大直徑超薄壁容器立式裝焊工藝

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(1.新疆蘭石重裝能源工程有限公司， 新疆 哈密 839000； 2. 蘭州蘭石重型裝備股份有限公司， 甘肅 蘭州 730050)

制造技術(shù)

大直徑超薄壁容器立式裝焊工藝

王軍杰1，鄭紅果1，魏劍平1，楊生元1，馬玉梅2

(1.新疆蘭石重裝能源工程有限公司， 新疆 哈密 839000； 2. 蘭州蘭石重型裝備股份有限公司， 甘肅 蘭州 730050)

介紹了應(yīng)用于光電發(fā)熱項目中厚徑比懸殊的一類容器的立式裝焊工藝方法，并通過產(chǎn)品試驗證明了此工藝方法的可操作性及合理性，為大直徑、超薄壁容器的制造開辟了一種新方法。

壓力容器； 大直徑； 超薄壁； 立式裝焊

化工設(shè)備(如反應(yīng)器、熱交換器、儲罐及塔器等)各零件的組焊在制造廠多以臥置形式進行。考慮到操作的安全性和穩(wěn)定性，單個零件(如封頭、筒體、設(shè)備法蘭、管束等)單獨制造完成后，一般均選用臥置裝配工藝將配合零部件進行組裝、焊接、熱處理、整體耐壓試驗、除銹及噴涂油漆工序。制造廠遵循的裝配原則是能在廠內(nèi)完成絕不到現(xiàn)場施工，能臥置組裝絕不立式裝配[1]。

2015年，本公司承接了的某公司國內(nèi)首個光熱發(fā)電項目試驗裝置中熔鹽罐的制造，此圓形容器的規(guī)格為(直徑×厚度×高度)4 500 mm×6 (8)mm×4 500 mm，厚徑比只有0.13%～0.17%，相比正常壓力容器，該設(shè)備厚徑比太小，制造難度較大，文中就主要制造難點及工藝進行了簡單介紹。

1 熔鹽罐參數(shù)簡介

熔鹽罐設(shè)計壓力為常壓，設(shè)計溫度380 ℃，設(shè)備內(nèi)徑?4 500 mm，殼壁板厚為6 mm(上段)/8 mm(下段)mm，設(shè)計、制造及檢驗按照API 650—2007[2]第11章進行。容器的制造、檢驗與驗收應(yīng)符合API 650 11th Ed.附錄M和附錄S的要求。

熔鹽罐共2臺，位號分別為T-101和T-102，罐體材質(zhì)分別為SA516 Gr60和SA-240 321H(相當(dāng)于國產(chǎn)材質(zhì)Q345R和S32108)鋼板，分別符合ASME SA-516/SA-516M[3]和ASME SA-240/SA-240M[4]的相關(guān)規(guī)定。對SA516 Gr60板材還附加要求380 ℃高溫拉伸試驗，高溫屈服強度值Sy≥156.2 MPa[5]。

2臺容器殼壁都是薄壁大直徑圓筒，底板采用帶墊板拼接形式，區(qū)別在于錐帽設(shè)計形式不同，T-101的錐帽為搭接形式，T-102為對接形式。熔鹽罐結(jié)構(gòu)示意見圖1。圖樣要求對焊接接頭進行RT和MT(或PT)檢測，合格級別按照API 650的規(guī)定執(zhí)行。

1.底板 2.殼壁 3.錐帽 4.人孔 圖1 熔鹽罐結(jié)構(gòu)簡圖

2 熔鹽罐制造難點

根據(jù)熔鹽罐的設(shè)計壓力、設(shè)計溫度，此容器屬于高溫、常壓設(shè)備。

容器內(nèi)徑為?4 500 mm，殼壁計算板厚為6 mm，因容器底部受力大，為了增加剛性，下部壁板增厚至8 mm。容器頂部的設(shè)計均為錐帽封頂，2臺容器錐帽區(qū)別在于碳鋼容器為分瓣搭接結(jié)構(gòu)，不銹鋼容器為分瓣對接結(jié)構(gòu)。

容器直徑大、壁薄，在制造中存在諸多難點：①殼壁的成型具有很大難度，殼壁圓筒的圓度很難保證。②剛性不足，臥式組裝難度大。③錐體頂板與大直徑接管焊后變形大，且不容易修校。為保證制造質(zhì)量，在常規(guī)的臥置組裝工藝無法實施的情況下，只能考慮立式組焊的制造方案。

3 立式裝焊工藝研究

該設(shè)備直徑大，底板、殼壁、頂部錐體均無法整板制造，拼接焊接接頭較多，焊接工作量大，焊后變形量也不易控制。因此，需要制定專用的制造工藝方案。

3.1底板

(1)制作難點 ①熔鹽罐底板的直徑較大(?5 392 mm)，無法整板制造。故選擇帶墊板的對接拼焊形式，而且墊板焊后不能去除。②采用焊條電弧焊單面焊接底板，熱輸入量大，容易造成應(yīng)力集中，焊后變形量大。

(2)解決措施[6，7]①對稱焊接。②采用壓平模具對焊后變形進行焊前預(yù)防。③焊后校平。④采用多層多道焊接方法，焊接時嚴格控制焊接速度，避免焊材未熔融現(xiàn)象產(chǎn)生。

熔鹽罐底板拼接及校平示意圖見圖2。

圖2 熔鹽罐底板拼接及校平

3.2薄壁殼體

(1)制作難點[8]圓筒成型困難、剛性差，在成型過程中，卷起的部分筒體由于自重會下塌。由于直徑大(?4 500 mm)、厚度小(6或8 mm)，圓筒成型后剛性差，如果圓筒臥式放置，僅自重就會產(chǎn)生嚴重變形，而且臥置組焊環(huán)焊縫必須采用滾胎支撐，環(huán)向焊接過程中還要旋轉(zhuǎn)，這些因素都會引起圓筒的嚴重變形。

