新型羰化反應器管束制造工藝

郝文生 曾 碩 雷金林

(武漢東海石化重型裝備有限公司)

羰化反應器憑借優異的耐腐蝕性和高壓反應功能，越來越多的應用于化工行業，但由于設備結構復雜、直徑大、管板厚及管孔多等因素，致使該類設備生產周期長，管頭易腐蝕，筆者結合某乙二醇羰化反應器介紹了管束部分制造工藝的優化方案。

1 管束主要參數

管板材料為Q345R(N)堆焊S30408，厚度116+6mm；換熱管材料為S30408，規格φ32mm×2mm×6 000mm。主要工藝參數有：

介質 N2、CO

設計壓力 0.48MPa

液壓試驗壓力 0.665MPa

工作壓力 0.30MPa

設計溫度 185℃

工作溫度(進/出) 135/135℃

2 管板制造

2.1 管板的帶極堆焊

本設備所用管板由Q345R正火鋼板加工而成。入廠后對該批鋼板的外觀及幾何尺寸等方面進行了檢驗，并利用超聲波探傷對鋼板進行100%掃查復驗，符合JB/T 4730.3-2005和相關技術要求后對鋼板表面做噴砂處理，去除表面雜質及氧化皮等有害物質。

堆焊前確保堆焊層表面干凈，并進行100%MT檢測，符合JB/T 4730.4-2005Ⅰ級要求，不得存在裂紋及氣孔等缺陷。

堆焊依次先堆過渡層和耐蝕層，堆焊過程中要注意層間溫度(不大于250℃)，嚴格控制焊接速度(18～20cm/min)，焊接過程中采用小的線能量(不大于80kJ/cm)，及時清理堆焊過程中的焊渣及飛濺等有害物質，避免因此而引起的焊接缺陷。

過渡層和耐蝕層堆焊完畢后表面都進行了100%PT檢測，符合JB/T 4730.5-2005Ⅰ級要求，此外耐蝕層表面還進行鐵素體檢測，符合GB/T 13305-2208標準要求。

2.2 管板的熱處理

過渡層堆焊完畢后，立即進行消除應力熱處理，避免因堆焊應力集中而引起的焊接缺陷，熱處理工藝依據NB/T 47016-2011標準要求。熱處理完畢后，在過渡層表面進行硬度檢測，檢測部位覆蓋堆焊表面(至少25點)，符合GB/T 231-2009標準要求。

2.3 管板的校平與機加工處理

管板堆焊完畢后，由于受到焊接應力影響，表面不平度會明顯增加，因此必須采取校平措施，減少不平度，控制在1mm范圍之內。

為避免管板耐蝕層因熱處理而引起的敏化現象，將管板在校平過程中的加熱溫度控制在450℃范圍內，利用液壓模具對管板進行立式整平處理。

管板校平后對管板進行機加工，加工范圍包括去除管板毛坯尺寸、管板與墊片的密封面和坡口形式。

2.4 傳統鉆孔與新型鉆孔工藝的比較

對于傳統鉆床而言，一般采用搖擺臂式鉆床，該類型機器利用人工排版后在管板表面進行標記，誤差大、效率低，對工人要求較高，搖擺臂在鉆孔過程中由于向心力的作用往往會將孔徑鉆大，影響到換熱器管與管板的管頭焊接質量。另外鉆孔時產生的刨花在搖擺過程中會直接影響管板表面的粗糙度。

武漢東海石化重型裝備有限公司于2012年引進遠景9NH4545-2型數控鉆床，它能夠利用數控編程，定位精確，操作簡便，無需在管板上進行標記。由于管板厚度較大，采用CSS加長型麻花鉆頭，能夠在500℃高溫鉆孔時保持高的硬度，所產生的刨花也會自動通過傳送帶輸出。另外，鉆孔前將管板與折流板緊緊固定在一起，這樣在保證孔徑與孔距的同時也能夠保證兩者的同心度，有效提高了工作效率和產品質量。

傳統鉆孔與新型鉆孔的工藝比較見表1。

表1 傳統鉆孔與現代鉆孔的比較

3 換熱管檢測

換熱管是羰化反應器的核心元件之一，應嚴格按照GB 13296-2007標準要求進行采購，回廠后進行外觀檢查，不得存在毛刺、裂紋、折疊、離層及結疤等缺陷。同時，換熱管需進行逐根水壓試驗復檢，試驗壓力為12.75MPa，保壓時間至少5s。

