大直徑厚壁設備的制造

張亞興

（天津冠杰石化工程有限公司，天津 300270）

0 引言

2005年我公司承擔了金陵石化公司化肥原料技改工程的脫碳塔廠內預制任務。這是一種大直徑、厚壁壓力容器，是在制造廠內最大限度地加深預制深度的典型事例。這種加大制造廠內制作深度的作法，充分發(fā)揮了制造廠的制造優(yōu)勢，減少了現場安裝工作量，減少了現場安裝的難度，從而保證了壓力容器的制造安裝質量。

脫碳塔的規(guī)格為DN4 000 mm （厚度56 mm）/DN5 600 mm （厚度70 mm）×58 900 mm （其中變徑段厚84 mm）。主要設計參數見表1，主體材料為16MnR，正火板。由于設備直徑較大，運輸困難，因此采用分段制造、分段運輸、現場安裝的方案進行施工，我公司負責廠內預制部分。該塔在廠內分成13段制造，除塔體部分分段口處影響零部件的安裝外，其他內外固定件在不影響運輸的情況下原則上都組焊在殼體上，各段經熱處理后交貨。

1 預制深度

在制造前，首先對大件的運輸路線進行勘察。在不影響運輸的情況下，盡量加大分段制造的尺寸和質量，以減少現場安裝的工作量。經與安裝單位共同商定，相關的零部件均組焊在分段的殼體上，包括接管的所有墊板、保溫支持件。分段口處的零部件不與殼體組焊，單獨制作并編號裝箱。各段分段進行整體熱處理。塔體分段情況見圖1。

2 制造工藝

表1 脫碳塔主要技術參數

2.1 材料驗收

（1）材料管理部門按照圖紙要求首先審查材料質量證明書，材料質量證明書的內容應齊全、清晰并蓋有材料制造單位檢驗章；然后對所用的鋼板逐張進行核對，鋼板的噴標應清晰，爐批號與材料質量證明書應一致。殼體及封頭所用16 MnR板必須為正火板，并經鋼材生產廠家逐張超聲波探傷合格，不低于JB 4730-2005標準Ⅲ級；鋼板生產廠家應逐張對鋼板進行常溫機械性能及夏比沖擊試驗，應符合相關標準中規(guī)定；對裙座用16 MnR板應進行沖擊韌性試驗，沖擊功應不低于HG 20652-1998《塔器設計技術規(guī)定》中表3.2.3-2的規(guī)定；材料驗收人員對鋼材的外觀質量和尺寸進行查檢，鋼板表面允許存在深度不超過厚度負偏差一半的劃痕、軋痕、麻點、氧化皮脫落后的粗糙等局部缺陷。

圖1 塔體分段情況

（2）根據合同要求，對上、下封頭和變徑段材料按每爐批取一件進行復驗，均應符合圖紙和材料標準要求。

2.2 繪制排板圖

工藝技術部門，根據GB 150-2011規(guī)定按照材料尺寸繪制排板圖。

2.3 筒體預制

下料前應核對材料的材質及規(guī)格，檢查板材表面質量，不得有凹坑、夾渣、銹蝕等缺陷，并做好材料標識移植。然后按排板圖進行下料切割，切割方法采用氧—乙炔火焰切割，留半個洋沖眼，除凈毛刺、熔渣等。

2.4 坡口加工

筒體焊縫U形坡口采用刨邊機進行機械加工，加工后的表面進行100%滲透探傷檢查，坡口表面不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷。

2.5 拼接組焊

同一圈的鋼板進行拼接組焊，拼縫組對錯邊量≤2 mm，焊接采用埋弧自動焊。

2.6 筒體卷制

筒體都進行整圈滾圓，板頭預彎：預彎長度應大于300 mm，采用弦長大于300 mm的圓弧樣板檢查，其間隙不大于1 mm，直邊寬度小于被壓制件的板厚。

筒體卷制后的圓弧度用弦長900 mm的內樣板檢查，其間隙不得大于3 mm。

2.7 筒體組焊

筒體縱焊縫組對錯邊量≤2 mm，采用J507焊條按相應焊接工藝進行定位焊，要求點焊牢固，點焊長度應不小于50 mm，然后進行焊縫的焊接。

D 4 000 mm段筒體分3大段進行組焊，環(huán)縫組對錯邊量≤3 mm，采用臥式組對、臥式自動焊。分段焊后角變形用GB 150-2011規(guī)定的樣板檢查應≤5 mm。

