蘆富倉

(青島蘭石重型機械設備有限公司，山東青島 266426)

連續(xù)重整反應器的制造和檢驗*

蘆富倉

(青島蘭石重型機械設備有限公司，山東青島 266426)

以某連續(xù)重整反應器制造為例，介紹了連續(xù)重整反應器的制造技術要點、無損檢測技術要求以及制造過程中應注意的問題，為制造連續(xù)重整反應器以及制造類似壓力容器產品的制造工藝和產品制造質量控制方面提供參考，為連續(xù)重整反應器國產化提供制造經驗。

連續(xù)重整反應器;材料;制造;檢驗

1 概述

重整反應器是煉油化工裝置中的核心設備，工作在高溫、臨氫環(huán)境下，對材料的氫腐蝕、氫脆、回火脆化和蠕變脆化等性能提出了很高的要求。所以殼體一般采用Cr－Mo鋼材料，內件大多采用不銹鋼。而連續(xù)重整反應器是采用美國UOP的專利技術通過不同規(guī)格的變徑段將4臺分置的重整反應器鏈接為一個整體，使4臺反應器即發(fā)生獨立的反應，又使催化劑通過催化劑輸送管在反應器內連續(xù)流動，而使其成為一個整體。由于催化劑特別的昂貴，對反應器內件精度制造要求很高，對設備制造工藝及質量的保證提出了很高的要求。筆者以1996年某廠制造的國內第一臺連續(xù)重整反應器為例，介紹其制造工藝及質量控制要點等內容。

(1)設備參數 直徑:Φ1950×26+Φ2000×26+ Φ2100×30+Φ2600×36，總長約40 m。材料:1.25Cr－0.5Mo－Si;介質:HC，H2;重量:106 519 kg。

(2)設備結構簡述 設備主體由筒體、上下橢圓封頭、內部中間平底封頭及3個大變徑段組成，變徑段上分布著12個馬鞍形接管法蘭及底部裙座組成;內件主要由催化劑輸送管、4個不銹鋼中心管、4個中心管支座及沿筒壁均勻分布的扇形筒構成。

2 關鍵零部件制造［1-3］

2.1 筒體、錐體和封頭

(1)筒體 該反應器由于要求非常嚴格，1 m長度范圍≤1 mm，總體直線度≤10 mm，圓度≤3 mm，縱縫錯變量≤2 mm，所以在筒體劃線和下料環(huán)節(jié)嚴格控制筒體下料尺寸，控制下料尺寸工差±3 mm;控制焊接變形，在筒體校園合格后，對筒體上下口加支撐圈撐園，保證圓度，以便于筒體上立車找正加工環(huán)縫坡口，保證環(huán)縫坡口端面與筒體中心線垂直。

(2)錐體 錐體的制造質量直接關系到反應器直線度能否得到保證，由于錐體采用分瓣瓦片制造，瓦片采用冷成型工藝，在油壓機上沿母線一點點壓制成型;為此首先對瓦片下料尺寸進行了嚴格控制:一是控制母線長度，二是控制對角線長度工差，三是控制錐體大小口弧長，并在瓦片成型后用樣板嚴格檢查曲率;在瓦片相互組對時，嚴格控制錯邊量，控制焊接變形;在校園時，用樣板檢查曲率，合格后加支撐圈撐園保證圓度，便于錐體上立車加工環(huán)縫坡口，在上立車加工前，控制錐體四條母線距平臺垂線的距離相等，且保證上下口端面垂直于錐體中心線。

(3)封頭成型及其熱處理 該設備上下封頭為橢圓形封頭，設備內部有3個中間平底封頭將反應器分割成四部分，成為4個獨立反應的設備。

連續(xù)重整反應器上、下封頭均為橢圓形封頭，設備內部有3個(平底)中間封頭如圖1所示，為了保證封頭的最小厚度，考慮到封頭沖壓減薄量、熱成形及正火加熱等高溫氧化的工藝減薄，封頭板實際用料厚度均比圖樣名義厚度增加了10%的余量。

