丙烯腈反應器現場組焊及內件安裝工藝

陳杰 周祥光

摘 要：丙烯腈反應器殼體采用“廠內分片加工成型，現場分片成筒節，分節成段，基礎上分段吊裝組焊，整體熱處理”的組焊工藝，核心內件采用“廠內加工成成品或半成品，預組裝標識，現場組裝”的安裝工藝，高度總結了大型設備現場制作安裝的成套技術及經驗。

關鍵詞：丙烯腈反應器;現場組焊;整體熱處理;內件安裝

0 引言

石油化工裝置漸趨于大型、集約、復雜化，鑒于運輸、起重限制，大型設備不得不分片或分段運輸至施工現場進行組裝和焊接，但是施工現場的作業條件遠不如工廠，因此對于工藝技術核心、結構集約復雜的反應器等大型設備，如何保證進度且高質量的完成現場組焊制作和安裝成為項目中重要且困難的事項。

13萬t/a生產規模的丙烯腈裝置，反應器直徑9.5m，高30m，是技術條件要求高和結構復雜的典型現場組焊設備，而且是需要焊后整體消除應力熱處理的大型設備。現以丙烯腈立式流化床反應器的現場組焊及內件安裝工藝為實例，以點帶面，形成成套技術和經驗，從而為類似的大型容器設備現場制作安裝借鑒之用。

1 反應器結構和設計參數概況

丙烯腈反應器主體材料15CrMoR，壁厚δ24/34mm，介質易爆且高度危害，A、B類焊縫100%RT-II檢測，100%MT-I檢測，水壓試驗0.44MPa，氣密試驗0.25MPa，容積1650m3，凈重524t。核心內件有空氣分布板、丙烯氨分布器、4組冷卻水管、18組二級旋風分離器等，結構見圖1。

2 施工準備

預制區依據反應器分段數和制作流程設置場地，并合理安排工位組、吊車走位和運輸通道。組焊平臺應做好防風雨措施;吊車走道區域按要求做好地面處理，達到相應地耐力要求;工裝夾具（包括鞋型卡、凹形板、圓孔方塊、插銷（圓銷和扁銷）和剛性弧度板）提前預制備用。

3 現場組焊

3.1 焊接工藝準備

設備組焊工藝涉及的焊接工藝評定、焊工、焊接環境、焊接材料、坡口角度和組對間隙等操作規定應符合NB/T47014、NB/T47015、SH/T3524等有關規定要求。

3.2 球形上封頭組焊

球形上封頭直徑過大無法進行整體成型，故采用12片瓜瓣+頂蓋結構成型。廠內將瓜瓣、頂蓋預制成型后，進行凈尺寸修正并加工好坡口，按排版圖進行整體預組裝（關鍵），檢查合格后編號發往現場。現場采用剛性水平平臺進行整體一次組裝，在“丁”字焊口處加防變形支撐，先進行外側赤道焊縫對稱焊接，再焊頂蓋板與赤道板之間環向縱縫，然后再進行劃線、開孔、安裝頂部大接管，將大接管與封頭外側焊縫焊接完成后，進行上封頭整體翻身，進行內側焊接，再進行集氣室安裝焊接。幾何尺寸和組裝質量檢查執行GB/T12337和SH/T3524要求，見表1。

3.3 下錐體組焊

下錐體分為上、中、下三段，分別為16片，10片，2片瓜瓣，下錐體與上球形封頭組焊相似。錐體“丁”字口焊縫容易形成缺陷聚集，縱縫焊接時引熄弧應在環縫坡口內進行，且左右交替，引熄弧部分在環縫焊接前碳刨打磨清除。

3.4 筒體分段組裝焊接

筒節預制需考慮封頭和錐體端口實際成型周長，在剛性平臺上劃出筒節組裝基準圓→在基準圓內側每隔1m～1.5m設置1塊定位板→根據排版圖將同一圈板片按順序逐片吊到基準圓處，用工卡具組對→定位焊→焊接并檢驗。筒節在分片組裝好后焊接前，根據棱角度情況設置焊接防變形支撐，在焊接過程中控制焊接線能量大小防止棱角度超標變形，并在焊后利用棱角度校正器進行適當校正，保證好整個筒節焊后成型質量，見表2。

