丙烯腈反應(yīng)器現(xiàn)場組焊及內(nèi)件安裝工藝

陳杰 周祥光

摘 要：丙烯腈反應(yīng)器殼體采用“廠內(nèi)分片加工成型，現(xiàn)場分片成筒節(jié)，分節(jié)成段，基礎(chǔ)上分段吊裝組焊，整體熱處理”的組焊工藝，核心內(nèi)件采用“廠內(nèi)加工成成品或半成品，預(yù)組裝標(biāo)識(shí)，現(xiàn)場組裝”的安裝工藝，高度總結(jié)了大型設(shè)備現(xiàn)場制作安裝的成套技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：丙烯腈反應(yīng)器;現(xiàn)場組焊;整體熱處理;內(nèi)件安裝

0 引言

石油化工裝置漸趨于大型、集約、復(fù)雜化，鑒于運(yùn)輸、起重限制，大型設(shè)備不得不分片或分段運(yùn)輸至施工現(xiàn)場進(jìn)行組裝和焊接，但是施工現(xiàn)場的作業(yè)條件遠(yuǎn)不如工廠，因此對(duì)于工藝技術(shù)核心、結(jié)構(gòu)集約復(fù)雜的反應(yīng)器等大型設(shè)備，如何保證進(jìn)度且高質(zhì)量的完成現(xiàn)場組焊制作和安裝成為項(xiàng)目中重要且困難的事項(xiàng)。

13萬t/a生產(chǎn)規(guī)模的丙烯腈裝置，反應(yīng)器直徑9.5m，高30m，是技術(shù)條件要求高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的典型現(xiàn)場組焊設(shè)備，而且是需要焊后整體消除應(yīng)力熱處理的大型設(shè)備?，F(xiàn)以丙烯腈立式流化床反應(yīng)器的現(xiàn)場組焊及內(nèi)件安裝工藝為實(shí)例，以點(diǎn)帶面，形成成套技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，從而為類似的大型容器設(shè)備現(xiàn)場制作安裝借鑒之用。

1 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)參數(shù)概況

丙烯腈反應(yīng)器主體材料15CrMoR，壁厚δ24/34mm，介質(zhì)易爆且高度危害，A、B類焊縫100%RT-II檢測，100%MT-I檢測，水壓試驗(yàn)0.44MPa，氣密試驗(yàn)0.25MPa，容積1650m3，凈重524t。核心內(nèi)件有空氣分布板、丙烯氨分布器、4組冷卻水管、18組二級(jí)旋風(fēng)分離器等，結(jié)構(gòu)見圖1。

2 施工準(zhǔn)備

預(yù)制區(qū)依據(jù)反應(yīng)器分段數(shù)和制作流程設(shè)置場地，并合理安排工位組、吊車走位和運(yùn)輸通道。組焊平臺(tái)應(yīng)做好防風(fēng)雨措施;吊車走道區(qū)域按要求做好地面處理，達(dá)到相應(yīng)地耐力要求;工裝夾具（包括鞋型卡、凹形板、圓孔方塊、插銷（圓銷和扁銷）和剛性弧度板）提前預(yù)制備用。

3 現(xiàn)場組焊

3.1 焊接工藝準(zhǔn)備

設(shè)備組焊工藝涉及的焊接工藝評(píng)定、焊工、焊接環(huán)境、焊接材料、坡口角度和組對(duì)間隙等操作規(guī)定應(yīng)符合NB/T47014、NB/T47015、SH/T3524等有關(guān)規(guī)定要求。

