大型超限PTA裝置筒體制造防變形設(shè)計(jì)

張正棠，孫寶財(cái)，白崇暉

工藝與裝備

大型超限PTA裝置筒體制造防變形設(shè)計(jì)

張正棠1，孫寶財(cái)1，白崇暉2

（1. 甘肅省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測研究院，甘肅 蘭州 730050； 2. 中國石化銷售股份有限公司甘肅石油分公司，甘肅 蘭州 730030）

以大型PTA裝置制造為例，介紹了大型化工PTA裝置筒體成型過程中的變形問題，分別分析了產(chǎn)生這些問題的原因以及應(yīng)對措施。針對筒體制造出現(xiàn)的變形問題，設(shè)計(jì)一種新型的防變形筒體卷制工裝，該工裝的應(yīng)用大大減小了筒體卷制中的變形，新型筒體卷制防變形工裝可根據(jù)設(shè)備直徑大小、長度進(jìn)行調(diào)試，并提出另一種錐體焊接組對防變形方法。新型工裝的設(shè)計(jì)提高了生產(chǎn)效率，滿足筒體卷制完畢后水平度的要求，從而保證了設(shè)備的制造質(zhì)量。

PTA； 筒體； 防變形； 工裝

為了提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)量，近幾年我國的塔器設(shè)備日益呈現(xiàn)出大型化、超限化、工藝流程復(fù)雜化等一系列非常規(guī)化。在石化廠中的大型塔器、高壓加氫裂化反應(yīng)器、儲油罐等為了提高產(chǎn)量、精度在設(shè)計(jì)方面較以往都有大的變化，不只是在外觀規(guī)格上超出了以往的規(guī)模，也在設(shè)計(jì)、工藝流程上加大了精細(xì)化、復(fù)雜化，使得產(chǎn)品的純凈度更加好，這對石油化工行業(yè)來說是非常好的趨勢。精對苯二甲酸也簡稱PTA，是化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中的重要原材料，它是經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)[1]，再經(jīng)過各種設(shè)備、方法處理后得到的產(chǎn)品，這一過程需要不斷精煉、提純方可得到所需產(chǎn)品。在PX氧化PTA的過程中，主要利用生活中常見的原料醋酸作溶劑，在整個(gè)反應(yīng)過程結(jié)束后需要對產(chǎn)品及廢品進(jìn)行回收，在回收過程中混有大量雜質(zhì)，這些含PX和MA的醋酸水溶液[2]還能進(jìn)行進(jìn)一步提純得到新產(chǎn)品。

經(jīng)過大量研究，PTA裝置工藝流程的發(fā)展越來越精細(xì)，在對苯二甲酸反應(yīng)系統(tǒng)中，主要用于反應(yīng)、分離等工藝中的醋酸分離器是PTA反應(yīng)中常用的大型裝置，它的加工過程也是非常的復(fù)雜，須要進(jìn)行好多步過程，例如混合攪拌、均勻溶解、精餾、提純等[3-4]。這個(gè)過程得到的產(chǎn)品也是多種多樣的，主要有各種醋酸酯[8]和醋酸酯的異構(gòu)體。PTA產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程是一個(gè)經(jīng)典的相變精餾提純過 程[9]，經(jīng)過大量的研究，傳統(tǒng)穩(wěn)定的PTA生產(chǎn)流程以及前期模擬生產(chǎn)流程工藝[10-12]都很完善而且應(yīng)用也較好，而這些流程在穩(wěn)態(tài)、非線性等參數(shù)設(shè)計(jì)中具有穩(wěn)定、均勻等特點(diǎn)[13-15]，偶爾也會出現(xiàn)某些特殊、意外的情況，這些因素都加大了工藝控制的難度。曾根保[16]等采用Aspen Dynamics方法研究對醋酸工藝在脫水過程中的動(dòng)態(tài)特性；韓愷[17]等利用前人程序進(jìn)行改進(jìn)并將改進(jìn)成果應(yīng)用到PTA生產(chǎn)工藝脫水裝置上；位倩倩[18]等對醋酸工藝流程尤其是脫水、精餾工藝中的回收塔中加裝溫度控制器來調(diào)整溫度進(jìn)而控制回流比；WANG[19]等也提出一種新的溫度控制方法，通過數(shù)值方法進(jìn)行求解對后續(xù)研究具有一定的借鑒意義。

