大直徑整體多層包扎設(shè)備制造技術(shù)

左衛(wèi)鋒

(石家莊正元塔器設(shè)備有限公司，河北石家莊 052165)

整體多層包扎式高壓容器是目前國內(nèi)氮肥行業(yè)應(yīng)用比較廣泛的高壓容器。其設(shè)備結(jié)構(gòu)一般是采用厚15～30 mm的鋼板卷焊成內(nèi)筒，外層用6～12 mm的層板包扎在內(nèi)筒上，并以1條或2～3條縱縫將層板連接成整體，這樣逐層包扎焊接，直至達(dá)到設(shè)計要求的厚度。層板厚度為12 mm、直徑大于2 000 mm的整體多層包扎容器的包扎難度較大，在制作時需要選擇合理的制造工藝和檢驗措施,才能使包扎質(zhì)量得到有效控制，以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)特點

DN 2400 mm氨合成塔是由球底封頭、包扎筒體、端部法蘭、大蓋等部件組成。筒體采用整體多層包扎結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)筒體材質(zhì)為Q345R，厚度為24 mm，長度為16 400 mm；層板材質(zhì)為Q345R，厚度為12 mm，共13層。

2 主要制造工藝技術(shù)要求

2.1 端部法蘭的加工

端部法蘭內(nèi)徑加工應(yīng)在內(nèi)筒體成形并實測內(nèi)筒體外圓周長后進行，保證端部法蘭與內(nèi)筒體對接時外徑平齊。端部法蘭主螺栓孔采用機床加工時，應(yīng)選用加工精度和運動精度滿足加工要求的機床，避免因機床的加工精度和運動精度存在誤差而造成高壓螺紋加工不合格。螺紋加工前，應(yīng)按圖紙尺寸加工一螺紋模擬試件，檢驗螺紋時除采用檢驗專用的通規(guī)、止規(guī)外，還應(yīng)用成品螺柱進行試裝配。

2.2 球形封頭的加工

壓制后的球形封頭一般會存在形狀及尺寸偏差，再加上封頭焊接支撐環(huán)板、厚壁接管等附件，整個組件焊后會產(chǎn)生微量焊接變形，因此，與底座相接觸的環(huán)板平面以及與內(nèi)筒體配合的端口直徑尺寸應(yīng)在球封組件焊接和熱處理后加工。

2.3 內(nèi)筒體的制造

(1) 內(nèi)筒筒節(jié)成形。內(nèi)筒A類焊接接頭對口錯變量b1≤1.0 mm，A類焊接接頭處形成的棱角E1，用弦長為1/6Di(筒體內(nèi)直徑)且≥300 mm的內(nèi)樣板或外樣板檢查，其E1高度≤1.5 mm；外圓周長允差≤0.3%Di，且≤3 mm；同一斷面上最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑的差值，即(Dimax-Dimin)≤0.4%Di，且≤5 mm。

(2) 內(nèi)筒筒節(jié)組焊。內(nèi)筒筒節(jié)組對時，相鄰?fù)补?jié)A類接頭中心的距離應(yīng)>100 mm；內(nèi)筒B類焊接接頭的對口錯變量b2≤1.5 mm；內(nèi)筒B類接頭形成的棱角E2，用長度≥300 mm的直尺檢查，其E2高度≤1.5 mm；組焊后內(nèi)筒的直線度允差<筒體長度的0.1%，且≤6 mm。

2.4 層板的制造

(1) 層板允許拼接，拼接塊數(shù)≤3塊，且最小拼接寬度≥500 mm，拼接接頭兩表面必須打磨與母材平齊。

(2) 層板周向尺寸應(yīng)按所包扎內(nèi)層筒體的實測周長下料。周長在對接間隙后，只允許為負(fù)偏差，且數(shù)值≤3 mm；層板的內(nèi)半徑應(yīng)略小于內(nèi)層筒體的外半徑，這樣包扎時有利于貼緊內(nèi)層筒體。

(3) 每塊層板的兩端端面200 mm處應(yīng)鉆Φ6 mm泄放孔。

2.5 層板包扎

(1) 層板包扎前，應(yīng)先清除層板上的鐵銹、油污等雜物，以免影響層板貼合，最好用噴砂凈化法。

(2) 層板環(huán)向接頭與上下相鄰內(nèi)筒或?qū)影宓沫h(huán)向接頭相互錯開，錯開的最小距離Lmin≥設(shè)計圖樣給定的距離。

(3) 層板縱向接頭應(yīng)均勻錯開，要求與上下兩層相鄰的縱向接頭以及同層層板相鄰的縱向接頭夾角α>由圖樣給出的αmin。

(4) 層板縱向接頭間隙P1在6～14 mm，層板環(huán)向接頭間隙P2在6～8 mm。

(5) 層板松動面積的控制。對于內(nèi)直徑Di不大于1 000 mm的包扎容器，每一松動的部位，沿環(huán)向長度≤0.3Di，沿軸向長度應(yīng)≤600 mm；對于內(nèi)直徑Di大于1 000 mm的包扎容器，每一松動的部位，沿環(huán)向長度應(yīng)≤300 mm，沿軸向長度應(yīng)≤600 mm。

