張茹雅 翟得旺 武艷芳 王家祥

（大連金州重型機(jī)器有限公司)

二氧化碳閃蒸塔的制造及檢驗(yàn)

張茹雅*翟得旺 武艷芳 王家祥

（大連金州重型機(jī)器有限公司)

介紹了二氧化碳閃蒸塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并對(duì)筒體、大直徑彎頭的制造工藝以及設(shè)備的水壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)進(jìn)行了重點(diǎn)論述。

多腔容器 變形 薄壁 水壓試驗(yàn) 氣密性試驗(yàn) 閃蒸塔

0 前言

二氧化碳閃蒸塔是某公司16萬(wàn)t/a煤基合成油示范工程低溫甲醇洗項(xiàng)目中的一臺(tái)重要設(shè)備。該設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是直徑大、高度高、筒壁薄，且分為四個(gè)獨(dú)立腔體。其制造難度大，質(zhì)量要求高。為此，特別編制了二氧化碳閃蒸塔組裝方案及質(zhì)量控制措施，制作了一些專用工裝，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)院提供的施工圖紙和產(chǎn)品技術(shù)協(xié)議進(jìn)行制造，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

本文介紹了二氧化碳閃蒸塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并對(duì)筒體、大直徑彎頭的制造工藝以及設(shè)備的水壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)進(jìn)行了重點(diǎn)論述。

1 二氧化碳閃蒸塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要技術(shù)參數(shù)

設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。如圖1所示，該塔內(nèi)徑為3000 mm，分為4個(gè)獨(dú)立的腔體，Ⅰ腔筒體壁厚為36 mm，Ⅱ腔、Ⅲ腔和Ⅳ腔的壁厚均為16 mm，總高約為41 740 mm。主要受壓元件材料為09MnNiDR。整塔總質(zhì)量約為106 t，充水后總質(zhì)量為 344 t（均不包括填料質(zhì)量）。受熱處理爐尺寸和運(yùn)輸條件等的限制，該塔分為兩段進(jìn)行制造和運(yùn)輸。上段總長(zhǎng)為 19 895 mm，總質(zhì)量約為53.93 t；第二段總長(zhǎng)為 21 845 mm，總質(zhì)量約為52.45 t。在用戶現(xiàn)場(chǎng)完成設(shè)備的最終合攏縫的組對(duì)焊接、無(wú)損檢測(cè)、熱處理、設(shè)備的水壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)等工序。

2 制造難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)

2.1 筒體的制造

由于該塔直徑大、筒壁薄、剛度相對(duì)不足、自重產(chǎn)生的變形較大和筒體圓度偏差太大，所以必須嚴(yán)格控制筒體的變形?？刂仆搀w的變形，每一個(gè)工序都有相應(yīng)的控制措施。下料尺寸為按筒體中徑展開(kāi)再加上一定量的焊縫收縮量，對(duì)角線之差不大于2 mm。板材切割采用氣割，按劃好的線氣割并注意消除切口熔渣。筒體的縱向和環(huán)向焊接接頭坡口采用機(jī)加工，在刨邊機(jī)上直接刨出。為保證其精確度，刨邊時(shí)另一邊用壓板壓緊，采用小吃刀量，這樣可使加工的坡口尺寸均勻，偏差較小。筒體卷圓時(shí)先在油壓機(jī)上預(yù)彎，然后在卷板機(jī)上滾圓。筒體滾制過(guò)程中用吊車輔助吊裝，以減少自重的影響，有效地控制變形?？v焊縫對(duì)口錯(cuò)邊量≤3 mm，難度很大。考慮到滾制時(shí)的反彈量，滾制過(guò)程中采用多次小壓力加壓，同時(shí)用樣板測(cè)量曲率。經(jīng)過(guò)多次壓制，達(dá)到了要求。筒體縱焊縫焊接后應(yīng)進(jìn)行校圓，縱焊縫加強(qiáng)高應(yīng)打磨平滑，并用圓弧樣板檢查筒體圓度，間隙≤2 mm。對(duì)于筒體圓度超差的部位，可使用內(nèi)撐胎在內(nèi)部撐圓。內(nèi)撐胎上的調(diào)節(jié)螺桿可調(diào)整內(nèi)撐胎的局部尺寸大小，達(dá)到調(diào)節(jié)筒體圓度的目的。

