大型反應器的制造技術

朱朝利 張聰華 黃生慶

（寶色特種設備有限公司)

化機制造

大型反應器的制造技術

朱朝利*張聰華 黃生慶

（寶色特種設備有限公司)

介紹了大型反應器制造過程中的控制要點，主要包括鈦-鋼復合板材料控制，鈦-鋼復合板材料焊接及熱處理，復合板封頭成形，管板管孔的加工與控制，以及反應器的重要檢驗與試驗。

反應器 熱處理 無損檢測 制造工藝 壓力容器 換熱器 焊接

0 前言

寶色特種設備有限公司為某單位制作完成三臺大型反應器。該設備殼體較薄（16 mm），直徑較大 (?4200 mm)，整體組裝要求較高。本文結合該設備技術特性、結構特點和總裝要求，從設備的主要部件制作工藝、焊接及熱處理、部件組裝等方面進行了闡述。

1 設備結構和技術特性

該設備結構如圖1所示，主要技術參數(shù)如表1所示。

2 主體材料要求

反應器主體的材料及其規(guī)格見表2。結合工程圖和相關標準提出的原材料采購要求如下：

（1）筒體用材 Q345R應符合 GB 713—2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》，正火狀態(tài)，并按JB/T 4730.3—2005《承壓設備無損檢測——第3部分：超聲檢測》的要求逐張進行超聲波檢測，Ⅱ級為合格。

（2）管板用材TA2+16MnⅢ鈦-鋼復合板必須符合NB/T 47002.3—2009《壓力容器用爆炸焊接復合板——第3部分：鈦-鋼復合板》B1級要求，消除應力狀態(tài)交貨。同時，考慮到管孔較多（4288個?45 mm的孔，孔橋距離2.4 mm）及國內TA2板可生產板幅限制，要求覆層最多只允許拼接兩條焊縫，且拼縫進行100%RT檢測，按JB/T 4730.2—2005《承壓設備無損檢測——第2部分：射線檢測》評定，Ⅱ級為合格；對管板基材要求符合NB/T 47008—2010《鍛件標準》，正火+回火狀態(tài)，并按JB/T 4730.3—2005進行檢測，Ⅲ級為合格。

圖1 反應器結構

表1 反應器的技術特性

表2 反應器主體材料

（3）管箱筒體、封頭用材鈦-鋼復合板必須符合NB/T 47002.3—2009《壓力容器用爆炸焊接復合板——第3部分：鈦-鋼復合板》B1級要求，消除應力狀態(tài)交貨?；腝345R符合GB 713—2014，正火狀態(tài)，并逐張進行超聲波檢測，按JB/T 4730.3—2005檢測，Ⅱ級為合格。同時考慮到封頭上開孔較多，基材不許拼接。

（4）TA2換熱管應為冷軋無縫管，退火狀態(tài)交貨，室溫力學性能σ0.2≥320 MPa，且需逐支進行水壓試驗，其余按照GB/T 3625—2007《換熱器及冷凝器用鈦及鈦合金管》的要求執(zhí)行。

3 設備主要部件工藝控制

該反應器由兩大部分組成，即管箱部分與換熱器部分。由于設備上下管箱分別與上下管板密封面焊接連接，因此要保證管箱筒體的圓度精度。由于殼體較?。?6 mm），直徑較大(4200 mm)，殼體穩(wěn)定性較差，因此管板與殼體組對時要注意組對順序。

3.1 橢圓形復合板封頭的成形工藝

封頭成形方法較多，有整板或拼板冷沖壓、熱沖壓、冷旋壓、熱旋壓、冷卷、熱卷等，也可分瓣成形后再組焊成封頭[1]。為保證封頭成形精度，鈦-鋼復合板應在溫度范圍為800±50℃熱成形，封頭內表面應采用耐高溫涂料或其它防護措施以防止表面氧化污染。

3.2 管板與折流板管孔的加工與控制

該設備管板材料為TA2+16MnⅢ，規(guī)格為（8+120）×?4200 mm，管孔數(shù)量為4 288個，孔橋距離為2.4 mm，精度要求為0.2 mm。對于這樣的管板，靠傳統(tǒng)的人工劃線鉆孔是不能保證鉆孔精度以及管板與折流板之間的同心度要求的。大型高速數(shù)控鉆床PHD3030/2在4 m行程內定位精度可達到0.04 mm。采用這種鉆床并應用CNC編程系統(tǒng)就能很好地解決上述管板的加工問題。

在管板鉆孔加工時，需用預先加工好的模板進行引孔，管板覆層朝上，同時做好方位標記。在鉆削時，要采用合適的轉速與進給量，還要防止劃傷覆層表面。

3.3 上下管箱與封頭的組對

該反應器上下管箱分別與上下管板密封面焊接連接（見圖1）。這種結構與傳統(tǒng)的管箱與設備法蘭焊接、管箱與管板螺栓連接不同，對管箱筒體的圓度要求較高。組對時可充分利用筒體加強環(huán)板的作用。先測量筒體實際周長尺寸，靠機械加工保證環(huán)板內徑尺寸精度，然后利用加強環(huán)板對筒體進行校圓，最終使筒體的圓度達到了≤3 mm，滿足了裝配精度要求。

