樊立強(qiáng)
(山西豐喜化工設(shè)備有限公司山西 永濟(jì) 044500)
硝酸吸收塔的作用是將來(lái)自冷卻器的NO2與塔內(nèi)的H2O、O2經(jīng)反應(yīng)后轉(zhuǎn)化為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63.5%左右的硝酸。其主體材質(zhì)為 S30403、S30403II。S30403具有優(yōu)秀的抗晶間腐蝕能力,使用溫度-196℃ ~800℃。該設(shè)備具有直徑大、壁薄、內(nèi)件重、易變形、冷卻盤(pán)管結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn),制作質(zhì)量要求高。為保證制作及安裝過(guò)程中塔體圓度、直線(xiàn)度,塔盤(pán)的水平度、平面度,冷卻盤(pán)管成形后的圓度及其與連箱管板的內(nèi)孔焊接質(zhì)量等,本文對(duì)該設(shè)備的制造、組裝、焊接、無(wú)損檢測(cè)和水壓試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)的過(guò)程制定了工藝方案和控制措施。
1.1.1 設(shè)備技術(shù)特性(見(jiàn)表1和表2)
表1 硝酸吸收塔的規(guī)格
表2 硝酸吸收塔的技術(shù)特性
1.1.2 設(shè)備設(shè)計(jì)特點(diǎn)
該設(shè)備殼側(cè)介質(zhì)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)63.5%的硝酸。如果采用傳統(tǒng)的管穿入管板前端焊接而成的接頭,則因管板與管之間有間隙而容易產(chǎn)生縫隙腐蝕。為解決此問(wèn)題,該設(shè)備設(shè)計(jì)要求管板與管的連接方式采用內(nèi)孔焊焊接。為保證內(nèi)孔焊焊接質(zhì)量,要求對(duì)內(nèi)孔焊焊接接頭進(jìn)行100%射線(xiàn)探傷。為防止硝酸可能引起的晶間腐蝕破壞,設(shè)計(jì)規(guī)定與介質(zhì)接觸的材料均選用超低碳Cr-Ni奧氏體不銹鋼,并對(duì)固熔狀態(tài)下的母材敏化試樣進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn),對(duì)焊縫焊態(tài)下的試樣進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn),試驗(yàn)方法按GB/T 4334-2008進(jìn)行,合格指標(biāo)為5個(gè)周期的平均腐蝕率或3個(gè)周期的最大腐蝕率≤0.6 mm/a。
設(shè)計(jì)要求塔內(nèi)安裝37層塔盤(pán),在第1層~第7層塔盤(pán)上,每層安裝4層復(fù)合盤(pán)管;在第8層~第10層塔盤(pán)上,每層安裝3層復(fù)合盤(pán)管;在第11層~第18層塔盤(pán)上,每層安裝雙層復(fù)合盤(pán)管;在第19層~第32層塔盤(pán)上,每層安裝單層復(fù)合盤(pán)管。
設(shè)備制造過(guò)程執(zhí)行TSG R0004《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、GB150.1~4-2011《壓力容器》、HG20652-1998《塔器設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》、JB/T4710-2005《鋼制塔式容器》和NB/T47015-2011《壓力容器焊接規(guī)程》等17個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。各標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行時(shí),優(yōu)先按就高和就嚴(yán)的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行;所采用的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和技術(shù)條件、施工圖紙及其技術(shù)要求等發(fā)生矛盾時(shí),按要求較高者執(zhí)行;賣(mài)方對(duì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和技術(shù)條件、施工圖紙及其技術(shù)要求等的變更須征得買(mǎi)方及設(shè)計(jì)方的認(rèn)可。
1.3.1 板材
設(shè)備主體所用S30403板材應(yīng)滿(mǎn)足GB24511-2009《承壓設(shè)備用不銹鋼鋼板及鋼帶》中的規(guī)定,固熔狀態(tài)供貨。S30403鋼板化學(xué)成分、力學(xué)性能、供貨狀態(tài)、表面質(zhì)量及材料存放等按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
1.3.2 鍛件、鋼管的化學(xué)成分及力學(xué)性能
