鄧香中 關(guān)慶賀 張 光 中國(guó)石油遼陽(yáng)石油化纖公司機(jī)械廠

乙烯是石油化工的上游產(chǎn)品，蒸汽裂解是乙烯的龍頭裝置，而裂解氣急冷器則是裂解裝置的關(guān)鍵設(shè)備。在百萬(wàn)噸乙烯的工程中，筆者單位先后承接了13臺(tái)急冷器的制造。鑒于急冷器操作工況苛刻，入口設(shè)計(jì)溫度高達(dá)560℃，并且采用急冷油直接冷卻裂解氣方式，使得裂解氣與急冷油入口的特殊結(jié)構(gòu)不僅對(duì)材料及焊接要求嚴(yán)格，而且對(duì)裝配精度也要求高。現(xiàn)對(duì)質(zhì)量計(jì)劃中幾個(gè)重要項(xiàng)目的質(zhì)量控制從設(shè)計(jì)角度進(jìn)行解讀，為的是加深理解并總結(jié)壓力容器建造質(zhì)量保證體系的有效運(yùn)行。

壓力容器建造質(zhì)量保證體系（以下簡(jiǎn)稱質(zhì)保體系）是由18個(gè)基本要素構(gòu)成，并將18個(gè)要素中較為重要的過(guò)程分為9個(gè)質(zhì)量控制系統(tǒng)，再對(duì)9個(gè)質(zhì)量控制系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)和控制點(diǎn)提煉成質(zhì)量計(jì)劃，以達(dá)到質(zhì)保體系“自上而下層層展開，自下而上環(huán)環(huán)保證”的有效運(yùn)行機(jī)制，實(shí)現(xiàn)以質(zhì)量計(jì)劃規(guī)范過(guò)程控制生產(chǎn)合格產(chǎn)品的目的。

1 設(shè)計(jì)文件審查

正確理解壓力容器設(shè)計(jì)文件是編制質(zhì)量計(jì)劃制造合格產(chǎn)品的前提。外來(lái)設(shè)計(jì)文件審查不僅要注重其合法性、有效性及符合性，而且更應(yīng)在掌握設(shè)計(jì)意圖和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求的前提下注重工藝性審查。質(zhì)保體系及技術(shù)裝備能否滿足承制容器的質(zhì)量要求，涉及冷熱加工工藝、焊接工藝評(píng)定與焊接工藝及焊工、無(wú)損檢測(cè)工藝及檢測(cè)手段、熱處理等控制能力，所以《外來(lái)設(shè)計(jì)文件審查記錄》應(yīng)能體現(xiàn)外來(lái)設(shè)計(jì)文件控制環(huán)節(jié)與其他相關(guān)控制系統(tǒng)責(zé)任工程師間的接口關(guān)系，既要有審圖人及設(shè)計(jì)責(zé)任工程師的審簽，也應(yīng)有工藝、焊接、無(wú)損檢測(cè)及熱處理等責(zé)任工程師的會(huì)簽，以做好制造過(guò)程各環(huán)節(jié)的工藝控制。

急冷器是用急冷油直接冷卻裂解氣，其設(shè)計(jì)壓力為0.35/-0.05MPa，設(shè)計(jì)溫度：入口560℃/出口410℃，屬于Ⅱ類壓力容器。

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

總體結(jié)構(gòu)(如圖1所示)由錐體、圓筒及連接法蘭組成，可分為上、中、下三部分，其中上段為裂解氣與急冷油入口的分布器，中段為裂解氣與急冷油混合器，而下段則是與下游設(shè)備連接的過(guò)渡段。如此可見，上段分布器和中段混合器是急冷器的設(shè)計(jì)重點(diǎn)和制造難點(diǎn)，工藝控制應(yīng)注重分布器與混合器的制作和組裝要求。

圖1 急冷器

如分布器系由φ600mm×10mm內(nèi)圓筒用倒錐體焊在外殼的錐體上，并在內(nèi)圓筒的外側(cè)套入φ650mm×10mm外套筒。外套筒的上端用倒錐體焊在外殼的圓筒上，一方面倒錐體起到固定外套筒的作用，另一方面作為吹掃蒸汽入口分布；而外套筒的下端外側(cè)與殼體間以3塊沿圓周均布的定位板限定，外套筒的下端內(nèi)收口30°并以6段沿圓周均布的φ5mm×30mm擋塊與內(nèi)圓筒形成均勻間隙；外套筒與內(nèi)筒間的環(huán)隙通道作為吹掃蒸汽用，同時(shí)外套筒也對(duì)急冷油入口處的內(nèi)筒起到防沖作用。據(jù)此設(shè)計(jì)要求殼體圓筒、內(nèi)圓筒和外套筒的圓度允差不大于1mm，三者的同軸度允差不大于1mm。

