)構(gòu)。若DN＞400 mm，可采用復(fù)合鋼板卷制完成，以減少加工成本。若DN＜80 mm，考慮到無法進(jìn)行內(nèi)壁堆焊以及復(fù)合鋼管采購困難等因素，可直接采用整體不銹鋼結(jié)構(gòu)。另外，對(duì)于內(nèi)伸接管，為避免介質(zhì)腐蝕，也需要采用不銹鋼鋼管。

2.2 焊接形式及無損檢測(cè)要求

復(fù)合鋼板的焊接過程不同于一般鋼板，它相當(dāng)于進(jìn)行異種金屬的焊接，因此具有特殊性。為了保證復(fù)合鋼板不因焊接過程而失去原有的性能，通常采用覆層和基層分別焊接，中間添加過渡層的方法進(jìn)行焊接，以使整個(gè)接頭焊縫具有良好的組織與性能，從而保證接頭能同時(shí)滿足強(qiáng)度及耐腐蝕性能的要求。

對(duì)AB類焊接接頭采用的焊接坡口形式如圖2所示。該節(jié)點(diǎn)分三個(gè)階段進(jìn)行焊接，即基層焊接、過渡層焊接和覆層焊接。首先進(jìn)行基層的焊接，可以采用埋弧自動(dòng)焊；焊接完畢后，采用碳弧氣刨進(jìn)行清根處理，需要將基層刨掉0.5～1 mm。然后進(jìn)行過渡層焊接，過渡層焊接屬于異種鋼焊接，它是整個(gè)接頭焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。最后進(jìn)行覆層的焊接，采用氬弧焊焊接。

圖2 焊接接頭

為了保證焊接接頭的質(zhì)量，除了合理的焊接工藝以外，還需要進(jìn)行相應(yīng)的無損檢測(cè)。復(fù)合板的焊接接頭與常規(guī)接頭不同，常規(guī)焊接接頭一般在整個(gè)接頭焊接完畢后進(jìn)行無損檢測(cè)，而復(fù)合板焊接接頭需要在焊接過程中進(jìn)行檢測(cè)?；鶎邮潜ＷC整個(gè)復(fù)合板強(qiáng)度的部分，在基層焊接完畢后，就需要進(jìn)行嚴(yán)格的射線或超聲波檢測(cè)。由于覆層焊接過程復(fù)雜，焊材價(jià)格較高，且不宜經(jīng)過較多的熱過程，所以基層焊縫的檢查一般在焊接覆層之前進(jìn)行，若發(fā)現(xiàn)缺陷應(yīng)及時(shí)返修?；鶎雍缚p合格后再進(jìn)行覆層焊接。

過渡層在焊接前，對(duì)修磨平整的焊縫表面，需要進(jìn)行表面磁粉檢測(cè)或滲透檢測(cè)，以確保與過渡層的結(jié)合面無裂紋等缺陷存在。同樣，在過渡層焊接完后、覆層焊接之前，以及覆層焊接完后，均須進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，確保整個(gè)焊接接頭質(zhì)量合格。

2.3 開孔接管的設(shè)計(jì)

接管與筒體的焊接也是該塔器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。接管與筒體的焊接既要保證開孔補(bǔ)強(qiáng)的需要，也要考慮焊接接頭的強(qiáng)度和耐腐蝕性能。

按照GB 150—2011中對(duì)補(bǔ)強(qiáng)圈使用限制的要求，該塔器均滿足補(bǔ)強(qiáng)圈使用限制要求。對(duì)接管DN≥80 mm，采用無縫鋼管帶補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)，詳細(xì)的焊接節(jié)點(diǎn)如圖3所示。首先，對(duì)接管、補(bǔ)強(qiáng)圈與筒體碳鋼部分進(jìn)行焊接。焊接完畢后，對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行修磨，然后再進(jìn)行不銹鋼層堆焊。如果接管為內(nèi)伸接管，不銹鋼材質(zhì)的內(nèi)接管可直接與堆焊外表面焊接。

圖3 帶補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)

對(duì)于DN<80 mm的接管，由于無法進(jìn)行內(nèi)壁堆焊，只能選用整體不銹鋼接管。如果直接將不銹鋼管與殼體進(jìn)行焊接，這是屬于異種鋼焊接。由于不銹鋼強(qiáng)度不如碳鋼材質(zhì)，加上工藝管道載荷的影響，在不銹鋼管與殼體的角焊縫處很容易產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致泄漏，而且修補(bǔ)比較困難。為了避免這種情況發(fā)生，可以采用增加中間管座的方法，詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

在接管與殼體連接處，增加DN=100 mm的接管、法蘭和法蘭蓋，接管、法蘭和法蘭蓋內(nèi)壁均堆焊耐腐蝕層。由于接管較大，主要由碳鋼部分承擔(dān)壓力載荷，保證了接管與殼體連接接頭的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。最后，在法蘭蓋上開孔，焊接DN<80 mm的不銹鋼接管。此種結(jié)構(gòu)很好地避免了異種鋼焊接接頭易發(fā)生泄漏的問題。如果不銹鋼管與法蘭蓋處發(fā)生泄漏，可以直接將不銹鋼管和法蘭蓋一起更換，操作很方便。這樣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)極大地延長(zhǎng)了復(fù)合板殼體的使用壽命。

圖4 中間管座結(jié)構(gòu)

3 結(jié)論

本文結(jié)合該汽提塔的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)述了塔器筒體與接管材質(zhì)的選擇、焊接接頭形式的選擇、無損檢測(cè)的相關(guān)要求，以及接管與殼體焊接接頭形式的設(shè)計(jì)，分析了設(shè)計(jì)要點(diǎn)和需要注意的問題，優(yōu)化了塔器設(shè)計(jì)，可為類似的復(fù)合板塔器設(shè)計(jì)提供一定的參考。

[1]全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB 150.1～150.4—2011壓力容器[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[2]全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).JB/T 4710—2005鋼制塔式容器[S].北京：新華出版社，2005.

[3]中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院.TSG R0004—2009固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].北京：新華出版社, 2010.

哈爾濱石化催化煙機(jī)長(zhǎng)周期運(yùn)行創(chuàng)紀(jì)錄

截至2016年3月29日，哈爾濱石化公司I催化煙機(jī)連續(xù)運(yùn)行28個(gè)月，創(chuàng)出國內(nèi)同類裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行新紀(jì)錄。

2008年5月，哈石化I催化裝置煙機(jī)正式投入運(yùn)行。2014年2月24日，該公司將靜葉數(shù)量調(diào)整為41片，葉形設(shè)計(jì)改為高效彎扭復(fù)合葉形，重新設(shè)計(jì)動(dòng)靜葉圍帶。同年9月16日，改造后的煙機(jī)正式運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期無故障運(yùn)行。裝置2015年實(shí)現(xiàn)發(fā)電量1000萬kW·h，比2014年多發(fā)電700萬kW·h，在以往不發(fā)電的夏季也能每月發(fā)電70萬kW·h，實(shí)現(xiàn)效益420萬元。

(金書文)

Optimal Design of Tower with Stainless Steel Composite Panels

Guo ChengchengJia Na

Based on the design of the stripping tower of the Hydro-cracking Unit,the design essentials of the tower with the stainless steel composite panels are analyzed which contains the selection of the material,the welding, the nondestructive testing,the design of the opening tubing connection and etc.

Stripping tower;Composite panel;Tower;Optimal design;Stainless steel

TQ 050.2

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.08.004

2015-11-25)

*郭成成，男，1985年生，碩士研究生，工程師。楊凌市，712100。