哈薩克斯坦PKOP奇姆肯特?zé)捰蛷S大型非標(biāo)設(shè)備催化分餾塔復(fù)合板組焊技術(shù)

張 東，吳 俊，王 超，常紅雷，高永杰

中國(guó)石油天然氣第七建設(shè)有限公司，山東青島266061

哈薩克斯坦PKOP奇姆肯特?zé)捰蛷S位于古絲綢之路交匯點(diǎn)的南哈州首府奇姆肯特市，是哈國(guó)三大煉油企業(yè)之一，該廠為上世紀(jì)80年代所建，由于工藝落后逐漸不適合發(fā)展需要，鑒于此，在中哈兩國(guó)政府的支持和石油公司的努力下，決定對(duì)其進(jìn)行升級(jí)改造。以恢復(fù)產(chǎn)能600萬(wàn)t/a、提高加工深度、改善環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)，既是哈國(guó)人民改善和提高石油產(chǎn)品的自身需要，也可為周邊國(guó)家提供一定的產(chǎn)品供給。

該改造項(xiàng)目共涉及13套裝置，由中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司進(jìn)行EPCC總承包，為中國(guó)石油在海外承攬的最大煉油工程，合同總額為16億美元，施工高峰期人員達(dá)到3700余人，該工程既是哈國(guó)重點(diǎn)項(xiàng)目，中國(guó)石油海外重點(diǎn)工程，同時(shí)也是我國(guó)現(xiàn)階段倡議的“一帶一路”的重要組成部分。

新建的200萬(wàn)t/a重油催化裝置為改造裝置中最大的核心裝置，該裝置中核心設(shè)備分餾塔采用復(fù)合金屬材料設(shè)計(jì)，材質(zhì)特殊，焊接工藝復(fù)雜，質(zhì)量要求高，為整個(gè)工程中焊接難度之最，通過(guò)精心論證、籌劃和組織實(shí)施，最終確定分餾塔采用分片運(yùn)輸、到現(xiàn)場(chǎng)后在托輥上進(jìn)行臥式組焊的施工工藝，并取得了良好結(jié)果。

1 分餾塔基本參數(shù)

分餾塔外形見(jiàn)圖1，直徑為5400 mm，長(zhǎng)度為51374 mm，塔體下部選用S11306+14Cr1MoR復(fù)合板，厚度為（48＋3）mm，上部選用Q345R鋼板，厚度為18 mm，塔體下部復(fù)合板部分需進(jìn)行焊后熱處理。

圖1 分餾塔外形示意

2 組焊特點(diǎn)

（1）分餾塔外形尺寸大，壁厚大，重量大。需要的大型吊車(chē)、托輥等施工設(shè)備要從國(guó)內(nèi)調(diào)遣到哈國(guó)，因此需提前確定組焊方案、運(yùn)輸方案；焊接人員需提前完成考試并持有效證件，焊接工藝評(píng)定需提前完成，大量準(zhǔn)備工作需仔細(xì)籌備，這增加了組織、技術(shù)和管理難度。

（2）主體材質(zhì)為復(fù)合金屬材料（14Cr1MoR+S11306），由珠光體耐熱鋼及鐵素體不銹鋼組成，兩者鋼材都有淬硬傾向，焊接性較差，隨著板厚的增加，焊后冷裂紋傾向增大，需制訂合理的焊接工藝且需嚴(yán)格進(jìn)行施工過(guò)程的各工序管控。

（3）設(shè)備組焊的工序復(fù)雜，預(yù)熱、焊接、過(guò)程無(wú)損檢測(cè)、焊后熱處理、最終無(wú)損檢測(cè)等工序交叉進(jìn)行，施工組織的銜接難度大。

（4）焊接工藝、熱處理工藝等需當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門(mén)同意，哈國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和語(yǔ)言與國(guó)內(nèi)不一致之處需提前溝通，達(dá)成共識(shí)。

