鋯制脫水塔設計及設計過程中相關問題的探討

陳海峰

摘要：鋯材作為目前最良好的耐腐蝕材料，在石油、化工、核能、航天等行業得到廣泛的應用。文章通過對脫水塔的設計與制造的介紹，解決了鋯制脫水塔在設計制造中有關材料選擇、結構設計、試驗檢驗要求確定及強度計算等技術難點。

關鍵詞：鋯；脫水塔設計；壓力容器；密封環；制造檢驗

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）09-0035-03

鋯（ZIRCONIUM，合金代號R60702，板材SB-551）材作為目前世界上最優秀的耐腐蝕材料之一，特別是對大部分有機酸（如醋酸、甲酸等）有非常強的抗腐蝕性，在核能、航天、石油、化工等領域得到了廣泛的使用。脫水塔是為某公司承制并設計的年產40萬t醋酸項目中的關鍵設備，是一臺58層塔板ADV浮閥式鋯塔。

1 脫水塔的工作條件及結構參數

脫水塔主要技術參數見表1，簡圖見圖1：

2 設備主要結構材質的確定

2.1 主體材質

脫水塔的工作介質具有強腐蝕、易燃、易爆的特點。主體材質采用純鋯材料制造，根據鋯材物理化學性能的特點完全能滿足腐蝕和強度要求。內部構件如塔盤支撐圈、分布管組件、防渦板組件、防沖板組件等也均選用純鋯結構，主要是考慮強度、耐蝕與耐磨要求，其中板材選用ASMESB551-R60702，管材選用ASMESB658-R60702，緊固件螺栓、螺母選用ASMESB550-R60705。

2.2 裙座材質

基于經濟性和設備整體剛性的考慮，裙座材質為碳鋼。

2.3 焊材

關于焊材Q345R（16Mn）之間的焊接選用E5015焊條，Q345R（16Mn）與Q235A（B）之間選用E4315焊條，鋯材之間焊接選用ERZr-Z焊絲。

3 脫水塔主要結構設計

3.1 設備主體結構設計

該塔筒體、封頭的壁厚為11mm或13mm，所以縱環焊縫形式可采用開單面坡口或雙面坡口均可以，由于雙面坡口較之單面坡口在施焊過程中，有鋯焊絲填充量小、成本低、殼體變形量小、工作量少等優點，所以該設備縱環焊縫形式最終采用雙面坡口形式。具體形式見圖2。

3.2 松套法蘭的密封環與接管的結構設計

由于鋯材與碳鋼的不可焊性，所以純鋯設備上用的法蘭形式均為松套式。松套法蘭形式分為帶頸松套式（見圖3）和對焊環式（見圖4）。考慮到以往的加工經驗，對焊環式更能保證其密封面與法蘭面平行度及其密封面與接管垂直度的要求，故該設備所用法蘭形式采用對焊環式。接管與密封環焊接形式見圖5。為保證接管與密封環焊后法蘭整體剛性和強度的要求，其焊接必須全焊透并要求焊腳高度h>接管壁厚的0.7倍。