S30403鍛件和鋼管的制造、檢驗(yàn)、驗(yàn)收應(yīng)分別符合NB/T47010-2010《承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件》、GB13296-2007《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無(wú)縫鋼管》的規(guī)定要求。
1.3.3 焊接材料
焊接采用電弧焊和埋弧焊。本設(shè)備主要材料為S30403、S30403Ⅱ鍛件,應(yīng)根據(jù)上述材料的化學(xué)成分、力學(xué)性能和其他相關(guān)要求選用或按NB/T47015-2011《壓力容器焊接規(guī)程》的規(guī)定選取焊接材料。
采取根據(jù)運(yùn)輸情況將塔分成4段分別制造、現(xiàn)場(chǎng)合攏組對(duì)的施工方案。分段要求如下:1)按焊接工藝要求加工、清理分段處坡口,進(jìn)行預(yù)組裝。組裝后的外形尺寸偏差應(yīng)符合工藝文件要求,分段處應(yīng)有明顯的組對(duì)標(biāo)記。同時(shí),注明設(shè)備0、90、180、270°位置線(xiàn)。2)分段處相近塔盤(pán)支撐點(diǎn)焊,以利于現(xiàn)場(chǎng)組裝環(huán)縫。為防止焊接變形對(duì)口環(huán)焊縫組裝的影響,分段端面1 500 mm范圍內(nèi)的人孔和大接管應(yīng)在廠內(nèi)開(kāi)孔,且待設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)對(duì)口環(huán)縫組焊后再進(jìn)行焊接。3)為防止分段筒體運(yùn)輸變形,分段處采取支撐措施予以加固。
在用戶(hù)安裝現(xiàn)場(chǎng)使用吊車(chē)、轉(zhuǎn)臺(tái)完成三道合攏環(huán)焊縫的臥置組對(duì)、焊接、無(wú)損檢測(cè),利用大吊車(chē)完成整體吊裝就位及設(shè)備的最終立置水壓試驗(yàn)。
1.4.1 設(shè)備加工的一般要求
制造時(shí)應(yīng)開(kāi)辟專(zhuān)用不銹鋼場(chǎng)地,并且保證場(chǎng)地干凈整潔。
1.4.2 繪制排版圖
根據(jù)圖樣、材料幅面尺寸及容器開(kāi)孔位置合理用料,并以盡量減少焊縫的原則進(jìn)行排版。同時(shí),對(duì)筒節(jié)的編號(hào)、尺寸等作出規(guī)定,并符合容器規(guī)范的要求。
1.4.3 下料
1)應(yīng)按圖樣及工序過(guò)程卡核對(duì)材料標(biāo)記、材質(zhì)、規(guī)格,檢查材料表面質(zhì)量。
2)筒節(jié)周長(zhǎng)按封頭實(shí)測(cè)周長(zhǎng)下料,遵循筒體內(nèi)壁對(duì)齊的原則,且留出焊縫收縮量。
3)不銹鋼下料時(shí),禁止在切割線(xiàn)內(nèi)用針劃線(xiàn)打沖眼,不得用含硫和氯化物的記號(hào)筆、油漆涂寫(xiě)字樣等,但可用紅、藍(lán)鉛筆及記號(hào)筆或粉筆彈線(xiàn)。
根據(jù)施工圖給定的筒體長(zhǎng)度,采用定長(zhǎng)、定寬雙定尺板,從合格供方單位采購(gòu)材料。筒體A類(lèi)焊接接頭的坡口均采用刨邊機(jī)刨出和立車(chē)加工,坡口型式采用經(jīng)評(píng)定合格的焊接工藝。由于該塔直徑大、壁薄、內(nèi)件重,剛度相應(yīng)不足,所以,從下料開(kāi)始就必須控制筒體的變形。應(yīng)按中徑展開(kāi)長(zhǎng)度下料,并考慮一定的焊縫收縮量,每張鋼板對(duì)角線(xiàn)之差不得大于2 mm,每筒節(jié)的拼接鋼板對(duì)角線(xiàn)之差不得大于4 mm。筒體卷制前,用1 000 t油壓機(jī)進(jìn)行板頭預(yù)彎,并制作弦長(zhǎng)不小于1 000 mm的樣板檢測(cè),壓頭預(yù)彎的R值必須符合樣板要求。筒體卷制過(guò)程中,利用卷板機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算出每次的最佳下壓量,并用行車(chē)吊起托輥后托于筒體弧段的頂部,以減少筒體自重的影響。縱縫焊接后進(jìn)行校圓,保證每節(jié)筒節(jié)的圓度不大于25 mm。卷制及校圓過(guò)程中,應(yīng)利用樣板進(jìn)行筒體的圓度偏差檢驗(yàn),控制樣板與筒體內(nèi)壁的最大間隙不大于2 mm。每節(jié)筒體圓度、直線(xiàn)度檢驗(yàn)合格后,在筒體兩端部150 mm處用內(nèi)支撐圈進(jìn)行加固,支撐圈與環(huán)焊縫之間的距離不可太大,以避免組對(duì)時(shí)因錯(cuò)邊量太大而強(qiáng)行組對(duì),同時(shí)增加環(huán)焊縫處筒體的剛性,減小焊接應(yīng)力變形。每段筒體的筒節(jié)全部組裝焊接、檢驗(yàn)合格后,標(biāo)出每段筒體直線(xiàn)度偏差最大值的所在方位,以便后續(xù)分段筒體組對(duì)時(shí)每段筒體直線(xiàn)度偏差對(duì)稱(chēng)分布,將設(shè)備總體直線(xiàn)度控制在許可范圍內(nèi)。
