煉油裝置加氫反應(yīng)塔殼體制造的研究

畢海波 ，冷傳文 ，顧玉

（1.吉林寰球和創(chuàng)機械制造清洗有限公司；2.吉化建修有限公司，吉林 吉林 132000）

煉油裝置加氫反應(yīng)塔殼體制造的研究

畢海波1，冷傳文1，顧玉2

（1.吉林寰球和創(chuàng)機械制造清洗有限公司；2.吉化建修有限公司，吉林 吉林 132000）

本文介紹煉油裝置加氫反應(yīng)塔壓力殼體制造時關(guān)鍵技術(shù)的研究，包括液壓拉伸器上的緊固螺栓和底部鍛件之間的堆焊工藝，也包括大法蘭螺栓孔的銑削工藝。

加氫反應(yīng)塔殼體；螺栓孔銑削；液壓拉伸器

我廠為吉林石化煉油廠制作的加氫反應(yīng)塔的壓力殼體是使用丹麥某公司的技術(shù)進行設(shè)計和制造的，是加氫反應(yīng)裝置中關(guān)鍵設(shè)備之一。

加氫反應(yīng)塔的主殼體材料是鉻鉬鋼SA387Gr11CL2，封頭大蓋和法蘭之間密封形式使用雙錐面的密封結(jié)構(gòu)，由于密封環(huán)的尺寸過大，因此制作的精度要求非常高。而且封頭大蓋和法蘭之間是40支M105螺栓相聯(lián)接的，在制造工藝上率先使用內(nèi)螺紋銑削設(shè)施來加工M105×4盲螺孔，來保證螺紋精確的加工。制作中使用美國某公司專用的液壓螺栓拉伸器工具，來確保40支M105螺栓以及24支M72底部螺栓能夠一次性的均勻擰緊，再一次性的通過水壓試驗。加氫反應(yīng)塔底部鍛件的內(nèi)壁采用的堆焊工藝，能夠克服鎳基堆焊層產(chǎn)生的弧坑裂紋這一焊接工藝難點，這就使得這項新工藝在此獲得應(yīng)用成功。反應(yīng)塔筒體的焊接制造，正確的確定塔內(nèi)外壁的機械加工余量以及使用控制壓制精度的方法，能夠保證塔的筒體尺寸能夠滿足整個設(shè)計的要求。

圖1 加氫反應(yīng)塔的結(jié)構(gòu)

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計介紹

加氫反應(yīng)塔的結(jié)構(gòu)見圖1。

單位：mm

殼體的材質(zhì)：SA387Gr11CL2

筒體的直徑：φ2200×135 L=14400

法蘭的尺寸：φ2760 L=950 材質(zhì)：SA336FllCL2

封頭尺寸：φ2760×450 材質(zhì):SA336FllCCL2 封頭為球形：SR1100

筒體分成4節(jié)：每節(jié)尺寸3600。

2 關(guān)鍵制造技術(shù)

2.1 筒體

因為反應(yīng)塔筒體內(nèi)裝有關(guān)鍵設(shè)備，因此內(nèi)壁尺寸的精度要求非常高，達到φ200+10，如果按一般的卷制及壓制的制造工藝根本是不能達到這個精度。我廠為了能夠達到這個精確的制造精度，在塔的制造過程時，采取如下的幾項措施。

（1）控制制造中壓制的精度。塔的筒體使用瓦片壓制的制造工藝，同時為了防止在雙縱縫焊接的時候，焊縫收縮而產(chǎn)生的筒體變形成橢圓，在壓制的時候嚴格控制整個開口的尺寸，把開口的尺寸擴大至8mm，通過縱縫的焊接之后，塔的筒體橢圓度將小于1%。

（2）客體內(nèi)外壁留給機械加工的余量。采購的板材厚度是155mm，留給機械加工的余量是20mm。為了保證殼體內(nèi)壁尺寸公差的要求，原設(shè)計殼體內(nèi)壁留有16mm的機械加工余量，而外壁則留有4mm的機械加工余量，選擇外協(xié)工廠的大立車設(shè)備上進行加工制作。因為壓制的筒體棱角度及橢圓度都比較大，這就給立車產(chǎn)生某些困難。這就需要根據(jù)現(xiàn)場實際的機加工情況能夠發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)壁留有過多的機械加工余量不是最佳的工藝選擇。這是因為筒體的內(nèi)徑是允許存在非機械加工面的，充分考慮壓制棱角度及橢圓度的一些因素，在內(nèi)壁保留10mm的機械加工余量已經(jīng)足夠制作使用，這是由于通常的壓制精度都是1%，也就是22mm左右，單邊是11mm左右。機械加工留有10mm的余量，就算不能夠全部機械加工到的尺寸，通常留下局部的凹處也就在公差內(nèi)徑的10mm以內(nèi)。

2.2 大法蘭的螺栓孔加工

塔頂上部的大法蘭均布著40套M105×4盲螺栓孔，直徑尺寸非常大，精度要求也非常高，其表面的粗糙度是Ra6．3，這些都是盲孔。通常大直徑的盲孔加工，都是采用絲錐來加工，這種工藝的質(zhì)量不是很穩(wěn)定，也發(fā)生過絲錐斷在孔里的風(fēng)險事故。在這次加工中，采購專門的制造設(shè)備——一種滑枕式的內(nèi)螺紋的銑削設(shè)備。這種設(shè)備的傳動性非常強大，平穩(wěn)性非?？煽?，加工的精度非常高，而且加工的范圍也非常廣，同時操作也非常簡便。這種設(shè)備的加工范圍能達到M160，偏心距能達到30mm，螺距能夠分成四擋來調(diào)節(jié)，能夠加工螺紋的粗糙度為 Ra1．6。