1.2 材料要求

鑒于各段的工況溫度不同，所用的材料也不同。有關(guān)材料的特殊要求是為滿足急冷器高溫使用性能的需要，如上、中段設(shè)計(jì)選用的耐高溫不銹鋼板304H要求符合ASME SA-240/240M，且進(jìn)行525℃高溫屈服試驗(yàn)，試驗(yàn)值不低于108MPa，晶粒度尺寸不小于ASTM的N0.7級(jí)，并要求制造廠復(fù)驗(yàn)化學(xué)成分和力學(xué)性能。所以不僅要在材料采購(gòu)及驗(yàn)收中應(yīng)予控制，而且在焊接工藝中更應(yīng)控制。

1.3 制造與檢驗(yàn)

急冷器按GB150－1998制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收，并接受TSG R0004－2009的監(jiān)督；焊接材料與焊接規(guī)程按NB/T47015－2011的規(guī)定；無(wú)損檢測(cè)按JB/T4730－2005進(jìn)行，A、B接頭100%RT-Ⅱ，C、D接頭100%PT-Ⅰ；水壓試驗(yàn)壓力臥試0.65MPa，要求控制水中氯離子含量不超過(guò)25mg/L，水壓試驗(yàn)合格后以0.35MPa進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，并考慮上下段的入/出口圓筒的封口及預(yù)留長(zhǎng)度，這些相應(yīng)控制環(huán)節(jié)的工藝規(guī)程進(jìn)行考慮。

2 材料控制

材料質(zhì)量控制應(yīng)關(guān)注采購(gòu)、驗(yàn)收、保管、代用、發(fā)放和使用等6個(gè)環(huán)節(jié)。其中保管應(yīng)做到材料狀態(tài)完好無(wú)損，不受污染和腐蝕；而代用、發(fā)放和使用則要做到正確使用滿足設(shè)計(jì)要求的材料，防止錯(cuò)用；可見用好材料的關(guān)鍵是采購(gòu)和驗(yàn)收，只有采購(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求并經(jīng)復(fù)驗(yàn)驗(yàn)收合格的材料，才能保證材料的正確使用。

《容規(guī)》以化學(xué)、力學(xué)、物理、工藝等4項(xiàng)性能界定壓力容器用材，其中化學(xué)性能不僅決定力學(xué)、物理及工藝性能，而且也決定材料的使用范圍。例如根據(jù)含碳量的不同，將不銹鋼分為耐腐蝕不銹鋼和耐高溫不銹鋼，所以，GB150－4.1.6規(guī)定“奧氏體鋼的使用溫度高于525℃時(shí),鋼中含碳量應(yīng)不小于0.04%”，這就是急冷器上、中段材料選擇304H的原因所在。

《容規(guī)》的2.9對(duì)境外牌號(hào)材料的使用做出明確規(guī)定：境外牌號(hào)材料的技術(shù)要求不得低于境內(nèi)相近牌號(hào)材料的技術(shù)要求，其使用范圍應(yīng)符合引用標(biāo)準(zhǔn)中相近牌號(hào)材料的規(guī)定，并要求容器制造廠對(duì)境外牌號(hào)材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能進(jìn)行驗(yàn)證性復(fù)驗(yàn)，首次使用的尚應(yīng)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定；境內(nèi)制造的境外牌號(hào)材料除應(yīng)符合境外制造的材料標(biāo)準(zhǔn)要求外，尚應(yīng)通過(guò)《容規(guī)》1.9規(guī)定的技術(shù)評(píng)審。如此可見，境內(nèi)制造的ASME SA-240/240M不銹鋼板304H是允許選用的。值得提示的是，采購(gòu)時(shí)應(yīng)按設(shè)計(jì)要求注明“525℃高溫屈服試驗(yàn)，試驗(yàn)值不低于108MPa”。表1和表2分別列出了304H鋼板化學(xué)成分和力學(xué)性能的ASME、GB與實(shí)物的對(duì)照。由表看出，對(duì)于304H鋼板GB可以代替ASME；實(shí)物和復(fù)驗(yàn)值也都符合ASME及GB要求。需要說(shuō)明的是，GB24511是GB150壓力容器所引用的專用材料標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)要求較ASME明確，并符合國(guó)情更便于設(shè)計(jì)者選用，這就是《容規(guī)》主張優(yōu)先選用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)材料的原因。

