低溫塔設備的設計與制造分析

王生麟

摘 要：在煤化工行業(yè)中，低溫甲醇洗技術以其優(yōu)異的酸性氣體選擇性、吸收性以及運行穩(wěn)定性等特點得到廣泛應用。低溫吸收塔作為低溫甲醇洗裝置重要設備之一，本文主要探討低溫吸收塔設計與制造過程中的技術要點。

關鍵詞：低溫甲醇洗；低溫吸收塔；設計；制造

低溫甲醇洗是一種基于物理吸收的氣體凈化方法，以工業(yè)甲醇為吸收劑（溶劑）。該法用低溫甲醇可同時或分段脫除氣體中的硫化氫、硫氧化碳和二氧化碳等酸性氣體及水汽等，能達到很高的凈化度。甲醇對一氧化碳和氫氣的溶解度相當小，且在低溫下甲醇的蒸汽壓很小，溶劑損失量很小。從1954年第一套低溫甲醇洗裝置面世至今，在世界范圍內投入生產使用的低溫甲醇洗設備已達近百套。以神華寧煤煤制油項目為例，低溫甲醇洗裝置低溫吸收塔高73755mm，直徑4500mm，凈質量為66t，09MnNiDR材質，要求在-40℃的低溫下工作，因此對塔器材料、結構設計和制造工藝、檢驗驗收都有嚴格的規(guī)定。

1 設備材料

低溫設備所用的鋼材一方面要符合壓力容器對于鋼材強度，穩(wěn)定性，加工性能和焊接性能等的基本要求，另一方面根據工作環(huán)境的溫度特點，必須具備相對較低的韌脆轉變溫度，以及理想的低溫韌性。除此之外，一般要求所用鋼材在使用溫度下的低溫沖擊吸收功要大大超過設計規(guī)定值。

低溫塔的筒體和封頭部分采用09MnNiDR板材，對于技術條件的要求是：（1）滿足材料標準規(guī)定的化學成分和力學性能；（2）S≤0.008%，P≤0.02%，C≤0.12%，Ni≤1%；（3）逐張進行的-70℃低溫夏比（V型缺口）沖擊試驗的沖擊功值取設計驗收值的1.5倍；（4）使用狀態(tài)為正火加回火狀態(tài)；（5）材料進廠后復驗機構低溫沖擊功值的最低值為60J。

2 塔結構與制造

低溫塔設計過程中要求結構簡單化，省去不必要的約束防止產生性狀突變，削弱局部應力。插入式接管端部打磨（或機加工）成圓角，凸出的焊肉應打磨至與設備內表面平齊，外側的角焊縫應平滑過渡。

2.1 筒節(jié)與封頭

為了避免產生殘余應力，在筒體、封頭的成型過程中應防止包括刻劃、打鋼印、錘擊在內的操作；盡量選擇記號筆來對筒節(jié)、封頭板料號料進行劃線，材料標記轉移采用繪圖記錄方法，板料切割后預制坡口，并將坡口表面打磨光亮，達到無損的要求；下料過程中要注意控制筒節(jié)板料的兩條對角線長度差。筒節(jié)的成型過程中宜選取多次成型，這樣可以有效避免殘余應力，滾制成型后組焊。在保證橢圓度的基礎上，對筒節(jié)進行二次劃基準線，滿足直線度要求。封頭則選擇整體熱壓成型，封頭坯料可以拼接，同時帶母材和焊接性能檢測試板，并隨后進行正火加回火處理，以保證材料的力學性能。

2.2 塔體

低溫吸收塔分4段制造，需要對不同塔段的所有件進行組焊，且經檢驗質量過關，接下來用工裝支撐圈固定各段口，將四心位置對應標記，分段整體進行熱處理，以免在此過程中出現變形，有利于在現場將其組對。

為確保塔體的直線度和長度公差，在對多個筒節(jié)進行組焊時，除了要保證各段的直線度、橢圓度公差合格，應對兩端面及坡口采取同時加工。接下來分四部分分別組焊，每一部分都要兼顧接管法蘭組件和內外附件。為滿足塔盤的平面度公差要求，必須精確以筒節(jié)端口加工線為塔盤支承件的基準劃線，然后組對。其他部分如降液板等要保證連接尺寸的精準。對塔體的對接接頭表面進行打磨到與母材齊平，接管端部焊后應打磨成圓角，這樣就可以降低局部高應力，防止結構形狀出現突變。

在焊接低溫用鋼的過程中要注意防止焊縫金屬及熱影響區(qū)形成粗晶組織，使得鋼材的韌性下降。要做到這一點對焊接線能量的控制十分重要，即在焊接工藝規(guī)定的范圍內選擇較小的焊接線能量，多層多道施焊防止焊道溫度過高，多道焊時應注意控制層間溫度。

在對低溫容器進行焊接時切忌在母材的非焊縫區(qū)內引弧，焊接接頭切忌出現弧坑、焊縫成形異常等焊接缺陷，防止未焊透、未熔合、裂紋、氣孔及咬邊等瑕疵。另一方面還要注意盡可能減小余高，避免出現凸形角焊縫。該塔組對檢測過關后按焊接工藝要求、預熱完成后開始施焊，焊畢進行消氫處理。焊接時嚴格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程，盡量采用小的焊接規(guī)范，焊條電弧焊采用短弧焊，直焊進不擺動，降低焊接線能量，確保焊接接頭的低溫韌性，焊接過程中要保證層間溫度應低于100℃，可以選擇遠紅外線測溫儀控溫。焊后焊縫磨平，削弱局部應力。

2.3 熱處理

對塔體組焊后要注意進行熱處理，降低接頭部分的焊接殘余應力，避免在低溢條件下脆斷的可能性。該塔分四段入爐熱處理，有三道環(huán)縫需用履帶加熱進行局部熱處理，熱處理溫度設置在600±20℃，恒溫時間保持在2.5h，溫度達到400℃后以低于75℃/h的速度升溫，降溫時速度則應控制在100℃/h。

目前國內09MnNiDR的生產廠家主要有：重鋼、武鋼、舞陽鋼廠，因舞陽鋼廠的鋼板厚度及低溫沖擊功高于其他廠家，故選擇舞陽鋼廠作為09MnNiDR的供貨單位。隨著科學技術的不斷進步和生產的需求，對低溫塔設備的設計與制造要求越來越高，為了保證塔設備的各種性能滿足生產需要，對設備材料的冶煉、熱處理等工藝技術要求更加嚴格，通過制造檢驗證明，該工藝方案科學合理，未發(fā)現壁厚減薄，低溫裂紋等問題，可以滿足煤化工的生產要求。

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