3 施工準(zhǔn)備

施工方案為：國(guó)內(nèi)采購(gòu)并完成板片下料，坡口加工并分片包裝發(fā)運(yùn)，在施工現(xiàn)場(chǎng)采用在托輥上進(jìn)行臥式組焊，后進(jìn)入爐內(nèi)整體熱處理，試壓后采用1000 t履帶吊主吊就位。由于該整體方案涉及面廣、控制要素多，現(xiàn)場(chǎng)組焊需掌握以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟：

（1）提前5個(gè)月提出現(xiàn)場(chǎng)組焊所需的托輥、焊機(jī)、溫控等輔助設(shè)備的采購(gòu)，在分餾塔到貨前將組焊設(shè)備就位安裝完畢，以保證組焊時(shí)間。焊接人員提前完成中國(guó)和哈國(guó)共同認(rèn)可的取證和考試工作。

（2）提前4個(gè)月開(kāi)始進(jìn)行焊接工藝評(píng)定（注意國(guó)內(nèi)做焊評(píng)時(shí)需請(qǐng)當(dāng)?shù)乇O(jiān)理等人員到國(guó)內(nèi)進(jìn)行確認(rèn)），根據(jù)合格的焊接工藝評(píng)定完成現(xiàn)場(chǎng)焊接方案和焊接工藝卡的編制和報(bào)驗(yàn)，并進(jìn)行詳細(xì)的安全技術(shù)交底。

（3）派遣人員在國(guó)內(nèi)制造廠進(jìn)行全過(guò)程的監(jiān)造，重點(diǎn)保證板材的預(yù)組裝質(zhì)量和坡口形式的正確性。指定現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人對(duì)接解決中國(guó)和哈國(guó)質(zhì)量監(jiān)督部門(mén)的過(guò)程質(zhì)量監(jiān)檢事宜[1]。

（4）由于本次所用焊材為不同的供應(yīng)商提供，其中還有國(guó)外供應(yīng)商的焊材，因此至少提前4個(gè)月提出焊材需用計(jì)劃，綜合考慮采購(gòu)、復(fù)驗(yàn)、運(yùn)輸、清關(guān)等各個(gè)環(huán)節(jié)的合理安排，保證采辦部門(mén)能夠在設(shè)備組焊前完成焊材供應(yīng)。

（5）提前5個(gè)月開(kāi)始進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)熱處理爐的招標(biāo)工作，給采購(gòu)、運(yùn)輸、清關(guān)等預(yù)留足夠的時(shí)間；提前2個(gè)月開(kāi)始熱處理爐的現(xiàn)場(chǎng)建造、調(diào)試等工作，以保證設(shè)備組焊完成后整體進(jìn)爐進(jìn)行熱處理。

4 施工方案

4.1 整體組裝程序

分餾塔整體組裝程序見(jiàn)圖2。

4.2 組對(duì)措施

4.2.1 封頭組焊

（1）在現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制場(chǎng)搭設(shè)鋼平臺(tái)，根據(jù)每圈板片數(shù)和封頭端部實(shí)際周長(zhǎng)放出焊接收縮量，在鋼平臺(tái)上劃出筒體基準(zhǔn)圓，在基準(zhǔn)圓內(nèi)側(cè)每隔1000～1500mm焊一塊定位板，將板片按順序吊至基準(zhǔn)圓處，每塊板片設(shè)置一根立式支撐，用工卡具連接組對(duì)。

圖2 分餾塔整體組裝程序示意

（2）瓣片組對(duì)成型后安裝頂蓋，利用工卡具固定，調(diào)整間隙。

（3）采用焊條電弧焊焊接，先焊接基層，翻轉(zhuǎn)后氣刨清根，然后焊接復(fù)層。

4.2.2 殼體縱縫組對(duì)

（1）筒體板到貨檢驗(yàn)合格后,按照筒節(jié)的編號(hào)在預(yù)制場(chǎng)進(jìn)行組對(duì)，按照設(shè)備尺寸在組對(duì)平臺(tái)上放樣劃線，利用吊車(chē)或行車(chē)配合進(jìn)行組對(duì)。