筒體下料及成型尺寸允許偏差見表2。

表2 筒體下料及成型尺寸允許偏差

2.8 變徑段制造

2.8.1 下料切割

錐體分瓣放樣下毛料，周邊留30～40 mm余量，下料切割采用氧—乙炔火焰，下料后除凈毛刺、熔渣、氧化皮等。

2.8.2 壓制

制作單片壓制胎具，在油壓機上進行單片熱壓成型，在熱壓過程中控制終壓溫度為850℃，壓制成型后采用樣板檢查幾何尺寸。

2.8.3 凈料切割

制作凈料切割樣板，樣板須經檢驗人員確認，采用氧—乙炔半自動精密切割機進行瓣片凈料切割，開坡口。

瓣片允許偏差見圖2。

圖2 錐形封頭瓣片允許偏差 （L為長度）

2.8.4 變徑段組裝

在平臺上制作組裝胎具，在組裝胎具上進行變徑段組裝。

第一步，在鋼平臺上劃出組裝基準圓，基準圓直徑=Di+焊接收縮量/π，其中Di為內徑。

第二步，按排板圖分瓣數10等分基準圓，在距等分線約100 mm處點焊定位板，每個瓣片定位板不少于2塊。

第三步，在組裝基準圓內，以定位板和組裝胎具為基準，采用工卡具進行組裝。

2.8.5 錐體組焊后各段尺寸要求

組裝胎面應找平，其基準面水平允差應小于1 mm。

組對后，用弦長不小于1/6 Di的內樣板或外樣板沿對接接頭檢查，其間隙≤5 mm，其棱角E不大于5 mm。

上、下環(huán)口水平度允許偏差為2 mm；上、下環(huán)口橢圓度允許偏差不大于15 mm，上、下環(huán)口直徑允許偏差均為0～-4mm，高度允許偏差為5mm。

2.9 橢圓封頭制造

橢圓形封頭通過外委壓制，采用先拼板后熱壓成型的方法制作，并要求控制終壓溫度在850℃以上。

橢圓封頭成型后尺寸檢驗如下：內表面形狀偏差用弦長不小于3/4封頭內徑的內樣板檢查，其最大間隙不得大于其內徑的1.25%。封頭直邊高度允許偏差為-3～+5 mm。封頭橢圓度允許偏差為其內徑的0.5%，見圖3。回廠后按要求進行端部坡口齊口。

圖3 封頭內表面形狀偏差檢查示意

2.10 熱處理

各段組焊并經外觀和無損檢測合格后 （包括各段部件組焊檢驗后），分段進行熱處理。

熱處理采用組裝式電熱處理爐進行分段熱處理。熱處理前應采取防變形措施。這種熱處理爐溫度控制精度約±5℃，以保證熱處理效果。本容器的熱處理溫度為630℃±5℃。距端口較近的接管部位應采用弧板加固，下部環(huán)口保持水平，以控制熱處理變形，設備熱處理合格后，拆除接管處加固。

2.11 劃線標記

在每段筒體距上、下分段口50 mm處劃出內外基準圓、四心線，并做好標記。筒體外部的基準圓及四心線應做出永久標記，以作為現場安裝單元整體的基準。以基準圓及四心線為基準進行防變形開孔接管及內、外固定件的劃線。