筒節、封頭、錐體預制組焊經檢驗合格后，按排版圖劃出0°、90°、180°、270°四條方位線，用于筒節組對時上下節找正直線度和段垂直度。方位線宜采用等腰三角形原理劃線，吊線墜易受環境風向影響。

筒節組焊成段體時，在下筒節的上口內側或外側每隔1m左右設置一塊定位板，將上筒節吊裝就位，在對口處每隔1m左右放置一間隙片，間隙片的厚度按對口間隙確定。再用相對應的方位線調節直線度，用調節絲杠調節對口間隙。最后用卡子、銷子調整對口錯邊量，應沿圓周均勻分布，符合要求后進行定位焊，見表3。

分段吊裝組焊前，需在基礎驗收復測合格后，進行反應器裙座（第一段）吊裝就位，調整上端口水平度，為保證整體垂直度要求，每一段組對都須嚴格控制垂直度偏差，見表4。

人孔、短管等附件開孔前應根據圖紙標定的方位、標高、尺寸進行復查，確認無誤后方可開孔、組對、焊接，形位偏差應該符合SH/T3524第10.2節內容要求。

4 無損檢測

焊縫外觀檢查合格后，應按設計圖樣規定的探傷方法和探傷比例進行無損檢測合格，焊縫無損檢測必須執行無損檢測作業規程，執行NB/T47013標準。

5 熱處理要求

丙烯腈反應器材料為15CrMoR，具有淬硬性，且易產生延遲裂紋。根據丙烯腈組焊順序，熱處理共分5項內容：

①15CrMoR焊縫的預熱及后熱消氫;

②裙座15CrMoR焊縫的局部熱處理;

③殼體的焊后整體消應力熱處理（見表5）;

④冷卻水管引出管焊接接頭局部熱處理;

⑤筒體與上封頭環縫的局部熱處理。基礎上進行整體熱處理時，采用“燃氣法”及2臺燃燒器分層供熱，將反應器整體保溫，作為一個密閉爐膛，通過液化氣燃燒放熱，經熱傳導、對流及輻射實現設備整體加熱的熱處理目的。采用12套熱處理智能測溫控溫裝置，計算機自動監測及控制。熱處理完成后，做硬度檢測。

6 內件安裝

丙烯腈反應器內件從上至下主要有內集氣室、旋風分離器、頂/中/底梁、冷卻水管、丙烯氨分布器、空氣分布板六大部分。利用廠內優勢，最大限度廠內預制成“最大”組合件，并完成檢驗檢測，編號運至現場。內件組合件中除去內集氣室和旋風分離器吊架在預制場區預先裝入上封頭內部，其余部件均待設備整體熱處理后卸下上封頭，再從下至上按空氣分布板→丙烯氨分布器→底/中/頂梁→冷卻水管→旋風分離器依次吊裝入筒體內，由內而外組裝各組件。

7 試驗、交工驗收

按設計圖樣及標準規范要求進行水壓、氣密試驗和基礎沉降觀測，并做好過程觀測記錄。耐壓、氣密試驗合格后，必須對容器的直線度、橢圓度、安裝垂直度、幾何尺寸等進行最終檢查復驗，內部清掃封閉，外部除銹防腐保溫。

8 結論

丙烯腈反應器殼體采用“廠內分片加工成型，現場分片成筒節，分節成段，基礎上分段吊裝組焊，整體熱處理”組焊工藝。核心內件采用“廠內加工成成品或半成品，預組裝標識，現場組裝”安裝工藝。依托廠內制造優良條件，最大限度預制成型，減少現場工作量，現場科學管理，嚴格執行焊接組裝工藝、檢驗檢測和吊裝安全，高度總結了大型設備現場制作安裝的成套技術及經驗。

參考文獻：

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[4] GB/T150.4-2011.壓力容器 第4部分：制造、檢驗和驗收[S].北京：國家質量監督檢驗檢疫總局，2011.

[5]李世玉.工程師培訓教程——容器建造技術[M].北京：新華出版社，2020.

作者簡介：

陳杰（1987- ），男，工程師，畢業于中國石油大學（華東）過程裝備與控制工程專業，長期從事壓力容器設計工作。