筒節(jié)組對(duì)采用臥置組對(duì)。組對(duì)時(shí)應(yīng)采用外卡箍卡圓，可有效地控制筒體焊接變形。外卡箍簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。外卡箍又像一個(gè)加強(qiáng)圈，起到了增強(qiáng)筒體剛性的作用。外卡箍與環(huán)縫距離不能太遠(yuǎn)，位置應(yīng)合適（根據(jù)筒體直徑大小不同）。太大了卡圓及加強(qiáng)作用減小，太小了焊機(jī)等所需的空間不夠。

表1 二氧化碳閃蒸塔主要技術(shù)參數(shù)

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

圖2 外卡箍

塔體在分段熱處理以及運(yùn)輸過(guò)程中，筒體分段處的敞口端采用槽鋼制成的米字形工裝支撐，以防止其變形。該工裝要到安裝現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)合攏縫焊接時(shí)才拆除。

2.2 大直徑彎頭的制造

該塔上有多個(gè)大直徑彎頭， 材料是09MnNiDR。彎頭直徑大，材料特殊，外購(gòu)成品不方便，成本很大。綜合考慮，改為自制。由于彎頭的彎曲中徑R≤D，不能用管子直接彎制，因此用板材分兩邊壓制成形后拼接制成，見(jiàn)圖3。圖4是半邊展開(kāi)圖。

彎頭的半邊展開(kāi)計(jì)算公式為：

圖3 彎頭中徑R≤D

圖4 半邊展開(kāi)圖

式中，1.7為沖壓成形時(shí)的偏移系數(shù)（實(shí)測(cè)確定）。

式中，S余為修整余量，一般S余=（2～2.5）δ，且不小于15 mm。

下料時(shí)應(yīng)先按半邊展開(kāi)圖作好樣板，按樣板下料。板材切割采用氣割，油壓壓形，壓半邊彎頭，借用彎頭壓模工裝。彎頭壓形后應(yīng)整體進(jìn)爐進(jìn)行熱處理,200 mm×300 mm母材試板隨爐熱處理。兩個(gè)半邊彎頭壓好后先打磨縱縫坡口，然后組對(duì)焊接成形。彎頭的端部坡口可由機(jī)床加工制成。該設(shè)備的幾個(gè)大彎頭，嚴(yán)格按圖紙尺寸及工藝要求制作，質(zhì)量非常好。

2.3 設(shè)備整體預(yù)組裝

兩段塔體分別制造檢驗(yàn)合格后，在制造廠內(nèi)按JB/T 4710—2005的規(guī)定進(jìn)行無(wú)間隙預(yù)組裝。對(duì)分段口處的環(huán)向焊接接頭對(duì)口錯(cuò)邊量、分段口處的圓度、平面度以及塔體的總體直線度進(jìn)行調(diào)整，以保證在用戶現(xiàn)場(chǎng)的組對(duì)工序順利進(jìn)行。

預(yù)組裝檢驗(yàn)合格后，在筒體分段坡口表面及其內(nèi)外邊緣100 mm的范圍內(nèi)涂可焊性防銹涂料。將每段塔體分段處外表面0°、90°、180°、270°四條心線用防雨漆作明顯標(biāo)記，并點(diǎn)焊現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)定位工藝板，便于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整組對(duì)。

3 現(xiàn)場(chǎng)水壓試驗(yàn)

該塔采用現(xiàn)場(chǎng)臥式水壓試驗(yàn)。試驗(yàn)壓力詳見(jiàn)表1。設(shè)備容積為238.4 m3，充水后設(shè)備最大質(zhì)量約為344 t（不含填料質(zhì)量）。該塔具有4個(gè)獨(dú)立的腔體，水壓試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)考慮兩相鄰腔體之間的壓力差，不應(yīng)對(duì)相鄰封頭構(gòu)成影響，因此其水壓試驗(yàn)不能單個(gè)腔體獨(dú)立完成，而是4個(gè)腔體同時(shí)進(jìn)行。具體過(guò)程如下所述。

