淺析吸附塔的制作

七冶壓力容器制造有限責任公司 （貴州貴陽 550014） 何禹科

1.概述

變壓吸附作為一種氣體提純或混合氣體分離的工藝方法，近年來其應用領域越來越廣。工藝過程為：帶有一定壓強的混合氣體進入吸附塔，吸附塔內裝填的吸附劑，選擇性地吸附混合氣中的一種或多種氣體組分，未被吸收的氣體組分流出吸附塔；吸附劑吸附的氣體量達到一定值后，進行吸附劑的再生。變壓吸附工藝中的每個吸附塔在一個循環周期內都要經歷吸附、降壓、升壓、終升幾個環節。下面以我們為某公司制造的吸附塔為例，對整個制作過程的關鍵技術及難點進行詳細論述。

2.主要參數和結構

（1）吸附塔直徑為3200mm，總高約19 680mm，主要技術參數如表1所示。

表1 吸附塔技術參數

從設備技術參數看出，吸附塔的工作壓力在0～2.27MPa之間交變，每16min循環1次，屬二類壓力容器，顯然按常規設計規范GB150進行設計是不能滿足該工況要求的，而JB4732—1995（2005年確認）《鋼制壓力容器-分析設計標準》恰好能解決這一難題。由于分析設計采用了塑性失效準則，并根據詳細的應力分析報告對薄弱環節的細部結構做了合理的設計，減少了盲目性。因此，分析設計標準規定了較高的設計應力強度值，降低了基本安全系數，但對選材、制造、檢驗等方面，分析設計相對常規設計就較為嚴格了。

（2）吸附塔由筒體、吸附劑、半球形封頭、加強管、人孔蓋和彎頭等主要受壓元件組成，如圖1所示。

（3）主要受壓元件材料及規格如表2所示。

表2

3.制造技術難點及控制項目

（1）材料 ①封頭、筒體材料為Q345R（正火），板材應符合GB713—2008的要求，正火狀態供貨，并按JB/T4730逐張進行超聲波檢測，Ⅱ級合格；應逐張進行－10℃低溫沖擊試驗，AKV≥34J。②Q345鍛件按JB4726的要求驗收，鍛件正火狀態供貨，不允許采用模鍛。鍛件具有6級或更細的晶粒度等級（G）；鍛件中脆性夾雜物、塑性夾雜物均≤2.5級，且兩者總和≤4.0級，管整體補強鍛件應逐件進行－10℃低溫沖擊試驗，AKV≥34J。③所有鋼管材料應符合GB/T6479高級的規定，鋼管和彎頭應正火狀態供貨。④對主要受壓元件用材按《壓力容器安全技術監察規程》第25條對三類壓力容器主要受壓元件用材的要求進行復驗，并符合相關標準要求后方能使用。

圖1 吸附塔

（2）封頭和筒體的成形 封頭我公司沒有專用設備，因此進行外委；但是對外委廠家進行如下要求：封頭必須整體成形，成形后的最小厚度為26mm，封頭拼接焊縫必須與封頭開孔錯開500mm以上，成形前封頭拼接焊縫內外表面打磨與母材平齊，成形后封頭拼接焊縫打磨至Ra=6.3μm。封頭拼接焊縫按JB/T4730進行100%X射線（B級）檢測，Ⅰ級合格，并按JB/T4730進行100%超探（C級）復驗，Ⅰ級合格。

筒節長度根據封頭的實際尺寸進行下料，要上刨邊機加工坡口，坡口表面進行100%磁粉檢測，按JB/T4730Ⅰ級合格。筒體經過卷板、焊接、校圓、無損檢測等工序，菱角度≤2.5mm，樣板間隙≤2mm，對口錯邊量≤2mm。

（3）焊接質量控制 質量控制的標準或規定：本設備的焊接按JB/T4709—2000《鋼制壓力容器焊接規程》和JB/T4710—2005《鋼制塔式容器》中的相關規定執行，并遵照我公司的焊接工藝評定進行焊接。