(2)解決措施 ① 在薄壁殼體卷制過程中，一直采用天車在上方牽引，并且隨時調(diào)整牽引位置，避免重力下垂造成成型曲率突變。②直接在卷板機上對拼接焊縫進行斷焊，并磨平焊縫，然后在卷板機上校圓。③校圓過程中仍然采用天車牽引。④立式裝焊環(huán)焊縫時，焊接前將圓筒接口處用工裝撐圓，局部再使用頂絲進行調(diào)節(jié)，以控制圓筒的對口錯邊。⑤采用手工氬弧焊，控制焊接熱輸入量，以防止焊接熱變形。

薄壁圓筒拼接焊縫、校圓、環(huán)焊縫焊接及內(nèi)部加工裝撐圓示圖分別見圖3和圖4。

圖3 熔鹽罐筒體卷制拼接斷焊及校圓

圖4 熔鹽罐薄壁圓筒環(huán)焊縫立式組焊和內(nèi)部加工裝撐圓示圖

3.3錐帽制造

錐帽結(jié)構(gòu)和尺寸見圖5。

圖5 熔鹽罐錐帽結(jié)構(gòu)及尺寸示圖

3.3.1碳鋼材質(zhì)分瓣搭接錐帽

(1)制作難點[9]錐帽端口直徑為4 550 mm，錐角為10°，錐體壁厚為12 mm。錐體頂部成型困難，搭接焊時焊接量大，熱變形比較嚴重。

(2)解決措施 ①錐體分為2個錐體搭接制造，即下部為大口直徑4 550 mm、小口直徑900 mm、錐角為10°的錐體，頂端為端口直徑985 mm的小錐體。大端錐體采用鋼板分瓣冷成型。② 錐體拼焊采用手工氬弧焊。焊接前要求先整體拼接，對稱點焊，焊接時要求在對稱位置布置防變形工裝。③ 焊接時采用小電流焊接，避免產(chǎn)生嚴重的熱變形。

3.3.2不銹鋼材質(zhì)分瓣對接錐帽

(1)制作難點[10]錐帽端口直徑為4 550 m，錐角為10°，錐體壁厚為10 mm。錐體頂部成型困難，對接焊時焊縫收縮嚴重。

(2)解決措施 ①成型過程中，隨時采用檢測樣板測量成型尺寸，減小制造誤差。②采用專用工裝調(diào)節(jié)尺寸，保證焊縫間隙，避免焊后嚴重收縮。

3.3.3其他

錐體上接管眾多，考慮到錐體與殼壁焊后組裝難度大，且高空作業(yè)危險性較高。因此，錐體上接管的焊接在地面操作。但是這樣焊接變形大，容易引起錐體塌腰變形。

為此特制定專用方案，錐體上開孔和接管點焊在錐體上正面操作，焊接采用倒錐形操作，以避免錐體塌腰現(xiàn)象，施工示意圖見圖6。

圖6 熔鹽罐錐體開孔裝焊接管

3.4容器組裝

(1)制作難點[11]容器組裝困難，變形大，輔料多，成本高。由于直徑大、殼壁薄，成型后的剛性差，僅材料自重就能引起較大的變形，在臥式制造中需要的輔助支撐較多，加大了制造難度，提升了制造成本。

(2)采取措施[12]①采用立式組裝工藝，按從下往上的順序裝配。②為了保證設(shè)備的垂直度，特選用加工機床平臺作為裝配基準面。③先進行殼壁與底板裝焊(圖7)，再組裝錐帽搭接用角鋼圈。④裝焊所有內(nèi)部附件，最后裝配頂部錐帽。

(3)其它[13]①選用手工氬弧焊，避免薄壁被擊穿。②在涂覆油漆前必須清除容器表面污漬、銹跡，并對焊疤、焊瘤等清除干凈，以保證涂覆后漆面不開裂、不脫落[14]。

圖7 熔鹽罐底板與殼壁組裝

4 結(jié)語

熔鹽罐于2016-09投入生產(chǎn)，目前運行平穩(wěn)，無泄漏，無異常[15]。熔鹽罐的制造在公司多年制造中為首例，為此類大直徑、超薄壁容器的制造積累了經(jīng)驗，拓寬了后期產(chǎn)品的銷售市場。

大直徑、薄壁容器熔鹽罐的制造采用了立式裝焊工藝，不僅滿足了工藝要求，而且也為制造廠節(jié)約了成本，是傳統(tǒng)制造技術(shù)的一種創(chuàng)新，也為此類容器的制造提出了一種新思路，值得推廣。

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(許編)

StudyonVerticalAssemblyWeldingTechnologyofLargeDiameterandThinWallContainer

WANGJun-jie1,ZHENGHong-guo1,WEIJian-ping1,YANGSheng-yuan1,MAYu-mei2

(1.Xinjiang LS Heavy Equipment & Energy Engineering Co. Ltd., Hami 839000, China; 2. Lanzhou Lanshi Group Petroleum Refining Equipment Company, Lanzhou 730050, China)

The application of light electric heating project thickness to diameter ratio of different type of container vertical fabrication process were introduced, through the study of the product is proved the maneuverability and rationality of this method, for large diameter super thin-wall vessel manufacture opened up a new way.

pressure vessel; large diameter; ultra thin wall; vertical fabrication

TQ050.6； TE965

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.02.008

1000-7466(2017)02-0039-05

2016-10-10

王軍杰(1984-)，男，甘肅會寧人，工程師，學(xué)士，主要從事壓力容器制造與研發(fā)工作。