橢圓形封頭和平底封頭都采用整體下料熱成型，熱成型后進行正火(加速冷卻)+回火處理，封頭熱處理時需帶母材試板;熱處理時主要需控制封頭冷卻速度，使其快速冷卻，確保封頭得到需要的力學性能、彎曲性能和抗回火脆化性。

圖1 中間平底封頭防變形簡圖

對中間平底封頭還必須控制其尺寸精度，一方面要保證封頭成型后最小厚度大于其名義厚度，所以考慮給封頭增加了工藝余量，另一方面在封頭成型時控制尺寸及形狀，封頭成型后熱處理時加支撐防止其發(fā)生變形，保證封頭成型后的尺寸精度和形狀;封頭檢查合格后，進行二次劃線，確定檢查線，在立車加工時以檢查線找平，保證加工后封頭底部內孔與封頭外圓面兩者同心。

(4)斜馬鞍形接管法蘭加工 斜馬鞍形法蘭加工采用自主研發(fā)的斜馬鞍加工裝置，在臥式車床上加工，機加工后用專用量具嚴格檢查幾何尺寸，最終尺寸符合裝配要求。

2.2 裝配尺寸控制

(1)中間封頭與加強環(huán)裝配尺寸控制 中間封頭與加強環(huán)放在平臺上組對，用角尺和平尺測量加強環(huán)上表面與平臺的距離保證同一高度后點焊固定，焊后再測一次尺寸，確定焊后未發(fā)生變形，然后轉立車加工。

(2)筒體與錐體組對、中間封頭與筒體組對尺寸控制 筒體與筒體組對時嚴格控制組對間隙和錯邊量，并保證筒體直線度，焊后再復測幾何尺寸;筒體與錐體組對時，保證筒體與錐體端面平行，錐體中心線與筒體中心線重合，同心度誤差不超過3 mm。

中間封頭與筒體組對時，先以筒體端面為基準，在筒體內表面劃出中間封頭位置線，在4條心線上點固定位板，在組裝中間封頭時保證將中間封頭定位，并且控制中間封頭與筒體之間的間隙，使中間封頭與筒體同心，將中間封頭點焊牢固后進行焊接。

2.3 內件加工尺寸控制

反應器內件尺寸尺寸精度控制的好壞直接關系到反應器的反應效率。內件主要有催化劑收集器、外支撐圈、中心管支座和催化劑輸送管。催化劑收集器和外支撐圈主要靠數控切割機進行加工，并在裝配時采用設計的專用工裝保證幾何尺寸。中心管支座由不銹鋼材料制作而成，主要是防止焊接變形，所以組裝后焊接時按照合理的焊接順序，采用小規(guī)范對稱焊的工藝，焊接過程嚴格檢查焊接規(guī)范和尺寸，保證變形控制在合理范圍內;中心管支座的機加工均在焊后進行加工，以保證法蘭密封面和內筒的垂直度;催化劑輸送管主要是在制作完成后，將輸送管內表面焊接接頭部位打磨光滑，以便催化劑可順利通過輸送管而不至于損壞催化劑。

3 焊接質量控制

連續(xù)重整反應器焊接控制主要是控制焊接變形，以保證設備極高的制造精度。防變形主要是控制錐體的焊接變形和內件的焊接變形。

3.1 錐體和筒體焊接變形控制

由于錐體焊后因設備所限無法進行校園，所以錐體縱縫焊接變形控制主要從以下幾個方面進行控制:①采用合理的坡口形式，內坡口為V形，外坡口為U形如圖2所示;②采合理的焊接方法和焊接順序;③給錐體加內支撐圈，焊后消除應力熱處理，防止焊接變形。

由于錐體和筒體均采用1.25Cr0.5MoSi材料，這種材料焊接的關鍵是焊前預熱和焊后立即消除應力熱處理，按焊接工藝要求，焊前預熱溫度為150～200℃，層間溫度不大于300℃。