表1 304H鋼板化學(xué)成分 %

表2 304H鋼板力學(xué)性能對(duì)照

其它材料也都按程序進(jìn)行采購(gòu)并驗(yàn)收合格后使用。

3 焊接控制

焊接是繼設(shè)計(jì)質(zhì)量控制系統(tǒng)（9個(gè)控制環(huán)節(jié)20個(gè)控制點(diǎn)）和材料與零部件質(zhì)量控制系統(tǒng)（6個(gè)控制環(huán)節(jié)17個(gè)控制點(diǎn)）后的第三個(gè)質(zhì)量控制系統(tǒng)（8個(gè)控制環(huán)節(jié)28個(gè)控制點(diǎn)）。通過(guò)對(duì)焊接過(guò)程的8個(gè)控制環(huán)節(jié)28個(gè)控制點(diǎn)的監(jiān)控，尤其是對(duì)焊材、焊接工藝評(píng)定、焊接工藝及施焊記錄和檢驗(yàn)等的控制與見證，有效提高了焊接接頭的質(zhì)量。

對(duì)于304H的焊接，鑒于奧氏體耐熱不銹鋼的焊縫性能對(duì)熔敷金屬中化學(xué)成分敏感，為防止焊接材料中易氧化的合金元素如Cr在焊接時(shí)燒損，保證熔敷金屬中化學(xué)成分的穩(wěn)定，焊接工藝專門提出了焊接注意事項(xiàng)：焊接時(shí)必須盡可能短弧焊，并不做過(guò)度橫向擺動(dòng)，保持焊接工藝參數(shù)的穩(wěn)定；多層焊時(shí)，每層焊縫的接頭處要錯(cuò)開，避免層溫過(guò)高，控制層溫≤120℃。并分別給出了A、B類和D類等焊接接頭的焊接規(guī)程。

對(duì)于304H圓筒A、B接頭，焊接工藝采用如圖2所示的V形外坡口，先用氬弧焊打底層，再用手弧焊施焊二、三層，最后用埋弧焊施焊其余層，并明確規(guī)定了所用的相應(yīng)焊材及焊接參數(shù)。焊接后外觀檢查，再進(jìn)行100%RT-Ⅱ合格。

圖2 A、B類接頭

接管與圓筒的D類焊接接頭如圖3所示。焊接采用手弧焊，先里面施焊，再背面清根全焊透，焊接后外觀檢查，再進(jìn)行100%PT-Ⅰ合格。

圖3 D類接頭

4 外觀和結(jié)構(gòu)尺寸

外觀質(zhì)量直接反映制造廠的門面和底蘊(yùn)，而結(jié)構(gòu)尺寸則是實(shí)現(xiàn)容器的技術(shù)特性和安全使用功能的關(guān)鍵。這既要在制造工藝文件中要求，更要在質(zhì)量計(jì)劃中控制。根據(jù)特性尺寸容器直徑和管口尺寸及方位等，合理排版下料，使容器的焊接接頭布局合理，并對(duì)容器結(jié)構(gòu)的尺寸偏差及形位公差提出控制，以保證容器的安全使用性能達(dá)到要求。

重點(diǎn)控制分布器與混合器的制作與組裝應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。首先控制殼體圓筒、分布器的內(nèi)圓筒和外套筒的圓度允差不大于1mm，同時(shí)通過(guò)對(duì)內(nèi)圓筒的倒錐體和外圓筒的倒錐體的成形控制，以及兩錐體分別與殼體組焊的控制來(lái)保證殼體圓筒與分布器的內(nèi)圓筒及外套筒三者的同軸度允差不大于1mm。二要控制混合器圓筒與殼體圓筒的圓度允差不大于1mm，并保證殼體圓筒與混合器圓筒及碟形盤的同軸度允差不大于1mm。三要控制混合器圓筒的上端外擴(kuò)口30°與分布器的外套筒下端內(nèi)收口30°之間形成的20mm通道符合設(shè)計(jì)要求。

5 無(wú)損檢測(cè)控制

根據(jù)304H的焊接特點(diǎn)及容器的重要性，設(shè)計(jì)要求對(duì)容器的A、B接頭100%RT-Ⅱ，C、D接頭100%PT-Ⅰ。

制造要達(dá)到設(shè)計(jì)要求，關(guān)鍵在于對(duì)無(wú)損檢測(cè)質(zhì)量的控制。首先，無(wú)損檢測(cè)部門接受并審查由容器車間技術(shù)人員按焊接工藝的檢測(cè)時(shí)機(jī)、部位與要求提出的無(wú)損檢測(cè)委托；再據(jù)此按程序文件組織相關(guān)資格持證人員檢查委托件的外觀和現(xiàn)場(chǎng)條件、制定檢測(cè)方案、編制檢測(cè)工藝、做好檢測(cè)儀器等檢測(cè)前的準(zhǔn)備；按專用檢測(cè)工藝和通用工藝規(guī)程實(shí)施檢測(cè)，并按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行復(fù)探和擴(kuò)探，正確評(píng)定報(bào)告檢測(cè)結(jié)果，為產(chǎn)品的合格或返修及質(zhì)量考核提供依據(jù)。