4 管束組裝及表面質量控制

新型管束組裝工藝過程為：

a. 固定管板Ⅰ。管束框架搭建完畢后，將框架臥躺于轉臺上，以折流板為參照，在筒體上標注管口方位，此時開始準備管板Ⅰ組對。組對前在管板的(0、90、180、270°)上任選一點。以滿焊的形式在管板上焊上吊耳，然后利用行吊對管板與管束架標記后的方位進行組對，反復調試使方位重合后對焊縫進行點焊，最終確定無誤后進行焊接。筒體與管板連接部位采取手工焊打底，自動焊蓋面方式。

b. 立架。對于羰化反應器而言，管束普遍存在直徑大及管孔多等因素，在搭建管束框架時，首先將拉桿與管板緊緊地連接起來，然后把折流板的方位調試好后穿入架子內確定好折流板之間的距離。因為它直接影響到穿管和設備在運行過程中介質的流動情況。最后將折流板固定在卷制完成后的筒體內側。

c. 穿管。管板Ⅰ確定后，進行穿管工序，由于管孔比較多(約13 000個孔)，穿管時必須先找準一個基點，圍繞該基點，按照一定的方向依次穿管，穿管時預留管板Ⅱ端頭3個管板厚度的距離，管束兩端工人在穿管過程中應依次確認，避免穿錯管孔。

d. 回管。穿管完畢后，開始組裝管板Ⅱ，管板Ⅱ組對工藝與管板Ⅰ一致，當管板組對完畢后，換熱管開始進入回管工序，此時管板Ⅰ端頭已預留不小于兩倍管板厚度的換熱管長度，然后利用鉆沖機和高速回旋螺旋工裝，確定好回管長度后在換熱管管頭裝上工裝，用力向管板Ⅱ一端推動。

e. 切管。回管工序結束后，預留3～4mm管頭用于管頭焊接，對多余管頭進行切除，保證焊接工作。采用意大利GBC公司生產的K7386便攜式切管機，對管頭進行平切，該機器采用刀片由外圓向內圓的切除方式，平切后的管頭端面光潔度高、100%垂直無變形、無毛刺，也無需額外的后續處理，有效保護了管頭，保證了管頭焊接質量。

f. 焊管。管頭的焊接采取全手工氬弧焊，由于管板直徑大、管孔多，在焊接形式上采用了武漢東海的管頭焊無滲漏專利。加強換熱管與管孔的無縫連接，防止因振動而產生的脫落，管頭焊外現成形美觀。

g. 熱處理。管頭焊接完畢后，立即進行消除應力熱處理，熱處理溫度640℃，保溫30min，熱處理時為避免熱量通過換熱管分散，先用石棉巖將管頭堵住。

表面質量控制方案為：

a. 對管板管頭表面進行清理，去除表面的油污、焊渣及飛濺等有害物質，確保被檢測表面干凈；

b. 嚴格按照JB/T 4730.5-2005標準要求進行PT檢測，符合Ⅰ級要求；

c. 在管板表面上任選至少25點進行硬度檢測，符合GB/T 231-2009標準要求為合格。

5 管程壓力試驗

管程制造完畢后，依據《固定式壓力容器安全技術規程》的要求，嚴格完成水壓試驗，先打壓至試驗壓力0.665MPa，保壓40min，然后降至設計壓力0.48MPa，保壓30min。試驗后無聲響、無變形、無泄漏則壓力試驗合格。

6 結束語

新型管束組裝工藝，有效避免了管束筒體因質量過重、過大在吊裝過程中而產生的變形，解決了起吊困難，提高了生產效率。管板帶極堆焊后消除應力熱處理，有效防止了管板因應力集中而產生的微裂紋缺陷。管頭的平切工藝，有效保護了管頭質量，防止了管頭的擴裂及毛刺等缺陷的產生。羰化反應器制造工藝新技術日益成熟、穩定，配合工人的精心制作和檢驗員的嚴格控制，滿足了反應器的生產使用要求。