圖2 錐體縱縫坡口及焊接順序簡圖

3.2 馬鞍形接管與錐體焊接控制

馬鞍形接管與錐體和筒體焊接主要是防止焊接過程中錐體和筒體的塌腰，為此在焊接前在每個接管位置增加環(huán)向支撐，增強筒體和錐體的剛性，并在焊后進行消除應力熱處理，從而保證了錐體和筒體的圓度。

3.3 中心管支座焊接控制

中心管支座是連續(xù)重整反應器制造精度要求很高的關鍵內件，采用不銹鋼材料制作，所以焊接變形控制主要采用:①制定合適的焊接工藝，操作時應該按工藝要求進行焊接;②選擇合理的焊接規(guī)范，小電流、快速、多道手工焊接，使層間溫度控制在50℃以下;③制定合理的焊接順序，如對稱焊。

4 熱處理控制

在連續(xù)重整反應器制造過程中，進行的熱處理主要有焊后消氫熱處理、零部件焊后中間消除應力熱處理、最終焊后熱處理封頭熱成型后恢復性能熱處理。

4.1 焊后消氫處理

對于Cr－Mo材料，為保證焊縫內部的氫完全溢出，在焊縫焊接完畢后，立即將其加熱到300℃左右并保溫3 h的消氫熱處理，以使焊縫內部的殘余氫完全溢出，避免氫的聚集而造成氫脆。

4.2 中間消除應力熱處理

由于冷卷筒體及錐體的縱縫以及接管與殼體相焊的焊縫應力較大，必需在焊后進行中間消除應力熱處理以消除焊接應力，進行中間消除應力熱處理主要考慮以下幾個方面:①零部件在中間熱處理時應控制裝爐溫度，使裝爐溫度保證在400℃以下，防止零部件變形;②升溫時控制升溫速度，以≤80℃/h的速度升溫;錐體及筒體消除應力熱處理溫度控制在680℃× 1.5 h，殼體與接管中間焊后熱處理溫度控制在610℃×1.0 h;③還應考慮筒體和錐體縱縫進行焊后中間消除應力熱處理，便于筒體和錐體下序進行冷校園。

(1)產品最終焊后熱處理 由于該設備總長近40 m，無法整體進爐，所以采用了分段進爐最終熱處理，由于該設備是將四臺反應器重疊在一起，所以在產品最終熱處理時，將第一、第二反應器組焊為一段，第三、第四反應器組焊為一段，分別進爐進行最終熱處理，最后將兩段組對焊接后，對環(huán)縫進行局部電加熱焊后熱處理。

在進行最終熱處理需要考慮防止設備的變形，所以應在設備熱處理前在設備內部加裝支撐，使設備上的大接管處于合適的位置，并且應合理布置設備支撐件(爐樁)，在設備內部加裝支撐的位置必需設置設備支撐件，以防設備的變形;合理布置熱電偶，確保設備壁溫達到工藝規(guī)范要求;使隨爐焊接試件放置于合適位置，確保焊接試件處理溫度符合工藝要求。

(2)產品最終熱處理溫度和保溫時間為:(680～700)℃×4 h，如表1所列。產品縱縫焊接試件力學和彎曲性能如表2所列。

表1 最終熱處理溫度及時間

表2 產品焊接試件力學及彎曲性能試驗數據

5 無損檢測［4-5］

5.1 縱縫及環(huán)縫的射線探傷檢測

該產品上所有的縱縫、環(huán)縫及裙座上的Cr－Mo鋼焊縫，在中間退火后，均按JB/T4730進行了100%的射線檢測，Ⅱ級合格。

5.2 縱縫與環(huán)縫及接管與殼體對接焊縫的超聲波探

傷檢測

設備殼體上的對接縱縫、對接環(huán)縫及接管與殼體對接焊縫在設備最終熱處理前和水壓試驗后，均按JB/T4730進行了100%的超聲波檢測，Ⅰ級合格。

5.3 焊縫表面無損檢測

(1)所有Cr－Mo鋼焊縫焊接坡口制成后，均按JB/T4730/T進行了磁粉探傷檢測，Ⅱ及合格。

(2)設備上所有的縱縫、環(huán)縫及裙座上的Cr－Mo鋼焊縫表面、接管與殼體對接焊縫表面在設備最終熱處理前后及水壓試驗后，均按 JB/T4730進行了100%的磁粉探傷檢測，Ⅱ級合格。

