?9600 mm超大型費托合成反應器的制造

劉娟李秀慧 李月 王冬梅

（大連金州重型機器集團有限公司)

?9600 mm超大型費托合成反應器的制造

劉娟*李秀慧 李月 王冬梅

（大連金州重型機器集團有限公司)

主要介紹了?9600 mm超大型費托合成反應器的制造工藝，包括厚壁筒體、封頭的壓制成型，反應器的預組裝和現場組裝方法，以及焊接工藝和防變形的支撐工裝。

反應器 焊接 組裝 封頭 支撐工裝 費托合成

1923年，德國科學家費歇爾和托普斯發現，合成氣在鐵基催化劑下可轉化成液體燃料。這一過程被稱之為F-T（費托）合成，實現這一反應的裝置被稱為費托反應器。

鑒于我國油氣資源貧乏而煤炭資源豐富的情況，可采用煤為原料制成合成氣，然后再經費托法合成并精制為合成油，這一煤制油工藝能極大緩解我國油品緊張的情況。在煤制油工藝中，合成氣轉化為油的反應是在費托反應器中完成的，因而費托反應器在煤制油過程中是非常關鍵的設備。

2013年，大連金州重型機器集團有限公司承攬了4臺費托反應器。該反應器是國內首臺規格尺寸最大、制造精度高的超大型裝置。本文詳細介紹了該超大型設備——費托反應器的制造工藝。

1 結構特點

該超大型設備——費托反應器不僅技術要求高，而且制造難度大。產品筒體材料為SA-387Gr11Cl2調質鋼板，內徑9600 mm，壁厚132 mm，由21節筒節組成，總高61 500 mm；封頭材料為SA-387Gr11Cl2調質鋼板，壁厚92 mm，由15片組成。該反應器的結構如圖1所示。

圖1 費托合成反應器的結構

反應器主要技術參數如表1所示。

2 工藝方案確定

由于筒體和封頭直徑過大，制造和運輸都是難題。若在公司內制造完成，然后再發運現場，陸地運輸受限；若全部在用戶現場制造，現場又缺少如刨邊機、油壓機、大型車床等制造設備。鑒于此種情況，最終確定在公司內分片壓型，然后在現場組裝焊接。

表1 反應器主要技術參數

3 公司內制造

3.1 筒節瓦片的壓型

筒節采取分3片中溫成型。下料號出環縫坡口線，按圖2刨出環縫坡口，且控制好每一片的長度、對角線偏差、壓頭直邊預留量。根據鋼板厚度先將2000 t油壓機三輥間隙調好，上輥的升降應與其它兩輥相平行，避免一端重一端輕。把鋼板吊到油壓機上預彎，預彎后的鋼板用半自動切割機切去壓頭的直邊部分，同時按圖3割出縱縫坡口，注意留出縱縫焊接收縮量，清理切口熔渣。將鋼板再次吊到油壓機上，在上下輥之間放正，使板材的邊沿與筒節的軸中心線平行，以防滾圓后瓦片的邊沿歪斜量過大。放好后可以繼續彎卷，彎卷時必須施加一定的過卷量，并在規定的曲率下往復卷動幾次。鋼板卷圓時，用（1/6）Di的圓弧樣板隨時檢查，以保證其間隙在2 mm范圍之內。這樣三片瓦片全壓好了。

圖2 環縫坡口

圖3 縱縫坡口

為現場組裝方便，同時滿足幾何尺寸精度，先在公司內預組裝單節筒節，檢查錯邊量要小于等于2.4 mm，圓度小于等于25 mm，端面平行度2 mm，若有不滿足要求的，應再到油壓機上校型。筒節標識出上下端，每條縱縫兩邊分別標出A-A、B-B、C-C的字樣。用砂輪打磨筒節縱坡口，縱環焊縫坡口經MT檢測合格后，分單片放在凹形工裝上發運至現場。

3.2 封頭瓣片的壓型

同筒體一樣，封頭的成型也要分瓣進行。采用球罐結構將封頭分成溫帶和極帶兩帶，溫帶板共12片，極帶板包括2片極邊板、1片極中板。第1次下毛坯料，帶溫逐片油壓，隨時用（1/6）Di的圓弧樣板檢查，間隙要小于等于2 mm。形狀偏差符合要求后進行第2次下料。第2次下料采用該公司相同帶的板可以互換安裝的多點法技術，劃出切割線和檢查線。火焰一次切割出X形坡口，檢查切割后的每片板長度、寬度、對角線及曲率偏差都滿足GB 12337—2008的要求。打磨瓣片坡口及周邊，經UT、MT檢測合格即可發往現場。