1.4.5 上、下球形封頭的制作
球殼板購(gòu)買(mǎi)成品。球殼板的制造、檢驗(yàn)、檢測(cè)應(yīng)符合GB12337-1998《鋼制球形儲(chǔ)罐》等規(guī)定?;貜S后,對(duì)球殼板按GB50094《球形儲(chǔ)罐施工規(guī)范》的要求進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。合格后,按鉚工工藝及焊接工藝組焊成形。表面質(zhì)量、幾何尺寸、焊接質(zhì)量等滿(mǎn)足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)為合格。
1.4.6 盤(pán)管成形
圖紙盤(pán)管彎曲半徑 R=60mm,管子規(guī)格Φ26.7 mm ×1.65 mm,R/d=2.25 < 2.50。彎管采用輔助工裝,并采取一定的措施,以保證彎曲后的管子圓度符合要求。
1.4.7 塔盤(pán)安裝
應(yīng)確保塔盤(pán)的平面度、相鄰塔板之間的距離及任意兩塔盤(pán)板之間距離的允差滿(mǎn)足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求?,F(xiàn)場(chǎng)組裝部分按《現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)工藝方案》。
經(jīng)濟(jì)是政治的基礎(chǔ),政治是經(jīng)濟(jì)的集中表現(xiàn)。在此意義上,作為政治文明發(fā)展到一定時(shí)期出現(xiàn)的協(xié)商民主,也是經(jīng)濟(jì)形態(tài)演進(jìn)的必然產(chǎn)物。多樣化的經(jīng)濟(jì)形態(tài)和經(jīng)濟(jì)利益,是國(guó)內(nèi)外協(xié)商民主得以彰顯的內(nèi)在致因。
施焊前,按NB/T47014《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》進(jìn)行合格的焊接工藝評(píng)定,并由持有相應(yīng)項(xiàng)目有效資質(zhì)的焊工按評(píng)定合格的焊接工藝施焊。
1.5.1 焊接材料
所有焊接材料均應(yīng)符合NB/T47018-2011相關(guān)規(guī)定的要求。
1.5.2 內(nèi)孔焊控制要點(diǎn)
1)端面加工:使盤(pán)管端面、管板孔端面分別與其中心軸線(xiàn)垂直度的偏差小于0.1 mm。
2)端面清理:裝配前,嚴(yán)格清理毛刺、油污、水分等,并用丙酮清洗待焊接區(qū)域。
3)裝配、定位:間隙≤0.2 mm,錯(cuò)邊量≤0.3 mm。為了確保裝配盤(pán)管與管板的同心度,設(shè)計(jì)了一個(gè)專(zhuān)門(mén)的定位芯軸(見(jiàn)圖1)。定好位后,用TIG焊不加焊絲在連接處外側(cè)對(duì)稱(chēng)地定位焊2點(diǎn)。
圖1 定位芯軸示意圖
4)焊接工藝:進(jìn)行各種工藝條件、焊接參數(shù)的對(duì)比試驗(yàn),制訂出最優(yōu)的焊接工藝方案。
5)焊接:從管板側(cè)送入內(nèi)孔焊槍頭,調(diào)整好焊接工藝參數(shù)以及鎢極與焊口的軸向距離和徑向距離,開(kāi)啟氬氣保護(hù),打開(kāi)焊機(jī)電源進(jìn)行施焊,見(jiàn)圖2。
6)外觀檢查:觀察焊縫背面是否焊透,焊縫色澤是否正常,成形是否良好,有無(wú)明顯內(nèi)凹,有無(wú)氣孔、裂紋等缺陷。
圖2 焊接
1.5.3 殼體的焊接要求
設(shè)備A、B類(lèi)焊接接頭的焊接基本要求及焊接規(guī)范參數(shù)的選取按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
1.5.4 盤(pán)管拼接
盤(pán)管長(zhǎng)度不夠時(shí)需進(jìn)行對(duì)接,每根管子對(duì)接接頭不能多于1個(gè)。焊接采用旋轉(zhuǎn)氬弧焊。
A、B類(lèi)焊縫坡口表面進(jìn)行100%PT及100%射線(xiàn)檢測(cè),符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求為合格。
容器及盤(pán)管的水壓試驗(yàn)工藝執(zhí)行FS/T032-2004《壓力容器壓力試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)工藝規(guī)程》規(guī)定。水壓試驗(yàn)及氣密性試驗(yàn)壓力按圖紙要求進(jìn)行。設(shè)備水壓試驗(yàn)后,應(yīng)將水漬清除干凈。試驗(yàn)時(shí),水中的氯離子質(zhì)量濃度不得超過(guò)25 mg/L。
設(shè)備水壓試驗(yàn)合格后,不銹鋼表面需清除油污等污垢,并進(jìn)行酸洗鈍化處理,對(duì)所形成的鈍化膜進(jìn)行藍(lán)點(diǎn)檢查。無(wú)藍(lán)點(diǎn)為合格。
實(shí)踐證明,采用本工藝方案與控制措施可以有效地保證硝酸吸收塔的制造質(zhì)量。