3.1 水壓試驗(yàn)的基本要求

水壓試驗(yàn)介質(zhì)為潔凈水，溫度不低于5℃。壓力試驗(yàn)時(shí)必須采用8個(gè)量程相同的并經(jīng)過(guò)定期校驗(yàn)合格的壓力表。壓力表的量程為試驗(yàn)壓力的2倍左右，但不應(yīng)低于1.5倍和高于3倍的試驗(yàn)壓力。壓力表的精度不低于1.6級(jí)；表盤直徑不小于 100 mm。壓力表分別裝在試驗(yàn)設(shè)備上便于觀察的進(jìn)水口近端和遠(yuǎn)端的部位上，且必須安裝在設(shè)備的最高點(diǎn)。安裝壓力表的接管是平齊式結(jié)構(gòu)，不能是插入式結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)中一旦發(fā)現(xiàn)各壓力表指示異常，應(yīng)立即停止升壓，待找出原因、做出正確判斷后再繼續(xù)升壓。

壓力試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)安全防護(hù)措施及試驗(yàn)準(zhǔn)備工作進(jìn)行全面檢驗(yàn)。試壓應(yīng)在專用的場(chǎng)地進(jìn)行，場(chǎng)地周圍設(shè)置警戒線，無(wú)關(guān)人員不得進(jìn)入試壓場(chǎng)地。連接部位的緊固螺栓必須裝配齊全、緊固妥當(dāng)。開(kāi)口接管的方向應(yīng)避免指向操作人員。水壓試驗(yàn)前鉗工應(yīng)逐個(gè)管口檢查其螺栓是否把緊，注水口、排氣口位置是否正確。試驗(yàn)時(shí)水從容器所留管口注入，直至從管口溢出水為止。鉗工用試水盲板、墊片、螺栓和螺母把緊排氣口。

3.2 壓力試驗(yàn)過(guò)程

壓力試驗(yàn)順序?yàn)椋旱谝徊舰袂?，第二步Ⅱ腔，第三步Ⅲ腔，最后Ⅳ腔?/p>

（1）先向Ⅰ腔裝滿水進(jìn)行水壓試驗(yàn)，合格后不排水不泄壓，保持試驗(yàn)狀態(tài)不變；

（2）然后向Ⅱ腔裝滿水進(jìn)行水壓試驗(yàn)，合格后不排水不泄壓，保持試驗(yàn)狀態(tài)不變；

（3）再向Ⅲ腔裝滿水進(jìn)行水壓試驗(yàn)，合格后不排水不泄壓，保持試驗(yàn)狀態(tài)不變；

（4）最后向Ⅳ腔裝滿水進(jìn)行水壓試驗(yàn)，合格后泄壓排水。

水壓試驗(yàn)后排水泄壓的順序?yàn)椋旱谝徊舰羟?，第二步Ⅲ腔，第三步Ⅱ腔，最后Ⅰ腔?/p>

排水泄壓的具體過(guò)程為：先將Ⅳ腔的壓力泄放，其余三腔保持不變；然后將Ⅲ腔的壓力泄放，Ⅰ腔和Ⅱ腔保持不變；再將Ⅱ腔的壓力泄放，Ⅰ腔保持不變；最后將Ⅰ腔泄壓；泄壓完畢后，四個(gè)腔同時(shí)排水。

試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)保持容器觀察表面的干燥。試驗(yàn)時(shí)，壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到規(guī)定壓力后，保壓時(shí)間不少于30 min。保壓過(guò)程中，人員不能靠近檢查，主要是觀察壓力表的指針是否回落。保壓結(jié)束后，將壓力降至規(guī)定試驗(yàn)壓力的80%，并保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間對(duì)所有焊接接頭和連接部位進(jìn)行全面檢查。檢查期間壓力應(yīng)保持不變，不得采用連續(xù)加壓來(lái)保持試驗(yàn)壓力不變。

壓力容器液壓試驗(yàn)過(guò)程中，不得帶壓焊補(bǔ)、緊固螺栓或向受壓元件施加外力。壓力試驗(yàn)過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)有異常響聲、壓力下降和加壓裝置發(fā)生故障等不正常現(xiàn)象，應(yīng)立即降壓停止試驗(yàn)，并查明原因。

壓力試驗(yàn)的合格標(biāo)準(zhǔn)為：無(wú)泄漏；無(wú)可見(jiàn)的變形；試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)異常的響聲。