無損檢測要求：按JB/T4730—2005《承壓設備無損檢測》對焊接接頭進行無損檢測，施焊前設備所有A、B類焊接坡口應進行100%磁粉檢測，Ⅰ級合格；A、B類焊縫均做100%X射線（B級）檢測，Ⅰ級合格；并做100%超探（C級）復驗Ⅰ級合格。裙座與封頭焊縫（圖1所示D1）做100%超聲波（C級）檢測，Ⅱ級合格；D類焊縫及直徑小于250mm的接管焊縫做100%磁粉檢測，Ⅰ級合格。

焊接：主體焊接材料及焊接參數如表3所示，焊接坡口形式及尺寸如圖2所示。

表3 焊接材料及焊接參數

由于本設備對焊縫的檢測要求高，所以筒體主體縱、環焊縫都采取埋弧焊，并對圖1所示的A1、A2、B1、B2、B3、D1都采取埋弧焊；A、B、D類焊接接頭都采取全焊透進行施焊。

根據《壓力容器安全技術監察規程》要求，壓力容器主要受壓元件焊縫附近50mm處應打上焊工代號鋼印，但該容器為應力分析容器，不允許在母材上打焊工鋼印和材質鋼印，應用記號筆標上。

圖2 A、B類焊縫對接接頭形式及尺寸

（4）組裝 接管、法蘭、彎頭組裝：法蘭面與接管垂直，垂直度≤3mm；法蘭螺栓孔與彎頭中軸線跨中分布。

封頭與筒體組裝：封頭中心線與筒體中心線重合，封頭拼接焊縫與筒體縱縫間距應大于100mm，對口錯邊量≤3.5mm，菱角度≤2.5mm。

加強管與封頭組裝：加強管中心線與封頭中心線重合，法蘭密封面垂直于筒體主軸中心線，其偏差不超過法蘭外徑1%且≤3mm，螺栓孔跨主軸中心線均布，法蘭面的水平誤差≤2.5mm，對口錯邊量≤2mm。

（5）熱處理 組裝焊接完畢后應對所有焊接接頭內外表面打磨光滑，且A、B類焊接接頭表面應與母材齊平（見圖2），不得有余高和凹坑；D類焊縫應打磨圓滑過渡，不得有明顯的棱角，打磨的表面粗糙度要求為Ra=6.3μm。對整臺設備進行全面檢查合格后對其進行消除應力熱處理，熱處理工藝曲線如圖3所示。

圖3 熱處理工藝曲線

（6）液壓試驗 熱處理完成后按照圖樣規定進行水壓試驗，由于吸附塔直徑大， 總高約19 680mm，在制作廠房內只能進行臥試打壓，但是設備筒體上沒有接管口進行排氣，當往筒體灌水超過封頭兩端的接管口后無法排氣，這時水就不能繼續灌入筒體，導致筒體里一半水一半空氣，這樣試驗時很難達到試驗壓力。為了更好的做好液壓試驗，達到圖樣要求，我們采用彎曲的鋼管一端放到筒體最高處，另外一端放到筒體外進行排氣，用壓力泵把水壓進筒體里把空氣排除，等到排氣口有水溢出時說明筒體里已裝滿水，這時把排氣口的截止閥關上，壓力泵繼續加壓直到達到試驗壓力，如圖4所示。

圖4 吸附塔臥式打壓

水壓試驗時環境溫度不宜低于5℃，水壓試驗的試壓用水必須是潔凈的，設備外表面應保持干燥，當設備壁溫與水溫接近時，才能緩慢升至設計壓力2.5MPa；確認無泄漏后繼續升壓到規定的試驗壓力3.27MPa，保壓30min，然后降至試驗壓力的80%，保壓足夠的時間對所有焊縫和連接部進行檢查，焊縫和密封部位等無滲漏，主體無可見異常變形為合格，如圖5所示。檢查期間壓力應保持不變，不得采用連續加壓來維持試驗壓力不變，試壓過程中不得向受壓元件施加任何外力。水壓試驗時，應通知鍋檢所的相關人員對打壓過程進行監督檢查，并做好記錄。

圖5 液壓試驗工藝曲線

4.結語

我公司采取如上工藝制作該公司的吸附塔，既保證了設備的質量，又提高了制作效率，于2010年12月投產運行至今良好。不但各項指標都能達到了設計要求，而且取得的經驗對同類行業制作吸附塔或制作類似化工設備提供了借鑒和指導作用。