循環氫壓縮機入口分液罐的制造

李玉杰 單鵬華 信中野

（中航黎明錦西化工機械(集團)有限責任公司)

0 前言

近些年來，隨著石化行業的發展，加氫設備及抗氫設備的需求越來越多。據不完全統計，2004年下半年到2005年上半年，國內在建和新建加氫裝置有45套。如中國石化集團新建海南800萬t／a煉油裝置、青島1000萬t／a煉油裝置，另外還有廣州石化1000萬t／a、 燕山石化1000萬t／a、 齊魯石化1000萬t／a的煉油改造項目等。實施這些項目，約需反應器和分離器140臺 （合40500 t）、換熱器200臺 （合8500 t）。這類設備制造難度大，工藝復雜。目前國內具有此類設備生產能力的機械廠屈指可數。

2005年，中航黎明錦西化工機械集團有限公司接到這樣的任務，為山東海化公司生產高壓分離器。該高壓分離器用于在壓力較高的工況下分離氣液兩相，故也稱分液罐。具體地說，該分液罐其作用就是將反應后的多余氫氣和生成油分離，除去大部分反應生成的水和原料帶的水，使氫氣得以循環使用，水蒸氣冷凝后得以脫除。由于工作壓力大，所以氣體在油中的溶解度也大。在油中溶解的這部分氣體中包含著硫化氫 （H2S）等腐蝕性成分，會對設備產生腐蝕，尤其是氫氣容易使材料產生氫脆。這些都給設備的選材和制造增加了難度。

1 設備的技術特性、結構和材料

1.1 設備的技術特性和結構特點

該分液罐的技術特性如表1所示，其結構如圖1所示。

該分液罐直徑為?2400 mm，壁厚為76 mm，筒體長為7880 mm；封頭為球封頭，規格為SR1215，封頭壁厚為52 mm，封頭最小厚度為46mm。殼體和接管為對接形式，這給組對和加工增加了很大的難度。裙座和封頭間的焊接采用墊板連接，且焊后去掉墊板，在裙座內部磨出R15圓角，這在以往的設備中是不多見的。

表1 分液罐性能參數

圖1 分液罐結構

1.2 材料及其特性

設備主體材料(筒體和封頭)為16MnR(HIC)，接管和法蘭鍛件為16Mn鍛件，密封墊為10Ⅰ。16MnR(HIC)為抗氫誘導裂紋型16MnR鋼板，HIC為抗氫誘導裂紋的意思，其化學成分如表2所示。

2 產品主要特點

（1） 該分液罐由于材料特殊，又是我公司首次制造，因此在確保產品質量的前提下，決定對所購的材料進行復檢。除了常規的機械性能試驗外，還進行了抗氫誘導裂紋試驗。

（2） 殼體壁厚較厚，所有與殼體相焊的焊縫及殼體之間的焊縫均要進行焊前預熱。

（3） 接管法蘭與殼體為對接結構。

表2 16MnR （HIC）鋼板的化學成分 （%）

（4） 設備全部組焊后，整體入爐進行消除應力熱處理。

3 主要部件制造工藝及檢測

3.1 材料的抗氫誘導裂紋試驗

鋼在濕的硫化氫環境下腐蝕所生成的氫被吸收后具有多種影響，這些影響取決于鋼的屬性、環境特性以及其他變量。在壓力容器中觀察到的負面影響之一是沿鋼材軋制方向裂紋的形成。一個平面上的裂紋易于與相鄰平面上的裂紋連接起來，從而形成沿厚度方向上的階式裂紋，這種裂紋國際上稱為氫致裂紋。裂紋可降低有效壁厚，直到壓力容器超載并破裂。因此，具有耐氫致裂紋性能是該壓力容器用鋼板的主要性能。

抗氫誘導裂紋試驗做法按NACE標準 TM 0284-2003執行。在此不再贅述。

3.2 筒體的制造

筒體分四節，筒體厚度為76 mm，筒體縱、環焊縫坡口形式見圖2。

下料：筒節分四節下料，其中有三節長度為1810 mm，另一節為2450 mm。下料時，每節軸向留20 mm環向坡口加工余量，周向按中徑展開，其尺寸包括+3 mm焊后收縮量+300 mm打頭量（含兩端）共8080 mm。同時號出76 mm×200 mm×1300 mm焊接試板一塊。為保證筒體直線度，下料時控制對角線之差小于2 mm。

