鈦制脫碳四塔填料塔的制造及安裝

魏小紅，劉瑞君，王哲

（1.寶鈦裝備制造（寶雞）有限公司，陜西 寶雞 721014；2.天合東方（西安）安全氣囊氣體發生器有限公司，陜西 西安 710201；3.寶雞市質量技術檢驗檢測中心，陜西 寶雞 721000）

塔器是石化企業中特別重要的設備之一，隨著石化產業的快速發展和裝置設備的逐步大型化，高徑比大的塔器日漸增多，這就對塔體直線度提出更高的要求。本臺脫碳四塔屬于填料塔，塔內填充適當高度的填料，以增加兩種流體間的接觸表面，液體從塔體上部進入，沿填料表面下降。氣體則由塔體的下部通過填料空隙逆流而上，與液體密切接觸而相互作用。此類設備廣泛應用于氣體吸收、蒸餾、萃取等操作。塔器整體使用鈦合金，而鈦合金的焊接容易產生氣孔及接頭脆化等缺陷，因此合理選擇焊接工藝參數能保證焊接質量[1-3]。設備制造過程中，進行了焊接工藝評定、產品施焊、無損檢測、水壓試驗、酸洗鈍化、涂裝及包裝發貨。文中主要從制造工藝、技術難點及現場安裝等方面探討了脫碳四塔的質量控制措施。

1 設備結構特點及主要參數

脫碳四塔的主體材質為TA2，高度為50 m，直徑為1.8 m，高徑比大。采用TIG焊接，焊接材料符合NB/T47018，牌號為ERTA2ELI。其主要設計參數見表1，結構示意圖及實物圖如圖1及2所示。

2 焊接坡口設計

鑒于脫碳四塔設備殼體主要材質壁厚20 mm，設備整體采用TIG焊接方法，其坡口設計相對于該工藝本身的研究顯得尤為重要。不合理的坡口型式，容易造成焊縫夾渣、未焊透、未熔合、應力集中和變形等缺陷，還會增加焊接工藝編制的難度，甚至無法形成較好的焊接接頭。

圖1 脫碳四塔結構示意圖

采用雙Y型坡口，兩面施焊，受熱均勻，變形較小，焊絲消耗量較小，在板厚相同的情況下，雙Y形坡口比Y形坡口節省焊接材料1/2左右，而且脫碳四塔的筒體和封頭雙面焊接的可達性好。由于焊接過程中的接頭的橫向收縮影響，雙面施焊后坡口角度在焊接過程中及焊后有所減小，正面和背面Y型坡口角度大小相等，收縮減小基本一致，因此根據材料物理性能確定合適的坡口角度，以使焊接過程中焊縫寬度變化與工藝參數和焊槍寬度相匹配，從而保證焊接質量。

表1 設計參數

圖2 脫碳四塔實物圖

針對坡口設計與可能產生缺陷的關系考慮，主要針對鈍邊厚度B、根部間隙P、鈍邊的高度S、坡口角度β等參數進行正交優化試驗，尋找最佳匹配方式。并通過實際焊接最終確定坡口尺寸示意圖如圖3所示。

3 制造工藝

脫碳四塔設備的制造過程主要包括下料、刨邊、卷筒、組焊、校圓、無損檢測、劃線、開孔、內件組焊、外部預埋件施焊、水壓試驗、酸洗鈍化、除銹涂裝及包裝發貨、現場組對施焊、安裝等工藝流程。

3.1 筒體的組對和焊接

筒體總長度43.25 m，分21節卷制成型后施焊，然后再拼接組焊。由于環縫數量多，累積誤差大，直線度及橢圓度不易控制，故首先把所有筒體置于操作平臺上，在其距上下端各100 mm處劃定位圓周環線。組對時以定位環線為基準測量高度差，能到達到要求允差后，再施焊。其次，施焊過程中采用間斷對稱焊，減少熱輸入，進而減少焊接變形，從而保證直線度要求。最后，采用防變形工裝，在筒體內部設置米字型焊接支撐工裝，對筒節的橢圓度進行控制。

圖3 坡口尺寸示意圖

3.2 人孔與筒體的組對與焊接

整個設備共有人孔8個，均帶補強圈，人孔筒體為Φ530×18，開孔直徑大，且所有人孔均位于一個方位，焊接任務量大，合理的焊接節點圖能很好地控制變形，并且減少焊接材料的用量。人孔與筒體焊縫簡圖如圖4所示，可以看出，筒體的壁厚和補強圈上的坡口組成了雙Y型坡口。塔體內外變形量一致，且互相限制。焊接時采取雙面焊熱輸入小，線能量低，焊縫成形質量好。另外，焊接時在人孔內做背板，反向支撐，也可以很好地保證焊接質量的同時減小焊接變形。

焊接過程中，采用正交試驗，通過合理組合焊接電流、焊接電壓及焊接速度，保證焊接質量減小變形，得到合理的焊接工藝參數見表2。為了防止角變形及保證焊縫質量，1、2層打底焊采用小電流低電壓，小的焊接速度。TIG 焊打底背面焊縫成形外觀良好，可以保證填充焊的實施。7、8層蓋面焊，由于焊縫表面積大，填絲時需要采取S型環繞法，且保證焊絲的橫向橫擺幅度小于焊絲直徑的3倍，可以減少熱輸入，控制焊縫質量。蓋面層應減慢速度，形成外觀良好的魚鱗型焊縫。按照以上焊接參數施焊，TIG 焊時焊縫表面成形美觀，呈現出均勻波紋狀，從外觀上看無任何缺陷。經PT檢測，能達到Ⅰ級合格。

圖4 人孔與筒體焊縫簡圖

4 現場安裝施工方案

脫碳四塔分上、下塔體分別施焊運輸，在上、下端筒體內設置米字型支撐，防止運輸變形及橢圓度超差。在現場組對上、下段?，F場安裝包括裙座組件基準找正、裙座組件與下塔體組件組對、下塔體組件與上塔體組件組對、安裝塔外部件、安裝塔盤及塔內部件等。脫碳四塔設備運到現場后，應先將基礎找平。將裙座組件整體吊裝按圖方位安放到位，先將裙座下端找平后，定為塔整體找正基準，將下塔體組件吊裝，以裙座組件下封頭端口面為基準，按方位將下塔體與裙座組件進行組對并把上裙座螺栓。然后組對上下兩個塔體，校正合適后，采用環撐剛性固定方式，合理布局施焊順序，以減少焊接變形對塔體安裝精度的影響。

表2 人孔與筒體焊接工藝參數

5 結 論

1）采用雙Y型坡口能很好地減少變形量，與Y型坡口相比節省焊接材料1/2。

2）制造過程中對定位圓周環線的控制能保證直線度滿足要求。

3）采取合理的焊接工藝參數及人孔內部設置背板，能很好地減小焊接變形。

4）塔體分段處的筒體內部設置米字型支撐能保證橢圓度要求，降低現場安裝的難度。