2.6 筒體與端部法蘭或封頭的連接

(1) 內(nèi)筒與端部體法蘭或封頭的連接，其對口錯變量b3≤1.0 mm。

(2) 層板與端部法蘭或封頭的連接，其對口錯變量b4≤0.8 mm。

2.7 焊接

(1) 施焊前，應(yīng)按NB/T 47014—2011的規(guī)定進行焊接工藝評定。

(2) 焊接工藝規(guī)程應(yīng)按NB/T 47015—2011的規(guī)定、圖樣技術(shù)要求及合格的焊接工藝評定制定。

(3) 內(nèi)筒體縱縫焊接時，應(yīng)制備產(chǎn)品焊接試板，試板性能檢驗按《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和《承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢驗》進行。

3 制造過程中的工藝技術(shù)細(xì)節(jié)

(1) 為保證內(nèi)筒體的橢圓度及筒體之間的對口錯邊量滿足HG 3129—1998標(biāo)準(zhǔn)要求，內(nèi)筒體一般采用機械刨邊的加工工藝進行下料。為了保證棱角度，端頭一般要進行預(yù)彎，避免帶直邊進行筒體卷校圓。

(2) 為防止包扎層板時外界包扎力使內(nèi)筒體變形，應(yīng)在筒體內(nèi)放置支撐工裝。支撐工裝應(yīng)均布在筒體內(nèi)，一般每節(jié)層板寬度尺寸內(nèi)放置的支撐工裝數(shù)量應(yīng)>2件。

(3) 包扎時每層層板一次全部套入，最后一節(jié)層板寬度應(yīng)實測且考慮環(huán)縫對接間隙后進行確定。

(4) 層板套好后，用包扎機上的預(yù)緊鋼絲繩進行預(yù)緊，用銅錘自下而上進行四周錘擊，以消除層板的貼合間隙；同一層層板調(diào)整組對完畢后，先焊層板的縱縫，縱縫全部焊完后再焊接環(huán)縫。

4 檢驗的控制要求

(1) 端部法蘭主螺栓孔采用機床加工時，應(yīng)對機床的加工精度及運動精度進行檢驗。加工前，可按圖紙加工一模擬試件，對試件進行檢驗，檢驗螺紋時除采用檢驗專用的通規(guī)、止規(guī)外，還應(yīng)用成品螺柱進行試裝配，看是否能滿足裝配要求。檢驗內(nèi)螺紋的通規(guī)、止規(guī)的旋合長度通常為30～40 mm；如果機床運動精度有細(xì)微偏差，在旋合長度40 mm范圍內(nèi)可能不會檢出加工時產(chǎn)生的累計誤差?！洞笾睆诫p頭螺柱》中M140×4-6g的螺柱螺紋旋合長度為215 mm；如果加工的細(xì)微偏差在215 mm長度范圍內(nèi)，累計超出螺紋旋合干涉公差范圍，螺柱在裝配時就會產(chǎn)生螺紋干涉不能完全旋合，因此，檢驗高壓內(nèi)螺紋除用標(biāo)準(zhǔn)的通規(guī)、止規(guī)外，還必須用成品螺柱進行裝配檢驗。

(2) 每節(jié)層板上是否按要求加工了泄放孔。當(dāng)內(nèi)筒由于腐蝕原因發(fā)生泄漏時，介質(zhì)能夠通過泄放孔漏出，通過泄放孔能夠及早發(fā)現(xiàn)并及時處理，防止惡性事故發(fā)生，因此，在包扎前一定要確認(rèn)每節(jié)層板是否已經(jīng)加工有泄放孔。

(3) 層板的表面是否有鐵銹、油污、結(jié)疤等影響貼合的表面質(zhì)量缺陷，以免影響包扎的貼合質(zhì)量。

(4) 每節(jié)層板的端頭均要進行預(yù)彎，層板卷校圓必須按照層板位置實際直徑進行預(yù)彎，并制作檢驗樣板進行檢驗。

(5) 包扎層板環(huán)向接頭的錯開距離、縱向接頭的錯開角度均應(yīng)滿足圖紙、標(biāo)準(zhǔn)的要求。

(6) 包扎層板松動面積檢查，為方便檢查松動面積及確認(rèn)范圍，可在待檢的層板上劃檢驗“井”字網(wǎng)格線。根據(jù)松動面積的控制要求，每一長方格大小一般沿軸向?qū)?00 mm、沿環(huán)向?qū)?100～150 mm為宜。檢驗時可用小錘敲擊長方格，通過敲擊聲音來判斷層板的貼合程度，松動面積應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

(7) 在包扎層板前，內(nèi)筒體縱縫及有熱處理要求的環(huán)縫是否已經(jīng)進行無損檢測及熱處理。

(8) 裝配高壓螺柱時，要求螺柱及螺栓孔必須清洗干凈并保證螺紋表面無鐵屑和雜物，以免因細(xì)小雜物的存在使螺紋鎖死。螺柱上緊時，避免采用雙螺母倍緊的方式；由于高壓螺紋是細(xì)牙螺紋，雙螺母倍緊會造成螺紋受力過大，超出螺紋的擰緊力矩使牙型產(chǎn)生變形，致使螺紋鎖死。高壓螺柱使用前，可使用二硫化鉬、石墨等進行潤滑處理，以防止螺紋鎖死。

5 結(jié)語

整體多層包扎式高壓容器制造工藝繁瑣，檢驗要求嚴(yán)格，特別是直徑大于2 000 mm的大直徑包扎設(shè)備，制作時需選擇合理的制造工藝及檢驗控制措施，才能保證包扎設(shè)備的制造質(zhì)量。