以PTA裝置的生產(chǎn)為例，為了提高生產(chǎn)效率，使得PTA裝置不僅在外形尺寸上越來越大，而且在工藝流程上也越來越精細(xì)，從任何一方面來說都給我國的國民經(jīng)濟(jì)帶來了巨大效益，但是內(nèi)件的安裝需要的技術(shù)含量也很高，同時(shí)也對我國制造業(yè)的技術(shù)挑戰(zhàn)引進(jìn)了一個(gè)更高的層次，也將會提高工業(yè)生產(chǎn)率，必定是未來的一個(gè)大的趨勢。

某公司PTA裝置生產(chǎn)設(shè)備主體材料為碳鋼、復(fù)合板、不銹鋼，制造過程中的關(guān)鍵工序是超限筒節(jié)廠內(nèi)制造精度和運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場過程中防變形措施的控制。由于筒體是由鋼板在卷板機(jī)上分瓣卷制完成，從制造廠內(nèi)運(yùn)往現(xiàn)場進(jìn)行縱縫焊接，在這一系列工序中筒體已經(jīng)發(fā)生變形，輕者返修、重則報(bào)廢。現(xiàn)通過新型筒體、錐體防變形工裝來控制以上變形，對防止筒體變形起到了良好的效果，節(jié)約時(shí)間，節(jié)約成本。

1 新型筒體卷制工裝的設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型筒體卷制工裝設(shè)計(jì)的主要目的在于防止大型筒體在卷制過程中由于直徑較大、厚度較薄導(dǎo)致筒體塌陷。另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是長度可調(diào)式，可滿足不同規(guī)格的筒體卷制。其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由2塊壓弧鋼板作主要連接件，鋼板規(guī)格為1 200×150×50，鋼板兩端焊接兩個(gè)軸承，工裝端口用筋板加強(qiáng)固定，兩塊鋼板的規(guī)格為1 200×150×40，兩塊鋼板用2根鋼管連接，鋼管的規(guī)格為Φ100×10，鋼管中間穿一根Φ90×10的鋼管，根據(jù)卷制筒體的寬度可調(diào)節(jié)2塊鋼板的間距。對于本次PTA裝置生產(chǎn)來說，超限設(shè)備很多基本都是超限筒體，通過分瓣卷制工序繁多，還多一道縱縫，此工裝將解決了這個(gè)問題，并且效果很好。

1.2 工作原理介紹

使用時(shí)首先將要卷制的板料放入卷板機(jī)中，待整塊板卷制到1/2的時(shí)候利用天車將工裝兩端吊鉤吊起，使得工裝放入正在卷制的筒體中，并起升天車將工裝鋼板上的兩端軸承與卷制筒體內(nèi)壁緊密貼合，防止筒體塌陷。該工裝適用于直徑4 500 mm以上的大型超限薄壁筒體卷制以及直徑4 500 mm以下的超薄壁筒體卷制。

2 錐體組對焊接防變形方法設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)介紹

該防變形工裝對于小直徑錐體是利用2塊比錐體板厚的鋼板按照距錐體外徑上、下口150 mm位置數(shù)控氣割寬度200 mm的鋼板；另外沿焊縫利用拉筋板將錐體縱縫焊接。對于大直徑錐體從內(nèi)部打支撐，外部按照小椎體辦法在錐體上下端部加支撐，在內(nèi)部中間部位加鋼板支撐，在防變形板之間焊接拉筋板防止焊接變形，如圖2所示。

圖2 錐形筒體防變形

2.2 工作原理介紹

錐體卷制或油壓機(jī)壓制成型后，按照精度要求組對好后點(diǎn)焊工裝，把工裝焊接，從內(nèi)部焊接錐體縱縫。

根據(jù)現(xiàn)場以上出現(xiàn)的問題，針對超大大直徑容器采用筒體分瓣卷制，卷完后將分瓣卷制的筒節(jié)放置在專用工裝中，并在筒節(jié)端口加防變形支撐，如圖3所示。

圖3 筒體分瓣卷制和打支撐

在對超限設(shè)備焊縫焊接中，采取縱、環(huán)縫立焊，避免上述變形，立焊的關(guān)鍵要控制好對口錯(cuò)邊量，一旦縱縫控制不好成型后進(jìn)行環(huán)縫組對時(shí)，對口錯(cuò)邊量將非常大，無法進(jìn)行組焊，經(jīng)過試驗(yàn)后將對口錯(cuò)邊量控制好，筒體組對效果很明顯，及時(shí)完成了產(chǎn)品的生產(chǎn)，取得了很好的效果，得到了用戶的一致好評。圖4為縱縫立焊、筒體環(huán)縫立式組對。