3.2 球形上封頭組焊

球形上封頭直徑過大無法進(jìn)行整體成型，故采用12片瓜瓣+頂蓋結(jié)構(gòu)成型。廠內(nèi)將瓜瓣、頂蓋預(yù)制成型后，進(jìn)行凈尺寸修正并加工好坡口，按排版圖進(jìn)行整體預(yù)組裝（關(guān)鍵），檢查合格后編號(hào)發(fā)往現(xiàn)場。現(xiàn)場采用剛性水平平臺(tái)進(jìn)行整體一次組裝，在“丁”字焊口處加防變形支撐，先進(jìn)行外側(cè)赤道焊縫對(duì)稱焊接，再焊頂蓋板與赤道板之間環(huán)向縱縫，然后再進(jìn)行劃線、開孔、安裝頂部大接管，將大接管與封頭外側(cè)焊縫焊接完成后，進(jìn)行上封頭整體翻身，進(jìn)行內(nèi)側(cè)焊接，再進(jìn)行集氣室安裝焊接。幾何尺寸和組裝質(zhì)量檢查執(zhí)行GB/T12337和SH/T3524要求，見表1。

3.3 下錐體組焊

下錐體分為上、中、下三段，分別為16片，10片，2片瓜瓣，下錐體與上球形封頭組焊相似。錐體“丁”字口焊縫容易形成缺陷聚集，縱縫焊接時(shí)引熄弧應(yīng)在環(huán)縫坡口內(nèi)進(jìn)行，且左右交替，引熄弧部分在環(huán)縫焊接前碳刨打磨清除。

3.4 筒體分段組裝焊接

筒節(jié)預(yù)制需考慮封頭和錐體端口實(shí)際成型周長，在剛性平臺(tái)上劃出筒節(jié)組裝基準(zhǔn)圓→在基準(zhǔn)圓內(nèi)側(cè)每隔1m～1.5m設(shè)置1塊定位板→根據(jù)排版圖將同一圈板片按順序逐片吊到基準(zhǔn)圓處，用工卡具組對(duì)→定位焊→焊接并檢驗(yàn)。筒節(jié)在分片組裝好后焊接前，根據(jù)棱角度情況設(shè)置焊接防變形支撐，在焊接過程中控制焊接線能量大小防止棱角度超標(biāo)變形，并在焊后利用棱角度校正器進(jìn)行適當(dāng)校正，保證好整個(gè)筒節(jié)焊后成型質(zhì)量，見表2。

筒節(jié)、封頭、錐體預(yù)制組焊經(jīng)檢驗(yàn)合格后，按排版圖劃出0°、90°、180°、270°四條方位線，用于筒節(jié)組對(duì)時(shí)上下節(jié)找正直線度和段垂直度。方位線宜采用等腰三角形原理劃線，吊線墜易受環(huán)境風(fēng)向影響。

筒節(jié)組焊成段體時(shí)，在下筒節(jié)的上口內(nèi)側(cè)或外側(cè)每隔1m左右設(shè)置一塊定位板，將上筒節(jié)吊裝就位，在對(duì)口處每隔1m左右放置一間隙片，間隙片的厚度按對(duì)口間隙確定。再用相對(duì)應(yīng)的方位線調(diào)節(jié)直線度，用調(diào)節(jié)絲杠調(diào)節(jié)對(duì)口間隙。最后用卡子、銷子調(diào)整對(duì)口錯(cuò)邊量，應(yīng)沿圓周均勻分布，符合要求后進(jìn)行定位焊，見表3。

分段吊裝組焊前，需在基礎(chǔ)驗(yàn)收復(fù)測合格后，進(jìn)行反應(yīng)器裙座（第一段）吊裝就位，調(diào)整上端口水平度，為保證整體垂直度要求，每一段組對(duì)都須嚴(yán)格控制垂直度偏差，見表4。

人孔、短管等附件開孔前應(yīng)根據(jù)圖紙標(biāo)定的方位、標(biāo)高、尺寸進(jìn)行復(fù)查，確認(rèn)無誤后方可開孔、組對(duì)、焊接，形位偏差應(yīng)該符合SH/T3524第10.2節(jié)內(nèi)容要求。