（2）筒節(jié)直立放置，處于自由狀態(tài)時(shí)用弦長(zhǎng)等于1/4設(shè)備內(nèi)徑且不小于1000 mm的內(nèi)、外樣板檢查，其間隙不得大于3 mm。

（3）組對(duì)前將坡口及邊緣50 mm以內(nèi)的油漆、鐵銹及其他雜物打磨干凈，調(diào)整好尺寸后在筒體外側(cè)點(diǎn)焊固定，每隔300～400 mm點(diǎn)焊一處，點(diǎn)焊長(zhǎng)度不小于50 mm。

（4）筒節(jié)縱縫采用無(wú)間隙組對(duì)，利用組裝夾具、千斤頂、倒鏈及斜鐵等手段調(diào)整間隙和錯(cuò)邊量。

（5）筒節(jié)組對(duì)完成后，內(nèi)部加設(shè)十字或米字支撐，避免在吊裝過(guò)程中變形，注意與復(fù)層焊接時(shí)必須加設(shè)隔離板。如運(yùn)輸或焊接時(shí)造成筒節(jié)焊道兩側(cè)存在變形，單筒節(jié)焊接完畢后，用滾板機(jī)回圓校形，并用樣板進(jìn)行檢查。

4.2.3 殼體環(huán)縫組對(duì)

復(fù)合板筒體采用立式組對(duì)，由于本設(shè)備共有10節(jié)復(fù)合板筒節(jié)，全部組對(duì)后太高，因此確定組對(duì)成兩大段，首先單筒節(jié)焊接完成后在平臺(tái)上分開(kāi)擺放，每段的最上第1筒節(jié)焊接臨時(shí)吊耳，筒節(jié)采用吊車(chē)進(jìn)行立式倒裝組對(duì)，在筒節(jié)外側(cè)用夾具調(diào)節(jié)間隙及錯(cuò)邊量，然后在筒體外側(cè)點(diǎn)焊固定，每隔300～400 mm點(diǎn)焊一處，點(diǎn)焊長(zhǎng)度不小于150 mm。

4.2.4 殼體合并成整體

立式組對(duì)完成的兩段筒體分別放在托輥上進(jìn)行臥式組對(duì)，具體步驟為：將第1段筒節(jié)放在100 t可行走托輥上，將第2段筒節(jié)放在100 t可頂升托輥上，利用可行走托輥調(diào)節(jié)環(huán)縫間隙，利用可頂升托輥調(diào)節(jié)錯(cuò)邊量，調(diào)整好周圈間隙和錯(cuò)邊量后在筒體外側(cè)點(diǎn)焊，每隔100～300 mm點(diǎn)焊一處，點(diǎn)焊長(zhǎng)度不小于50 mm，完成整個(gè)復(fù)合段的筒體組對(duì)。

4.2.5 組對(duì)質(zhì)量要求

組對(duì)時(shí)重點(diǎn)控制錯(cuò)邊量，應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1 分餾塔組對(duì)錯(cuò)邊量要求

4.3 主要焊接工藝

4.3.1 焊接流程

復(fù)合板焊接工藝較復(fù)雜，為保證各工序的銜接順暢和組焊質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)制訂了詳細(xì)的焊接工藝流程，如圖3如示。

圖3 分餾塔復(fù)合板焊接流程

4.3.2 焊前坡口確認(rèn)

焊接坡口應(yīng)在排版圖確定的同時(shí)給予確定，由國(guó)內(nèi)預(yù)制板片時(shí)制作完畢，并經(jīng)監(jiān)造人員確認(rèn)合格后才允許出廠。本設(shè)備采用的排版圖和坡口見(jiàn)圖4、圖5。

4.3.3 焊接方法及材料選用

各部位的焊接方法和材料選用見(jiàn)表2，焊材的儲(chǔ)存、烘干及發(fā)放等管理嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