4 現場組裝焊接

4.1 筒體的制造

單節筒節在現場采用立式組裝。為方便人員的進出，在場地先設置好6個400 mm高的圓柱墊墩，按在公司內標識好的順序將筒節的1片吊到墊墩上立放，再吊第2片、第3片，慢慢調整位置，直到錯邊量小于等于2.4 mm。然后點焊，中間用兩層分別有6個腿的型鋼支撐固定，瓦片與支撐用拉筋板連接為一體，瓦片與瓦片之間也用拉筋連接定位，見圖4。

焊前預熱：從兩面將焊縫及兩側150 mm范圍用α加熱排包住，加熱到150℃以上。

焊接：縱縫內外全采用手工立向上焊接，焊接順序為先焊接外側，內部清根，再焊接內部。焊接過程中要保持溫度不低于預熱溫度150℃，且不高于允許的最高層間溫度280℃。焊后立即進行300～350℃/3h消氫處理。消氫處理后立即用石棉覆蓋，保溫緩冷。

圖4 筒節內支撐

探傷檢查：焊接完成24 h后打磨焊縫，進行100%UT、100%MT、100%TOFD檢測，按JB/T 4730—2005標準，級別分別為Ⅰ、Ⅰ、Ⅱ級檢驗合格。

如此21節筒體全部制造好。除第1節、第21節之外，其余分成5段組對焊接。筒體環縫的焊接除坡口形式為U形坡口、焊接方法內外都采用埋弧焊、焊接位置為平焊之外，其余如焊前預熱、焊后消氫、清理和無損檢測等基本與縱縫相同，在此不再一一敘述。

對于5段筒體分別進行號線、開孔、組對焊接各接管，經檢驗合格后，進爐進行最終熱處理，以消除焊接應力、結構應力，獲得最佳的母材、焊縫抗回火脆化性能和理想的綜合力學性能。熱處理工藝如圖5所示。

圖5 熱處理工藝

4.2 封頭的制造

組裝：在組對封頭瓣片之前，先在工作平臺上劃出?9600 mm的圓，將圓平分成12份，沿圓周點焊定位塊，圓周內架支撐架，吊溫帶板按12等份位置立放在定位塊與支撐之間，調整每一塊板之間的間隙小于等于2 mm，錯邊量小于等于3 mm，大口圓度小于等于15 mm。用2 m的曲率樣板檢驗，任何部位的間隙小于等于2 mm。檢驗全部合格后，點焊背板固定焊縫。背板要選用與封頭材質相同的材料，點焊前預熱到150℃。至此溫帶板組裝完畢，接下來可以準備焊接。

焊接前預熱，用測溫槍檢查是否達到規定溫度。

焊接：溫帶板之間的焊接與筒體縱縫的焊接方法和順序相同，內外都采用手工立向上焊，先外部再內部。3片極帶板要先在工作臺上組對焊接好，再吊放到焊好的溫帶板上，同樣調整極帶板與溫帶板的間隙、錯邊量和圓度等幾何尺寸符合要求后就可以焊接了。焊后須消氫，并探傷檢查合格。

4.3 筒體與封頭合攏

將第1節、第21節筒節分別與上、下封頭組對焊接和檢驗，并按管口方位圖開孔焊接管。這樣上下封頭部件就制造好了。部件按圖5工藝進爐進行最終熱處理。

至此設備的7段已經全制造好了，剩下就是合攏6道環縫了。先從下至上順序臥式合攏，最后立式合攏上封頭組件。6道環縫采用局部熱處理，其工藝如圖6所示。

圖6 局部熱處理工藝

5 結束語

對于超大型設備制造，采用制造廠內分片壓型，現場焊接，既降低了制造難度又克服了運輸難題。同時我公司自行設計的筒體壓型及現場組對工裝，既能保證筒體組裝的尺寸精度，又能保證現場筒節組對時的安全。

這4臺費托合成反應器的順利交貨，既填補了我國超大型設備制造運輸的空白，也標志著我公司具備了制造超大型設備的能力，其技術達到了世界先進水平。

Construction of the Super-large ?9600 mm F-T Reactor

Liu Juan Li Xiuhui Li Yue Wang Dongmei

The construction of a super-large ?9600 mm F-T reactor is described,including the forming of the thick shell and head,as well as its pre-assembly and field assembly,followed by the introduction of the welding process and support tooling.

Reactor;Welding;Assembly;Head;Support tooling;Fischer-Tropsch synthesis

TQ 052.6

2015-01-04）

*劉娟，女，1977年生，工程師。大連市，116100。