(3)預焊件與殼體相焊的角焊縫在設備最終熱處理前后及水壓試驗后，均按 JB/T4730進行了100%的磁粉探傷檢測，Ⅱ級合格。

(4)設備上臨時性附件去除后的表面，在設備最終熱處理前后及水壓試驗后，均按JB/T4730進行了100%的磁粉探傷檢測，Ⅱ級合格。

(5)熱成型的封頭經正火(加速冷卻)+回火處理后，進行了全面積的超聲波探傷檢查，按JB/T4730Ⅰ級驗收合格。

(6)設備上所有返修焊縫在返修后進行中間熱處理，熱處理后重新進行MT、UT和RT檢測，設備上焊縫最多返修次數為2次。

6 硬度檢測

設備在最終熱處理后，對承壓焊縫進行了硬度測定，圖樣要求硬度≤225 HB，經實測，主焊縫硬度為136～180 HB，主焊縫熱影響區(qū)硬度為133～183 HB，接管與殼體對接焊縫硬度為140～155 HB，熱影響區(qū)硬度為138～160 HB，符合圖樣要求。

7 液壓試驗

(1)壓力試驗用液體采用干凈清潔的水，做為試驗用介質;

(2)試驗時將兩個量程相同的經效驗合格的壓力表設置于最高位置，并在最高處設置排氣孔，充水時將反應器內的空氣排凈;

(3)試驗過程中應觀察反應器表面，尤其是焊縫表面和密封面位置，保證始終保持干燥;

(4)試驗時壓力緩慢上升，至3.72 MPa，保壓時間為60 min。對所有焊接接頭和連接部位檢查合格后，然后將壓力降至2.98 MPa，保壓10 min，再次對焊接接頭和連接部位進行檢查，合格后泄壓。

(5)液壓試驗完成后，將試壓用水排干凈，并用壓縮空氣將內部吹干。

8 結語

連續(xù)重整反應器的制造，主要取決于設計質量、制造工藝、制造過程質量控制等方面，還需開發(fā)新工藝來保證制造質量，從而使反應器的制造質量達到設計要求，保證反應器可靠運行。

(1)產品制造過程中，應嚴格檢查和控制零部件的制造質量，以保證產品總裝質量符合設計要求;

(2)產品焊接過程中，對焊前預熱、焊后消氫、中間消除應力熱處理及焊后熱處理應嚴格控制，并應嚴格執(zhí)行規(guī)定的焊接順序進行施焊;

(3)零部件及產品在中間熱處理及焊后熱處理時，應做好防變形措施，防止零部件及產品變形。

［1］ TSG R0004－2009，固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程［S］.

［2］ GB150.1～150.4－2011，壓力容器標準［S］.

［3］ NB/T47015－2011，壓力容器焊接規(guī)程［S］.

［4］ ASME Boiler＆Pressure Vessel Code，SectionⅧ，Rulers for Construction of Pressure Vessel Division 1［Z］.2010.

［5］ 丁伯明.鋼制壓力容器——設計、制造與檢驗［M］.上海:華東化工學院出版社，1992.

Manufacture and Inspection for CCR Reactor

LU Fu－cang
(Qingdao LS Heavy Machinery Equipment Co.，Ltd，Qingdao Shandong 266426，China)

Taking CCR reactor as example，manufacturing technical points，NDT technical requirements and problems in manufacturing process are introduced in this paper.The purpose is to provide manufacture experience for CCR reactor manufacturer in manufacturing process and quality control.

CCR reactor;material;manufacture;inspection

TM89

A

1007－4414(2013)05－0174－03

2013－10－08

蘆富倉(1963－)，男，甘肅蘭州人，工程師，主要從事產品制造及產品制造質量控制方面的工作。