打頭：在水壓機上打頭，用樣板進行檢查，保證尺寸符合要求。

氣割：打頭后二次劃線，按線氣割，氣割前預熱 150～200℃。

縱向接頭無損檢測：表面進行100%磁粉檢測，按JB 4730—1994Ⅰ級合格。

圖2 筒體縱、環焊縫坡口形式

滾圓：采用三輥卷板機卷圓筒節，筒節冷滾成形。

組對和焊接：按焊接工藝及熱處理工藝要求進行筒體縱焊縫的組對焊接，組對前測量坡口兩端內圓圓周長度，尺寸及偏差為75400+15mm。

矯圓：將圓度及筒體直徑控制在規定的范圍內。

檢查：矯圓后按如下要求進行檢查。

（a）筒體的內圓周長及公差為75400+15mm[2]；

（b）同一斷面的最大最小直徑差小于8 mm[1]；

（c）用弦長不小于600 mm的樣板檢查筒體的棱角度，棱角度應小于5 mm[1]。

無損檢測：按下列要求進行無損檢測。

（a）射線檢測：對筒體縱焊縫進行100%射線檢測，按JB 4730—1994Ⅱ級合格[3]；

（b）超聲檢測：對筒體縱焊縫進行100%超聲檢測，按JB 4730—1994Ⅰ級合格[3]；

（c）磁粉檢測：對筒體縱焊縫內外表面均進行100%磁粉檢測，按JB 4730—1994Ⅰ級合格[3]。

加工環向接頭坡口：采用立式車床加工環向接頭坡口。

無損檢測：環向接頭坡口表面進行100%磁粉檢測，按JB 4730—1994Ⅰ級合格。

鏜孔：采用鏜床加工筒節上所有接管與筒體之間的焊接坡口，加工不到處則采用修磨。加工后坡口表面進行100%磁粉檢測，按JB 4730—1994Ⅰ級合格。

3.3 封頭的制造

下料：封頭的厚度為52 mm，封頭的下料展開直徑為3553 mm，允許拼接，并帶一塊母材試板，規格為 300 mm×400 mm×52 mm。

氣割：按下料尺寸氣割封頭用料。

刨坡口：拼接坡口一次刨出，坡口形式按筒體縱縫坡口的形式加工。

磁粉檢測：拼接坡口表面進行100%磁粉檢測，按JB 4730—1994Ⅰ級合格[3]。

拼接：按焊接工藝進行板料拼接。

沖壓成形：封頭熱壓成形，控制終壓溫度為900℃以上。

射線檢測：對拼接焊縫進行100%射線檢測，按 JB 4730—1994Ⅱ級合格[3]。

超聲檢測：對封頭和焊縫均進行100%超聲檢測，按JB 4730—1994Ⅰ級合格[3]。

磁粉檢測：對拼接焊縫內外表面均進行100%磁粉檢測，按JB 4730—1994Ⅰ級合格[3]。

熱處理：按熱處理工藝進行正火處理 （熱處理前組焊工裝支承圈），試板隨封頭一起進行熱處理，然后將其中一塊試板進行模擬焊后熱處理。

檢查：對母材試板進行力學性能檢查，其性能應符合原材料的要求。

噴吵：對封頭內外表面進行噴砂處理。

測厚：測量成形后的最小厚度不小于46 mm。

劃線、齊邊、預開孔：將封頭端口切割平齊，同時對封頭接管預開孔 （留加工量）。

機加工：按圖紙要求加工封頭環焊縫坡口及開孔坡口。

磁粉檢測：加工后的坡口及開孔表面按JB 4730—1994Ⅰ級合格[3]。

尺寸檢查：按圖紙要求檢查封頭各部分尺寸。

4 整體組裝

（1）組對：組對筒體與封頭、筒體與筒體。調整筒體對口錯邊量符合要求后，用履帶加熱器預熱環焊縫并點焊，然后按焊接工藝進行焊接。

（2）射線檢測：對B類焊縫進行100%射線探傷，按JB 4730—1994Ⅱ級合格[3]。

（3）超聲波檢測：對B類焊縫進行100%超聲波探傷，按JB 4730—1994Ⅰ級合格[3]。

（4）磁粉檢測：對B類焊縫進行100%磁粉檢測，按JB 4730—1994Ⅰ級合格[3]。

（5）尺寸檢查：環焊縫對口錯邊量均勻，錯邊量小于3 mm；棱角度小于5 mm；設備的總體直線度小于5 mm[1]。

（6）焊接接管：組焊各接管，接管中心在圓周方向上的偏差應不大于±8 mm[2]。

（7）無損檢測：對筒體與接管焊縫進行100%射線檢測，按JB 4730—1994Ⅱ級合格；100%超聲波檢測，Ⅰ級合格；焊縫內外表面100%磁粉檢測，Ⅰ級合格[3]。

（8）組對裙座：將墊板點焊在裙座上部筒體上，然后焊裙座筒體內部與封頭連接焊縫，焊好后將墊板打磨掉，之后焊接裙座筒體上部與封頭連接焊縫，焊腳要保證90 mm高。裙座筒體內部焊縫用風銑子打磨出R15圓角。

（9）熱處理：按熱處理工藝對設備進行整體熱處理。

（10）水壓試驗：對設備進行10.8 MPa臥置水壓試驗，水溫不低于15℃，水壓試驗后立即清除積水，并采用壓縮空氣將水漬吹干[1]。

（11）無損檢測：對A、B類焊縫進行100%超聲波檢測，按JB 4730—1994Ⅰ級合格。A、B類焊縫內外表面，以及接管與筒體 （封頭）相焊C、D類焊縫內外表面，均進行100%磁粉檢測，Ⅰ級合格[3]。

5 結語

本文介紹了某石化公司循環氫壓縮機入口分液罐的制造過程和特點。按圖紙要求和技術協議，成功制造出高壓分液罐，其各項性能均達到預定要求。設備運抵現場后，運行良好，受到用戶好評。

[1] GB 150.1～150.4—2011壓力容器 [S].

[2] HG/T 20584—2011鋼制化工容器制造技術規定 [S].

[3] 國家質量技術監督局.TSG R0004—2009固定式壓力容器安全技術監察規程 [S].