4 焊接及熱處理工藝控制

4.1 復合板的焊接

設備封頭與管箱筒體的焊接、管箱筒體與管板的焊接均為鈦-鋼復合板材料焊接，鈦覆層焊接接頭形式見圖2。鈦覆層焊接成功與否，決定了設備后期的水壓試驗、氣密性試驗、氦檢漏的成功幾率。

圖2 鈦覆層焊接接頭

鈦覆層焊接具體要求如下：

（1）坡口的設計應保證焊透且不能燒穿，坡口角度15°，鈍邊高度2 mm，根部間隙1.5 mm。

（2）線能量應控制在10～15 kJ/mm，一般不進行預熱，多層焊時，層間溫度不超過120℃。

（3）保護氣體采用99.99%的純氬，當瓶裝氬氣壓力低于0.5 MPa時不宜使用。

（4）鈦襯板與鈦覆層之間的焊接，要認真執(zhí)行焊接工藝規(guī)范，焊前對焊絲及坡口兩側30 mm范圍用酒精或丙酮進行擦洗。

（5）鈦蓋板與鈦覆層焊接時，要選擇較小的焊接工藝規(guī)范，防止復合界面剝離，且要保證角焊縫根部焊透。

焊接方法為鎢極惰性氣體保護焊（GTAW）,焊絲為STA2R，焊絲應符合 JB/T 4745—2000附錄D《壓力容器用鈦及鈦合金焊絲》要求。

4.2 熱處理工藝

在壓力容器制造過程中，一般應進行焊前預熱，焊接過程中要保持層間溫度，焊后還應采取焊后消氫熱處理、中間熱處理和最終焊后熱處理，只有這樣方能保證焊接接頭不開裂，且具有優(yōu)良的綜合性能[2]。該設備封頭厚度較厚（3 mm+32 mm）且開孔有補強圈，部件焊接量大，因此按照GB 150.4—2011《壓力容器——第4部分：制造、檢驗和驗收》要求，需對上下管箱部件在其與管板組對前進行整體消除應力熱處理。管箱部件熱處理工藝曲線見圖3。

圖3 管箱部件熱處理曲線

因該設備有耐腐蝕要求，故在熱處理前需對管箱鈦表面進行酸洗處理。此外，還需對鈦表面進行鐵離子污染檢驗，合格后方可進行熱處理。

上下管箱部件管口較多且不再進行二次加工，為防止各管口密封面變形，各管口法蘭需與盲板固定，共同進爐。

5 無損檢測要求及耐壓試驗控制

在換熱管管頭與管板焊接完成后，需對焊縫進行100%滲透（PT）檢查，按 JB/T 4730.5—2005評定，I級為合格。隨后按照GB 150.4—2011要求進行水壓試驗。水壓試驗合格后，因管板為鈦-鋼復合板材料，為檢驗復合板是否有分層，還需對殼程按HG/T 20584—2011附錄B護罩檢測法，對換熱管與管板連接焊縫進行氦檢漏試驗。管程和殼程的焊接接頭無損檢測要求具體如下所述。

（1）管程：A、B類焊接接頭需進行100%的射線檢測，包括接管與長頸法蘭。接管與接管的對接接頭，質量按JB/T 4730.2—2005要求Ⅱ級合格，射線檢測技術等級不低于AB級。管程筒體與管板間的焊接接頭應進行磁粉檢測，按JB/T 4730.4—2005要求Ⅰ級為合格。

（2）殼程：鈦-鋼復合板覆層焊接接頭、襯鈦層的焊接接頭及換熱管與管板的焊接接頭需進行表面滲透檢測，按JB/T 4730.5—2005Ⅰ級為合格。

6 組對過程控制關鍵點及措施

該反應器整體檢驗時，要求上管板換熱管管端平面度達到1.5 mm。為了達到這一要求，除對管板材料提出整體不平度≤3 mm的嚴格要求外，還應按以下步驟進行組對：

（1）按方位組對下管板與筒體，采用點固焊。要求：①筒體軸線與管板端面垂直，垂直度允差≤1 mm。②管板軸線與筒體軸線同心。

（2）組裝拉桿、定距管、折流板，用螺母擰緊。

（3）穿入換熱管。

（4）組焊上管板與筒體，點固焊，并引出換熱管。

在筒體與管板焊接時，除了按焊接規(guī)范采取相應的措施外，在上下管板與殼體點固焊后，還要采用剛度足夠的拉桿按一定方位布置，將上下管板拉緊，以控制其焊接變形量。

7 結語

2012年—2014年，該公司先后制造了3臺同樣的大型反應器，其生產過程控制及產品質量均達到了圖樣要求，獲得了很大的成功，也為以后類似設備的制造積累了經(jīng)驗。

[1]全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會.壓力容器封頭：GB/T 25198—2010[S].北京：中國標準出版社，2011.