2.12 塔內件及接管組焊

按圖要求預制塔內外固定件、接管組合件等，接管與法蘭對接縫應按無損檢驗要求檢驗合格。

內、外固定件以及接管按圖紙尺寸與殼體進行組焊，為控制接管部位的焊接變形，均在接管部位進行加固處理。

2.13 焊接

焊接方法：對于厚壁容器，盡量采用埋弧自動焊，以提高工效。筒體焊縫和封頭拼縫采用埋弧焊，變徑段錐體縱縫采用手工焊，變徑段與筒體之間的環(huán)縫采用手工焊，下封頭與筒體環(huán)縫采用手工焊。手工焊采用J507焊條，埋弧焊采用H10MnSi或H10Mn2焊絲和SJ101焊劑。

焊接順序：筒體段焊接時先焊內側，后焊外側；變徑段縱縫先焊外側后焊內側；其他部位先焊大坡口側的焊縫，焊至大坡口深度的一半時，進行背面清根，打磨光滑經著色檢測合格后再焊背面；背面焊接成型后，再將另一側焊縫焊接完畢。焊前預熱150～250℃，控制層間溫度不低于預熱溫度，且不高于250℃。焊后立即保溫緩冷。焊接采用多層多道焊接方法。

2.14 無損檢測

（1）所有A、B類焊縫焊接后進行100%射線無損檢測，按JB 4730-2005規(guī)范要求，II級合格，并進行20%超聲波檢驗，根據JB 4730-2005規(guī)范要求，I級合格。

為了加強對焊接過程中焊接質量的控制，我們采取了如下的控制手段：筒體的環(huán)縫焊道深度達到50%時，進行射線抽查，抽查比例為每條焊道的10%，如發(fā)現缺陷，抽查比例增加到20%，如再發(fā)現缺陷，則需進行100%射線檢測。

（2）大于DN200 mm的接管與殼體間焊縫，進行100%UT檢測。

（3）C、D類焊縫進行100%磁粉探傷，根據JB 4730-2005規(guī)范要求，Ⅰ級合格，焊縫清根后需進行100%滲透探傷。

（4）所有焊縫熱處理后100%磁粉探傷，根據JB 4730-2005規(guī)范要求，Ⅰ級合格。

2.15 尺寸檢驗

為了減少現場安裝難度，保證塔的組焊質量，對幾何尺寸進行了嚴格控制。

各分段筒體制造成型后的直線度應保證：任意3 m的筒體直線度公差為2 mm，每段不大于高度的1/1 000，且≤3 mm。

每段的直徑、圓周長、圓度允許偏差見表2。裙座基礎環(huán)下端到下封頭與筒體焊縫線的距離允差為-12～0 mm。

各段長度允差小于高度的1/1 000，且≤3 mm，設備整體長度累計允許偏差控制在±30 mm。

地腳螺栓中心圓直徑允許偏差±2 mm，在地腳螺栓中心圓上測量的螺栓孔圓周位置的允許偏差為±2 mm。

所有塔內件應在廠內進行預組裝，并經安裝單位驗收合格。

2.16 涂漆

容器分段制造完畢，經檢驗合格后應采用手工及電動工具徹底除銹，容器外表面處理達到HG/T 20679-1990中的St3級后，涂刷兩遍醇酸鐵紅底漆。其中分段口處以及分段容器上的A、B、C、D類焊逢邊緣50 mm范圍內不涂漆。容器分段口的坡口表面及邊緣50 mm范圍內應徹底除銹后，涂刷可焊性涂料。

2.17 包裝運輸

（1）設備出廠前應仔細檢查分段口基準圓、四心線等標記，標記應清晰準確。

（2）設備的法蘭密封面應涂黃油保護，有法蘭蓋的采用螺栓緊固，無法蘭蓋的采用5～10 mm的鐵盲板封堵嚴密。

（3）分段筒體運輸過程中，根據具體情況采取適當的加固措施以防止變形。

（4）設備出廠前，必須經塔設備安裝方到廠檢驗合格。

3 結束語

在該塔的預制過程中，由于采用了正確的施工方案和方法，對材料下料、滾圓，組對焊接、檢驗、熱處理等各環(huán)節(jié)進行了嚴格控制，制造質量好，為安裝單位順利完成安裝工作提供了保證。

[1]姚海盛.在國外現場組焊施工特大型塔器的實踐[J].石油工程建設，2009，35（1）：45-46.