圖4 縱縫立焊、筒體環(huán)縫立式組對

對于整體卷制的筒體卷板完成后，校圓合格以后，立即端口打米字型支撐，將各筒節(jié)吊放在滾輪架上，塔段筒節(jié)進(jìn)行對接，測量塔體筒體的直線度，直線度合格以后，采用8塊拉筋板均布焊在組對環(huán)縫上并焊牢，之后再測直線度，直線度合格后方可焊接組對環(huán)縫。

裝焊接管時(shí)，變形小的進(jìn)行矯正，重新組裝。如果坍塌、內(nèi)陷比較嚴(yán)重，直接導(dǎo)致該節(jié)筒體報(bào)廢，所以對于人孔和大接管集中在同一方位上進(jìn)行安裝時(shí)，采用“反變形”方法或者在接管焊接位置邊緣200 mm處筒體內(nèi)部打支撐的措施來預(yù)防焊接過程中或焊后造成的變形以及直線度偏差過大。

另外，在筒節(jié)端口比較臨近的位置裝有人孔或者大接管時(shí)，可以先在筒體上將孔開好，廠內(nèi)不進(jìn)行焊接，待現(xiàn)場環(huán)縫組裝完成后在進(jìn)行人孔和大接管的焊接。對此類問題我公司采取接管公稱直徑大于350 mm的接管在開孔位置距離接管邊緣200 mm處裝防變形支撐，防變形支撐有一字型、十字形、米字型，具體情況，具體分析，如圖5所示。

圖5 接管開孔處兩邊打支撐

3 結(jié)束語

隨著化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的日益精細(xì)化、大型化，設(shè)備規(guī)格也發(fā)生著巨大變化，設(shè)備大型超限化是未來的必然趨勢，大型筒體卷制精度控制問題一直以來都是比較困難的事情，但是只要在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、制造和安裝過程中嚴(yán)格把關(guān)、加強(qiáng)管理、增強(qiáng)責(zé)任心、嚴(yán)格使用防變形工裝，就能解決這一問題。

筒體是設(shè)備主體重要部件，成型后的精度是否復(fù)合設(shè)計(jì)要求是保證設(shè)備生產(chǎn)制造完畢能否安全運(yùn)行的前提，本文就大型PTA裝置筒體卷制過程中出現(xiàn)的問題，結(jié)合多年生產(chǎn)制造經(jīng)驗(yàn)，提出了防變形工裝，保證其成型精度。

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Design of Anti-deformation of Large PTA Device Cylinder

1,1,2

（1. Gansu Special Equipment Inspection and Testing Institute, Lanzhou Gansu 730050, China;2. Gansu Petroleum Branch of Sinopec Sales Co., Ltd., Lanzhou Gansu 730030, China）

The problem of deformation in the forming process of the large chemical PTA device was introduced, and the reasons for these problems and the countermeasures were analyzed. And a new type of the cylinder body coiling anti-deformation tooling was putforward to solve the above problem.The application of this tooling greatly reduces the deformation of the cylinder body coiling. The new type of cylinder body coiling anti-deformation tooling can be debugged according to the diameter and length of the equipment, and another method of anti-deformation of the cone welding assembly was proposed. The design of the new type of tooling improves production efficiency, satisfies the requirement of water level after the cylinder body rolling, thus ensuring the manufacturing quality of the equipment.

PTA; Cylinder; Prevent deformation; tooling

甘肅省市場監(jiān)督管理局科技項(xiàng)目 （項(xiàng)目編號：GZJ2017012、GZJ2017013）。

2020-07-30

張正棠（1989-），男，甘肅省蘭州市人，工程師，碩士， 2016年畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)化工過程機(jī)械專業(yè)，研究方向：壓力管道、壓力容器制造、檢驗(yàn)檢測，非金屬管道研究。

孫寶財(cái)（1981-），男，高級工程師，博士，研究方向：壓力容器、壓力管道檢驗(yàn)檢測，非金屬管道研究。

TQ050.6

A

1004-0935（2021）01-0060-04