4 無損檢測

焊縫外觀檢查合格后，應(yīng)按設(shè)計(jì)圖樣規(guī)定的探傷方法和探傷比例進(jìn)行無損檢測合格，焊縫無損檢測必須執(zhí)行無損檢測作業(yè)規(guī)程，執(zhí)行NB/T47013標(biāo)準(zhǔn)。

5 熱處理要求

丙烯腈反應(yīng)器材料為15CrMoR，具有淬硬性，且易產(chǎn)生延遲裂紋。根據(jù)丙烯腈組焊順序，熱處理共分5項(xiàng)內(nèi)容：

①15CrMoR焊縫的預(yù)熱及后熱消氫;

②裙座15CrMoR焊縫的局部熱處理;

③殼體的焊后整體消應(yīng)力熱處理（見表5）;

④冷卻水管引出管焊接接頭局部熱處理;

⑤筒體與上封頭環(huán)縫的局部熱處理?；A(chǔ)上進(jìn)行整體熱處理時(shí)，采用“燃?xì)夥ā奔?臺(tái)燃燒器分層供熱，將反應(yīng)器整體保溫，作為一個(gè)密閉爐膛，通過液化氣燃燒放熱，經(jīng)熱傳導(dǎo)、對(duì)流及輻射實(shí)現(xiàn)設(shè)備整體加熱的熱處理目的。采用12套熱處理智能測溫控溫裝置，計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)測及控制。熱處理完成后，做硬度檢測。

6 內(nèi)件安裝

丙烯腈反應(yīng)器內(nèi)件從上至下主要有內(nèi)集氣室、旋風(fēng)分離器、頂/中/底梁、冷卻水管、丙烯氨分布器、空氣分布板六大部分。利用廠內(nèi)優(yōu)勢，最大限度廠內(nèi)預(yù)制成“最大”組合件，并完成檢驗(yàn)檢測，編號(hào)運(yùn)至現(xiàn)場。內(nèi)件組合件中除去內(nèi)集氣室和旋風(fēng)分離器吊架在預(yù)制場區(qū)預(yù)先裝入上封頭內(nèi)部，其余部件均待設(shè)備整體熱處理后卸下上封頭，再從下至上按空氣分布板→丙烯氨分布器→底/中/頂梁→冷卻水管→旋風(fēng)分離器依次吊裝入筒體內(nèi)，由內(nèi)而外組裝各組件。

7 試驗(yàn)、交工驗(yàn)收

按設(shè)計(jì)圖樣及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求進(jìn)行水壓、氣密試驗(yàn)和基礎(chǔ)沉降觀測，并做好過程觀測記錄。耐壓、氣密試驗(yàn)合格后，必須對(duì)容器的直線度、橢圓度、安裝垂直度、幾何尺寸等進(jìn)行最終檢查復(fù)驗(yàn)，內(nèi)部清掃封閉，外部除銹防腐保溫。

8 結(jié)論

丙烯腈反應(yīng)器殼體采用“廠內(nèi)分片加工成型，現(xiàn)場分片成筒節(jié)，分節(jié)成段，基礎(chǔ)上分段吊裝組焊，整體熱處理”組焊工藝。核心內(nèi)件采用“廠內(nèi)加工成成品或半成品，預(yù)組裝標(biāo)識(shí)，現(xiàn)場組裝”安裝工藝。依托廠內(nèi)制造優(yōu)良條件，最大限度預(yù)制成型，減少現(xiàn)場工作量，現(xiàn)場科學(xué)管理，嚴(yán)格執(zhí)行焊接組裝工藝、檢驗(yàn)檢測和吊裝安全，高度總結(jié)了大型設(shè)備現(xiàn)場制作安裝的成套技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)。

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[5]李世玉.工程師培訓(xùn)教程——容器建造技術(shù)[M].北京：新華出版社，2020.

作者簡介：

陳杰（1987- ），男，工程師，畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）過程裝備與控制工程專業(yè)，長期從事壓力容器設(shè)計(jì)工作。