4.3.4 焊接施工工藝

4.3.4.1 焊接原則

分餾塔除封頭和分段處焊縫采用手工焊外，筒體和裙座均采用埋弧焊和氣保焊完成，組對(duì)完成后，按照先縱縫、后環(huán)縫，先基層、后過(guò)渡層和復(fù)層的原則進(jìn)行焊接；接管焊接按照先小接管、后大接管，最后與介質(zhì)接觸面焊接的方法，按照?qǐng)D樣要求焊接。

焊接成段后，復(fù)合段加上一節(jié)碳鋼筒節(jié)和鉻鉬鋼裙座組成一個(gè)整體段，進(jìn)行爐內(nèi)整體焊后熱處理，待整體熱處理完畢后再與其他段組成整體。

4.3.4.2 焊接預(yù)熱

復(fù)合板焊前需要進(jìn)行預(yù)熱，由于本設(shè)備焊接時(shí)溫度較低，鋼板表面存在積雪或積冰，因此采用火焰進(jìn)行預(yù)熱，即從煉廠內(nèi)埋地連接一根燃料氣管道以保證現(xiàn)場(chǎng)的預(yù)熱需要。預(yù)熱范圍為焊縫兩側(cè)各不小于焊件厚度的3倍，且不小于150 mm，預(yù)熱溫度≥200℃，但不超過(guò)250℃。整個(gè)焊接過(guò)程分兩次預(yù)熱，時(shí)機(jī)見(jiàn)焊接流程，現(xiàn)場(chǎng)預(yù)熱如圖6所示。

圖4 分餾塔排版示意

4.3.4.3 定位焊

組對(duì)完畢后進(jìn)行定位焊接，復(fù)合鋼板組對(duì)時(shí)卡具應(yīng)焊在基層板上（在筒體外側(cè)定位），定位焊與正式焊接工藝相同，須按要求對(duì)點(diǎn)焊部位進(jìn)行預(yù)熱，對(duì)復(fù)合板加熱部分為基層板，坡口表面的溫度達(dá)到200℃以上時(shí)進(jìn)行點(diǎn)焊，焊縫長(zhǎng)度≥60 mm，焊縫厚度≥6 mm，相臨定位焊點(diǎn)間距≤400 mm。

圖5 焊縫坡口

4.3.4.4 焊接工藝要求

（1）為防止飛濺，在焊前應(yīng)對(duì)焊條電弧焊和氣體保護(hù)焊的復(fù)層坡口兩側(cè)各150 mm范圍涂涮防護(hù)劑。

（2）焊接順序如圖7所示。

（3）復(fù)層焊接時(shí)由于坡口面較寬，應(yīng)采用小電流、多層多道焊，每層焊接寬度不應(yīng)大于7 mm，每道焊縫需壓實(shí)，焊完后盡可能與復(fù)層表面保持平整、光滑，余高不大于1.5 mm。

表2 焊接方法和焊材選用

圖6 焊前預(yù)熱

（4）后熱要求。每道焊縫的整個(gè)焊接過(guò)程應(yīng)做兩次后熱，后熱時(shí)機(jī)見(jiàn)焊接流程，現(xiàn)場(chǎng)后熱采用電加熱進(jìn)行，應(yīng)在焊接后立即進(jìn)行1 h的300～350℃后熱。

（5）焊接工藝參數(shù)。焊接工藝參數(shù)根據(jù)焊接工藝評(píng)定及現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)條件編制，以焊接工藝卡的形式發(fā)放至作業(yè)班組，在現(xiàn)場(chǎng)顯著位置進(jìn)行張貼，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)。

圖7 復(fù)合板焊接順序

（6）復(fù)合板復(fù)層修復(fù)。如果復(fù)層受到損傷需要修復(fù)，按下述方法進(jìn)行：去掉復(fù)層后將基層去掉1.0～2.0 mm，然后堆焊過(guò)渡層及復(fù)層，焊后磨平修光堆焊表面，如圖8所示。