（1）夾緊工件的方法，這套螺紋銑削設(shè)備夾緊工件的方法是電磁吸盤式吸附。因為工件的吸附面非常窄，吸附的力量不能夠防止銑削的竄動，因此設(shè)計一套專用的工具——過度吸盤。把吸盤和法蘭以及工作平臺緊固牢靠，將過度吸盤和法蘭的平面保持在一定的水平度，這就能夠增大銑削設(shè)備和工件間的吸附面積。銑削的工作過程中，不能使設(shè)備斷電，如果斷電電磁力就會消失，工作則會出現(xiàn)偏移現(xiàn)象。因此在夾緊工件前需要把銑削設(shè)備和工件進行找正，以保證兩者的中心線相等。

（2）使用刀具工藝參數(shù)的方法，在進行螺栓孔機械加工的同時要采取機夾式的硬質(zhì)合金類的刀頭，在切削的主軸上面裝有4把刀頭。通常2～3次銑削螺紋到公差尺寸，1～2次是粗銑，最后一次是精銑。在螺栓孔加工的時候使用切削的參數(shù)：給進的速度1．5轉(zhuǎn)/分，主軸的轉(zhuǎn)數(shù)850轉(zhuǎn)/分，切削最后精銑是0．2mm。在整個制作過程中，可以適合的添加切削油來減弱對刀具的損耗。

（3）切削的過程需要注意如下問題。

一組4個刀片的夾裝，需要保證在同一個直徑的圓周上，同心度要求不能大于0．05mm。

清理干凈銑削面和工件間的結(jié)合面，兩軸的不平行度不能高于0．05mm。

粗銑后要使用螺紋百分表來測定關(guān)鍵尺寸，以此保證切削量和公差尺寸。

每次的銑削后都要把螺紋內(nèi)鐵削清理干凈，才能進行再次的銑削，銑削的過程中可以用壓縮空氣把鐵削吹出。

2.3 雙錐密封環(huán)的制造加工

雙錐密封環(huán)材質(zhì)是SA336GrF11CL2的八角墊，是加氫反應(yīng)塔殼體密封的關(guān)鍵部件，制造尺寸要求精確，表面粗糙度要求高于Ra1．6，工件的直徑為φ2236mm，毛坯的尺寸高度是100mm，整體斷面尺寸小、剛性差、易變形。方便加工及夾位，首先把工件點焊在比工件直徑大的圓板上面，再把圓板夾緊在3200mm的立車床上。為了防范加工過程時工件的變形，需要將夾爪的夾緊力高于銑削力。首先對上下錐面進行粗加工，然后對上面斷面和內(nèi)外圓進行精加工，最后對錐面進行最終精加工至合格。在精加工時使用高速車刀，在加工的時候使用冷卻油，在保證工件合格之后才能把夾刀夾緊圓形鋼板，使用切刀把合格的工件切斷。

2.4 液壓拉伸器使用

傳統(tǒng)的螺栓連接方式基本都是使用人工擰緊的方法，這種方式可靠性低，人工強度大，關(guān)鍵是很難能夠保證緊固的均勻性和一次性的保證水壓試驗合格。針對加氫反應(yīng)塔殼體設(shè)備的封頭蓋和大法蘭之間的特殊螺栓連接方式，選擇使用美國某公司的特殊用液壓螺栓拉伸器，這種設(shè)備采用液壓系統(tǒng)進行緊固螺栓的拉伸以達到需要的預(yù)定要求載荷，再把它鎖定在緊固件的上面。為了能夠保證各個螺栓緊固的均勻，需要合理的安裝拉伸器的順序，安裝的順序取決拉伸器的數(shù)量和螺栓的數(shù)量。統(tǒng)籌考慮拉伸器的成本以及使用的要求，選擇兩組液壓拉伸器來對稱使用，擰緊的順序見圖2。

圖2 拉伸器擰緊螺栓的順序

2.5 底部鍛件堆焊

塔底鍛件的材料是SA336F22，一種承壓高溫的合金鍛件，是Ni-Gr-Fe系列的合金，有著耐氯離子應(yīng)力腐蝕和耐高溫氧化的一種性能的材料，因此選用焊材是Sonicro71。由于鎳基耐腐蝕的合金堆焊有著熱裂紋傾向，容易出現(xiàn)焊縫氣孔現(xiàn)象，因此需要采用如下的幾項措施。

（1）焊接前要嚴格烘干焊條，清凈坡口附近的氧化皮、水、油、銹等，防止焊接氣孔的出現(xiàn)。

（2）選擇比較小焊接線的能量，在收弧時要堆滿弧坑。

（3）焊接前要充分預(yù)熱，以提升焊縫抗冷裂的能力。

（4）在焊接時需要注意收弧時應(yīng)該填5次弧坑，逐漸把弧坑填滿。使用不能擺動式堆焊的窄焊道，焊道的搭接量是55%，這樣才能夠得到最佳堆焊效果以及焊接質(zhì)量。

3 結(jié)語

煉油裝置加氫反應(yīng)塔的殼體的制造是精度要求非常高的大型類鉻鉬鋼的壓力容器，制造的關(guān)鍵技術(shù)就是大法蘭的盲螺栓孔銑削加工，以及液壓拉伸器對螺栓的擰緊，再就是雙錐密封環(huán)的精加工和底部鍛件堆焊工藝等。為了保證要求的制造加工精度，同時設(shè)計和制造對應(yīng)的工裝設(shè)備是必須的措施。

TE966

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1671-0711（2017）10（下）-0174-02