6 耐壓試驗(yàn)與泄漏試驗(yàn)

檢驗(yàn)質(zhì)量控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)檢驗(yàn)準(zhǔn)備、制造過(guò)程檢驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)和泄漏試驗(yàn)、最終檢驗(yàn)與試驗(yàn)、檢驗(yàn)與試驗(yàn)記錄和報(bào)告等5個(gè)環(huán)節(jié)的控制來(lái)實(shí)施質(zhì)量計(jì)劃，體現(xiàn)與見證質(zhì)保體系的正常運(yùn)行。而耐壓試驗(yàn)與泄漏試驗(yàn)則是檢驗(yàn)質(zhì)量控制系統(tǒng)的重要控制環(huán)節(jié)，下設(shè)試驗(yàn)工藝的編制與審核、試驗(yàn)設(shè)備與場(chǎng)地、耐壓試驗(yàn)、總體檢驗(yàn)、泄漏試驗(yàn)、試驗(yàn)報(bào)告等6個(gè)控制點(diǎn)，以保證此環(huán)節(jié)的有效進(jìn)行。

按試驗(yàn)?zāi)康姆譃槟蛪涸囼?yàn)與泄漏試驗(yàn)，耐壓試驗(yàn)主要是考察容器的整體強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，檢查焊接接頭的致密性，驗(yàn)證密封結(jié)構(gòu)的密封性能，它包括液壓試驗(yàn)、氣壓試驗(yàn)和氣液組合試驗(yàn)，本設(shè)計(jì)圖樣注明為水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為臥試0.65MPa，并要求控制水中氯離子含量不超過(guò)25mg/L。而泄漏試驗(yàn)則主要是考察焊接接頭的致密性和密封結(jié)構(gòu)的密封性能，確定容器是否存在不允許的泄漏，它包括氣密性試驗(yàn)、氨檢漏試驗(yàn)、鹵素檢漏試驗(yàn)和氦檢漏試驗(yàn)等方法，本設(shè)計(jì)考慮裂解氣含苯，不允許有微量泄漏，提出水壓試驗(yàn)合格后以設(shè)計(jì)壓力0.35MPa進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。

為此，檢驗(yàn)責(zé)任工程師應(yīng)在試驗(yàn)前，組織編制試驗(yàn)工藝，根據(jù)鉚工工藝設(shè)計(jì)的試驗(yàn)工裝，檢查上下段的入/出口圓筒的封口及預(yù)留長(zhǎng)度符合要求。并對(duì)容器外觀質(zhì)量（標(biāo)記、焊接接頭布局與質(zhì)量、管口方位、尺寸偏差及形位公差、內(nèi)表面、無(wú)損檢測(cè)部位等）復(fù)查無(wú)誤，同時(shí)審查容器的安全質(zhì)量技術(shù)資料（材料及外購(gòu)/協(xié)件質(zhì)量證書與入廠檢驗(yàn)報(bào)告、下料與加工檢驗(yàn)記錄、焊接記錄與外觀檢驗(yàn)、無(wú)損檢測(cè)報(bào)告、產(chǎn)品試件報(bào)告、返修及不合格處理、主要受壓元件工序過(guò)程卡等）是否齊全、正確并有相關(guān)責(zé)任人的簽字?？梢姡丝刂骗h(huán)節(jié)既是對(duì)前期制造過(guò)程的總結(jié)驗(yàn)收，又是以超設(shè)計(jì)壓力試驗(yàn)對(duì)容器制造的內(nèi)在質(zhì)量進(jìn)行考核。所以，此環(huán)節(jié)不僅應(yīng)得到監(jiān)檢人員的同意并到現(xiàn)場(chǎng)見證，而且試驗(yàn)場(chǎng)地的安全防護(hù)措施更應(yīng)得到安全部門的認(rèn)可。耐壓試驗(yàn)與泄漏試驗(yàn)合格后并作出報(bào)告，方能進(jìn)行下序的容器表面的酸洗鈍化處理等竣工出廠工作。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上剖析急冷器質(zhì)量計(jì)劃中重要項(xiàng)目的控制，清楚了質(zhì)保體系運(yùn)行的基本要?jiǎng)?wù)，強(qiáng)調(diào)質(zhì)量計(jì)劃的執(zhí)行既是質(zhì)保體系有效運(yùn)行的見證，更是以建造過(guò)程控制達(dá)到不產(chǎn)生不合格進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壓力容器本質(zhì)安全的根本保證。

1 費(fèi)偉.關(guān)注與推進(jìn)壓力容器設(shè)計(jì)體制進(jìn)入國(guó)際化[J] 壓力容器,2011,28(1):44-46.