超大型薄壁壓力容器(BYD反應器)制造技術

高亞萍張 凱 湯傳梅 鄭紅果

(蘭州蘭石重型裝備股份有限公司)

隨著能源裝置的規模化發展，化工設備大型化趨勢越來越凸顯。受運輸條件限制，容器需由制造廠內和現場組裝相結合完成制造工作。結合現場加工設備和環境的情況，本著優質、高效的原則，合理劃分工作界面，利用開發的工裝，采用成熟的制造和組裝工藝，有效保證產品質量達到設計要求，是解決超大型容器的現場制造技術的關鍵。

1 項目介紹

1,4-丁二醇項目中的BDO裝置已由幾年前的年產3萬t級發展到目前國內最大年產20萬t級的水平。某項目中的BYD反應器是目前國產化最大規格的BYD反應器(圖1)。設備規格DN6100mm×(46+3)mm×13196mm，設計壓力1.725MPa(FV)，設計溫度-16.4～150℃，設備凈重196.3t。主殼體材料為Q345R+S31603復合鋼板。設備為立置容器，殼體內置底部環管、中部盤管、過濾器及物料攪拌裝置等。該設備殼體直徑大，筒體壁薄，內部結構復雜，制造精度要求高，但受運輸限制不能在廠內整體制造，殼體需分片發貨到現場進行焊接組裝，增加了設備的制造難度。

圖1 BYD反應器結構簡圖

2 裝備制造

2.1封頭成型和組焊

BYD反應器設備封頭為標準橢圓形封頭，公稱直徑6 100mm，上、下封頭共計62個開孔，其中上、下封頭上26對過濾器接管的同心度要求不大于5mm，且開孔法蘭端面與軸心線的垂直度要求不超過0.5mm，封頭采用先拼焊后整體成型方式制造[1]。

首先根據板寬將封頭分3瓣下料，考慮工藝減薄量和成型時表面的拉伸量，通過放樣計算確定坯料厚度和直徑尺寸，避開接管開孔確定分瓣位置(圖2)。

圖2 接管開孔和分瓣位置

封頭板拼焊后整體熱沖壓成型，壓制時坯料應與模具同心；成型后封頭進行恢復性能的正火熱處理，焊接接頭進行100%RT+MT/PT無損檢測。

根據設備開孔方位開制封頭上接管孔，接管孔應避開拼接接頭[2]。封頭端口和中間開孔立車加工坡口，其余側孔在數控落地鏜銑床上一次加工成型，嚴格控制封頭方位，并做好標記。制作裝焊模板兩件，方位標記一致；分別用于兩個封頭上26個過濾器接管的組焊和熱處理；焊接時還應加裝內壁防變形工裝，嚴格控制變形量[3]。

封頭上接管全部組焊完畢后整體進爐熱處理[4]，熱處理時要帶全部支撐和工裝，并且應注意裝爐方位。封頭整體熱處理后對過濾器接管、攪拌器接管法蘭密封面和內徑在數控落地鏜銑床上進行二次精加工，封頭在立車上加工端面坡口，以控制法蘭端面與軸心線的垂直度(≤0.5mm)，下封頭中心攪拌口接管與設備軸線的同心度公差小于1mm，保證加工精度達到設計要求。

2.2筒體成型和組焊

反應器筒體展開長度19 300mm，筒體分3瓣下料和成型，運輸至現場后組焊縱、環焊接接頭。筒體展開長度計算公式為：

L=π(Di+δ)-ΔL

式中Di——筒體內徑；

δ——筒體壁厚；

ΔL——成型過程中的伸長量(經驗值)。

筒體板在卷板機上壓頭、卷制一次成型，制作專用發貨支座固定筒節瓣片(圖3)，避免運輸造成二次變形。

圖3 專用發貨支座固定筒節瓣片

為控制筒節不圓度，筒節縱向焊接接頭采用立置組裝，加裝組焊固定工裝采用對稱、立焊焊接，這樣可有效防止焊接變形，焊后筒節不需重新校圓。筒體環向焊接接頭采用傳統的臥置組焊。筒體上接管法蘭和附件全部組焊完成后整體進行焊后熱處理。

筒體吊裝前在端口加裝剛性支撐，采用井字形，起吊位置應使工件受力均衡，防止起吊過程中局部受力不均造成變形和損傷。

2.3盤管制造

設備內部冷卻盤管采用鎳基合金SB-728(N08020)無縫鋼管煨制，無縫管規格為φ114.3mm×3.05mm。由于管壁較薄，剛性較差，材料回彈性較大，煨彎時易造成壓扁。通過工藝評定試驗論證，采用專用模具在卷板機上進行盤管的煨彎，達到了預期效果。

2.4總裝

按方位標記固定筒體與上下封頭的位置，然后將環管及盤管等大型內件組焊好，并進行盤管水壓試驗，合格后再組焊上封頭與筒節的環向焊接接頭。組裝下封頭時，同時在上、下封頭對應的過濾器接管內穿入定位桿和支撐盤工裝以固定上、下封頭，保持其方位一致，控制封頭上26個過濾器接管的同心度不大于5mm；然后施焊筒體與下封頭環向焊接接頭。

為防止焊后熱處理變形，筒體與上、下封頭環向焊接接頭均采用局部電加熱進行最終消除應力熱處理。

組焊完畢后，殼體焊接接頭內表面和內部所有焊接接頭用千葉輪打磨拋光至Ra6.3。全面檢查反應器尺寸、精度和公差符合圖樣要求。檢查結果見表1。

表1 反應器檢查結果 mm

2.5耐壓試驗

由于設備容積較大，對設備進行立置氣壓試驗[5]，試壓介質為潔凈空氣，試驗壓力1.985MPa，合格。

3 結束語

通過深入分析設計圖紙，根據設備結構特點和重點要求，制定合理的制造工藝方案，對零部件的加工、成型采取合理的工藝措施，制作專用模具工裝，保證現場制造的順利實施，使設備能保質、按時順利交付使用。

[1] GB 150.4-2011，壓力容器第四部分：制造、檢驗和驗收[S].北京：中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2011.

[2] 王牛.復合板塔器焊縫裂紋的返修[J].壓力容器，2012，29(10)：71～74.

[3] 都躍良.大型薄壁多開孔不銹鋼氧化塔的制造[J].壓力容器，2002,19(12)：32～35.

[4] 冀戰偉.熱壁加氫反應器的制造和檢驗[J].石油化工設備，2012，41(5)：53～56.

[5] TSG R0004-2009，固定式壓力容器安全技術監察規程[S].北京：中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2009.