設(shè)備水壓試驗(yàn)發(fā)生泄漏時(shí)應(yīng)采取的修理措施如下：

法蘭密封面發(fā)生泄漏，則馬上泄壓，按螺栓上緊要求重新緊固，直至密封面不泄漏為止，然后重新升壓試驗(yàn)。當(dāng)按要求重新緊固螺栓后，仍發(fā)生泄漏，則應(yīng)泄壓、放水后檢驗(yàn)墊片及密封面是否有缺陷，如有問(wèn)題則更換墊片或處理密封面，重新緊固螺栓，然后重新升壓試驗(yàn)。

如果焊縫處發(fā)生泄漏，應(yīng)先泄壓，然后將水排盡，并用壓縮空氣將容器內(nèi)部吹干。由設(shè)計(jì)工藝人員制定返修方案。按返修方案對(duì)缺陷處進(jìn)行返修，合格后重新升壓試驗(yàn)。

水壓試驗(yàn)完畢后，應(yīng)將液體排盡并用壓縮空氣將內(nèi)部吹干。

4 現(xiàn)場(chǎng)氣密性試驗(yàn)

4.1 氣密性試驗(yàn)的基本要求

該臺(tái)塔器應(yīng)進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力詳見(jiàn)表1。氣密性試驗(yàn)介質(zhì)為干燥、潔凈的空氣。試驗(yàn)用空氣溫度不得低于5℃。氣密性試驗(yàn)時(shí)對(duì)壓力表的要求與水壓試驗(yàn)時(shí)對(duì)壓力表的要求相同。

4.2 氣密性試驗(yàn)過(guò)程

氣密性試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)安全防護(hù)措施及試驗(yàn)準(zhǔn)備工作進(jìn)行全面檢驗(yàn)。試壓應(yīng)在專用的場(chǎng)地進(jìn)行，場(chǎng)地周圍設(shè)置警戒線，無(wú)關(guān)人員不得進(jìn)入試壓場(chǎng)地。連接部位的緊固螺栓必須裝配齊全、緊固妥當(dāng)。開(kāi)口接管的方向應(yīng)避免指向操作人員。試驗(yàn)前鉗工應(yīng)逐個(gè)管口檢查其螺栓是否把緊，注氣口、排氣口位置是否正確。

氣密性試驗(yàn)的試驗(yàn)順序和泄壓順序與水壓試驗(yàn)時(shí)相同。

試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)保持容器觀察表面的干燥。試驗(yàn)時(shí)壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)壓力后保壓足夠長(zhǎng)時(shí)間。對(duì)所有焊接接頭和連接部位進(jìn)行泄漏檢查。檢查期間壓力應(yīng)保持不變，不得采用連續(xù)加壓來(lái)保持試驗(yàn)壓力不變。壓力容器氣壓試驗(yàn)過(guò)程中，不得帶壓焊補(bǔ)、緊固螺栓或向受壓元件施加外力。

試驗(yàn)過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)有異常響聲、壓力下降和加壓裝置發(fā)生故障等不正?，F(xiàn)象，應(yīng)立即降壓停止試驗(yàn)，并查明原因。

氣密性試驗(yàn)的合格標(biāo)準(zhǔn)為：經(jīng)檢查無(wú)泄漏，保壓不少于30 min即為合格。

設(shè)備氣密性試驗(yàn)發(fā)生泄漏時(shí)，應(yīng)采取的修理措施與水壓試驗(yàn)時(shí)相同。

設(shè)備檢驗(yàn)合格后，臥置交付使用。

5 結(jié)語(yǔ)

設(shè)備制造過(guò)程中制定了嚴(yán)密的方案，采取了相應(yīng)的質(zhì)量控制措施，使用了有效的工裝，保證了筒體、大彎頭等零件的制造質(zhì)量，也使設(shè)備整體質(zhì)量得以保證。特別是設(shè)備水壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)的合格實(shí)施，標(biāo)志著該臺(tái)二氧化碳閃蒸塔的最終制造完成。該塔各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件的要求，為同類產(chǎn)品的制造和檢驗(yàn)提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

Manufacture and Inspection of CO2Flash Tower

Zhang Ruya Zhai Dewang Wu Yanfang Wang Jiaxiang

Introduced the structure characteristic of the CO2flash tower,focusing on the difficult points in the fabrication progress,including the manufacturing process for shell and large diameter elbow,the hydrostatic test and the tightness test.

Multichamber vessel;Distortion;Thin-wall;Hydrostatic test;Tightness test;Flash tower

TQ 050.6

2013-04-27）

*張茹雅，女，1978年生，工程師。大連市，116100。