4.4 無(wú)損檢測(cè)和焊后熱處理

4.4.1 焊后外觀質(zhì)量要求

（1）焊接完畢后焊縫與母材應(yīng)圓滑過(guò)渡，成形良好；焊縫表面不得低于鋼板表面；焊接接頭表面不得有裂紋、未熔合、氣孔、夾渣、飛濺等缺陷存在；母材上不應(yīng)有電弧擦傷；復(fù)合鋼的復(fù)層不得有咬邊缺陷。

圖8 焊縫基層、復(fù)層示意

（2）焊縫余高除上述條款有要求外，A、B類(lèi)焊接接頭的余高還應(yīng)滿足圖9及表3要求。

圖9 單、雙面坡口要求

表3 A、B類(lèi)焊接接頭的余高要求

4.4.2 無(wú)損檢測(cè)

無(wú)損檢測(cè)按焊接流程圖所示執(zhí)行，主要有坡口表面檢測(cè)、清根后檢測(cè)、后熱完畢后射線檢測(cè)及熱處理后超聲檢測(cè)。

4.4.3 焊后熱處理

（1）焊后熱處理在射線檢測(cè)合格后，所有與熱處理殼體接觸的部件全部焊接完畢后，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行爐內(nèi)整體熱處理，如圖10所示。

圖10 分餾塔整體熱處理后效果

（2）熱處理后的質(zhì)量檢查?，F(xiàn)場(chǎng)組焊設(shè)備熱處理后按要求對(duì)A、B、D焊縫進(jìn)行硬度檢測(cè)，每條焊縫檢測(cè)一處，每處按5點(diǎn)進(jìn)行，即焊縫區(qū)、兩側(cè)熱影響區(qū)、兩側(cè)母材區(qū)各測(cè)一點(diǎn)，硬度值應(yīng)≤220 HBW。熱處理完畢后按規(guī)定對(duì)A、B類(lèi)焊接接頭進(jìn)行UT檢測(cè)，合格級(jí)別為Ⅰ級(jí)。

4.5 質(zhì)量控制重點(diǎn)

（1）焊接過(guò)程嚴(yán)格控制各工序施工順序，特別是無(wú)損檢測(cè)在焊接前、中、后不停交叉需特別注意。

（2）過(guò)渡層應(yīng)同時(shí)熔合基層焊縫、基層母材和復(fù)層母材，且應(yīng)蓋滿基層焊縫，并高出基層復(fù)層交界線約1 mm。

（3）在焊接整個(gè)過(guò)程中，復(fù)層需用不銹鋼板隔離，不得與碳鋼材料直接接觸，復(fù)層和過(guò)渡層焊接所使用的磨光機(jī)砂輪片須用不銹鋼專(zhuān)用砂輪片。

（4）所有不銹鋼焊接接頭表面，焊接完畢后應(yīng)進(jìn)行酸洗、鈍化處理，不銹鋼的酸洗鈍化采用涂刷酸洗膏進(jìn)行100%的鈍化處理，表面處理后，應(yīng)用清水沖洗，并用酚酞試紙檢查沖凈的程度。

5 結(jié)束語(yǔ)

分餾塔組焊施工為整個(gè)工程焊接難度之最，經(jīng)過(guò)精心籌劃、提前準(zhǔn)備，并通過(guò)嚴(yán)格的全過(guò)程控制和管理，在保證工程進(jìn)度的情況下，熱處理一次合格；焊接總檢測(cè)片數(shù)為1937張，一次合格1936張，合格率為99.99%，為同類(lèi)焊接工程的精品。

該工程項(xiàng)目所處地區(qū)位于我國(guó)倡導(dǎo)的核心路線“一帶一路”交匯之處，工程建設(shè)受到兩國(guó)政府和人民的高度關(guān)注，在克服國(guó)外運(yùn)輸條件受限、當(dāng)?shù)刭Y源貧乏的情況下，較好地保證了工程的質(zhì)量、安全和進(jìn)度，受到了哈薩克斯坦業(yè)主的贊揚(yáng)，體現(xiàn)出中國(guó)石油公司的實(shí)力，也為海外的大型非標(biāo)設(shè)備核心工序施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。