[2]李世玉.壓力容器設計——工程師培訓教程[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005：391-394.

天然布敦瀝青新材料及加工裝備和技術獲新突破

一種 “吃進天然布敦巖，吐出瀝青新材料”的裝備技術，最近在浙江豐盛布敦瀝青科技有限公司問世。該技術已取得1項發(fā)明專利、2項實用新型專利，具有自主知識產權，技術水平達到國內領先。這一成果前不久在北京通過了由中國機械工業(yè)聯(lián)合會主持召開的 “天然布敦巖瀝青加工裝備和技術”科技成果鑒定。來自中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會、中國化工學會新材料委員會、工信部電子元器件行業(yè)發(fā)展研究中心、中國機械工業(yè)聯(lián)合會、清華大學、交通部公路科學研究院、北京公路局、浙江大學等單位的專家參加了鑒定會。

布敦天然瀝青作為一種戰(zhàn)略資源從國外引進，對節(jié)省我國不可再生資源，具有重要的戰(zhàn)略意義。

近年來，隨著我國經(jīng)濟的騰飛，建設也進入高峰期，由于三超等現(xiàn)象的發(fā)生，越來越多的改性劑進入了人們的視野；作為一種天然巖瀝青改性劑——布敦天然瀝青以其良好的路面性能和低廉的價格受到了業(yè)界人士的關注。與石化瀝青相比可大幅降低工程成本，廣泛應用于公路（高速公路及高等級公路）、市政道路（市政干道、公交車道等）、機場工程（機場跑道、停機坪）以及其它道路（碼頭道路、重載工業(yè)區(qū)道路等）。

資料顯示，投資一套巖瀝青礦粉系統(tǒng)為企業(yè)所帶來的經(jīng)濟效益非?？捎^。天然瀝青取代部分石油瀝青，不僅道路性能得到很大程度的提高（國內外已有多年的路用經(jīng)驗證明及專家論證，交通運輸部亦于2014年5月出臺了相關的行業(yè)標準JT/T 860—2014），同時也大幅度降低瀝青混合料生產企業(yè)的碳排放，為其生存與發(fā)展提供更為廣闊的空間，對環(huán)保排放效益明顯。

針對天然巖瀝青在粉碎加工、運輸儲存、投放使用過程存在的易粘附、易揚塵、易結塊等技術難關，浙江豐盛布敦瀝青科技有限公司聯(lián)合安徽和軒瀝青科技有限公司、 “中國粉碎機專家”國家高新技術企業(yè)浙江豐利粉碎設備有限公司、嵊州市天興粉碎設備有限公司和浙江農林大學等進行 “產學研”攻關，成功研制出適用天然巖瀝青礦實現(xiàn)全自動連續(xù)生產無揚塵、不結塊的天然巖瀝青粉碎分散系統(tǒng)工藝成套設備。由該工藝成套設備產出的天然巖瀝青礦粉完全保留原礦性能，有利于提高生產效率，改善生產環(huán)境，為天然巖瀝青在路面工程中和部分石化瀝青在路面工程中的普及推廣使用提供了技術、安全、經(jīng)濟方面的支持與保障。

專家認為，該裝備基于傳統(tǒng)工藝流程，采用輥式粗碎設備、刀片式細碎設備、給料機、提升機、干燥單元設備、風送單元設備、自動化儀控系統(tǒng)等關鍵設備，構成了單線產能達到每小時10～15 t的專用成套設備；根據(jù)布敦巖高黏度物理特性，自主設計了渦輪式細碎刀片與專用旋轉供料器等結構裝置；優(yōu)選一種巖瀝青專用分散劑，結合上述創(chuàng)新設備優(yōu)化生產工藝，解決了加工、運輸、儲存過程中的結團問題，便于施工使用；通過了科標檢測(青島)測試中心和浙江省機電產品質量檢測所的檢測，并經(jīng)梅州市梅州和安瀝青混凝土有限公司、梅州市公路局公路工程質量監(jiān)測站、安徽新同濟公路工程試驗檢測有限公司等測試和使用，反映良好。

（吳紅富）

Manufacturing Technology of Large Reactor

Zhu ZhaoliZhang Conghua Huang Shengqing

The control points of the reactor developed was introduced,which mainly includes material control of titanium-steel clad plate;welding and heat treatment of titanium-steel clad plate;head forming of composite plate;the processing and control of tube plate and tube hole;important inspection and experiment of reactor.

Reactor;Heat treatment;Nondestructive examination;Manufacturing process;Pressure vessel;Heat exchanger;Welding

TQ 050.6

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.06.015

2016-10-30)

*朱朝利，男，1975年生，工程師。寶雞市，721014。