李玉杰 單鵬華 信中野

（中航黎明錦西化工機(jī)械(集團(tuán))有限責(zé)任公司)

0 前言

近些年來(lái)，隨著石化行業(yè)的發(fā)展，加氫設(shè)備及抗氫設(shè)備的需求越來(lái)越多。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2004年下半年到2005年上半年，國(guó)內(nèi)在建和新建加氫裝置有45套。如中國(guó)石化集團(tuán)新建海南800萬(wàn)t／a煉油裝置、青島1000萬(wàn)t／a煉油裝置，另外還有廣州石化1000萬(wàn)t／a、 燕山石化1000萬(wàn)t／a、 齊魯石化1000萬(wàn)t／a的煉油改造項(xiàng)目等。實(shí)施這些項(xiàng)目，約需反應(yīng)器和分離器140臺(tái) （合40500 t）、換熱器200臺(tái) （合8500 t）。這類設(shè)備制造難度大，工藝復(fù)雜。目前國(guó)內(nèi)具有此類設(shè)備生產(chǎn)能力的機(jī)械廠屈指可數(shù)。

2005年，中航黎明錦西化工機(jī)械集團(tuán)有限公司接到這樣的任務(wù)，為山東海化公司生產(chǎn)高壓分離器。該高壓分離器用于在壓力較高的工況下分離氣液兩相，故也稱分液罐。具體地說(shuō)，該分液罐其作用就是將反應(yīng)后的多余氫氣和生成油分離，除去大部分反應(yīng)生成的水和原料帶的水，使氫氣得以循環(huán)使用，水蒸氣冷凝后得以脫除。由于工作壓力大，所以氣體在油中的溶解度也大。在油中溶解的這部分氣體中包含著硫化氫 （H2S）等腐蝕性成分，會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，尤其是氫氣容易使材料產(chǎn)生氫脆。這些都給設(shè)備的選材和制造增加了難度。

1 設(shè)備的技術(shù)特性、結(jié)構(gòu)和材料

1.1 設(shè)備的技術(shù)特性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該分液罐的技術(shù)特性如表1所示，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該分液罐直徑為?2400 mm，壁厚為76 mm，筒體長(zhǎng)為7880 mm；封頭為球封頭，規(guī)格為SR1215，封頭壁厚為52 mm，封頭最小厚度為46mm。殼體和接管為對(duì)接形式，這給組對(duì)和加工增加了很大的難度。裙座和封頭間的焊接采用墊板連接，且焊后去掉墊板，在裙座內(nèi)部磨出R15圓角，這在以往的設(shè)備中是不多見(jiàn)的。

表1 分液罐性能參數(shù)

圖1 分液罐結(jié)構(gòu)

1.2 材料及其特性

設(shè)備主體材料(筒體和封頭)為16MnR(HIC)，接管和法蘭鍛件為16Mn鍛件，密封墊為10Ⅰ。16MnR(HIC)為抗氫誘導(dǎo)裂紋型16MnR鋼板，HIC為抗氫誘導(dǎo)裂紋的意思，其化學(xué)成分如表2所示。

2 產(chǎn)品主要特點(diǎn)

（1） 該分液罐由于材料特殊，又是我公司首次制造，因此在確保產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，決定對(duì)所購(gòu)的材料進(jìn)行復(fù)檢。除了常規(guī)的機(jī)械性能試驗(yàn)外，還進(jìn)行了抗氫誘導(dǎo)裂紋試驗(yàn)。

（2） 殼體壁厚較厚，所有與殼體相焊的焊縫及殼體之間的焊縫均要進(jìn)行焊前預(yù)熱。

（3） 接管法蘭與殼體為對(duì)接結(jié)構(gòu)。

表2 16MnR （HIC）鋼板的化學(xué)成分 （%）

（4） 設(shè)備全部組焊后，整體入爐進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。

3 主要部件制造工藝及檢測(cè)

3.1 材料的抗氫誘導(dǎo)裂紋試驗(yàn)

鋼在濕的硫化氫環(huán)境下腐蝕所生成的氫被吸收后具有多種影響，這些影響取決于鋼的屬性、環(huán)境特性以及其他變量。在壓力容器中觀察到的負(fù)面影響之一是沿鋼材軋制方向裂紋的形成。一個(gè)平面上的裂紋易于與相鄰平面上的裂紋連接起來(lái)，從而形成沿厚度方向上的階式裂紋，這種裂紋國(guó)際上稱為氫致裂紋。裂紋可降低有效壁厚，直到壓力容器超載并破裂。因此，具有耐氫致裂紋性能是該壓力容器用鋼板的主要性能。

抗氫誘導(dǎo)裂紋試驗(yàn)做法按NACE標(biāo)準(zhǔn) TM 0284-2003執(zhí)行。在此不再贅述。

3.2 筒體的制造

筒體分四節(jié)，筒體厚度為76 mm，筒體縱、環(huán)焊縫坡口形式見(jiàn)圖2。

下料：筒節(jié)分四節(jié)下料，其中有三節(jié)長(zhǎng)度為1810 mm，另一節(jié)為2450 mm。下料時(shí)，每節(jié)軸向留20 mm環(huán)向坡口加工余量，周向按中徑展開(kāi)，其尺寸包括+3 mm焊后收縮量+300 mm打頭量（含兩端）共8080 mm。同時(shí)號(hào)出76 mm×200 mm×1300 mm焊接試板一塊。為保證筒體直線度，下料時(shí)控制對(duì)角線之差小于2 mm。

打頭：在水壓機(jī)上打頭，用樣板進(jìn)行檢查，保證尺寸符合要求。

氣割：打頭后二次劃線，按線氣割，氣割前預(yù)熱 150～200℃。

縱向接頭無(wú)損檢測(cè)：表面進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，按JB 4730—1994Ⅰ級(jí)合格。

圖2 筒體縱、環(huán)焊縫坡口形式

滾圓：采用三輥卷板機(jī)卷圓筒節(jié)，筒節(jié)冷滾成形。

組對(duì)和焊接：按焊接工藝及熱處理工藝要求進(jìn)行筒體縱焊縫的組對(duì)焊接，組對(duì)前測(cè)量坡口兩端內(nèi)圓圓周長(zhǎng)度，尺寸及偏差為75400+15mm。

矯圓：將圓度及筒體直徑控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

檢查：矯圓后按如下要求進(jìn)行檢查。

（a）筒體的內(nèi)圓周長(zhǎng)及公差為75400+15mm[2]；

（b）同一斷面的最大最小直徑差小于8 mm[1]；

（c）用弦長(zhǎng)不小于600 mm的樣板檢查筒體的棱角度，棱角度應(yīng)小于5 mm[1]。

無(wú)損檢測(cè)：按下列要求進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

（a）射線檢測(cè)：對(duì)筒體縱焊縫進(jìn)行100%射線檢測(cè)，按JB 4730—1994Ⅱ級(jí)合格[3]；

（b）超聲檢測(cè)：對(duì)筒體縱焊縫進(jìn)行100%超聲檢測(cè)，按JB 4730—1994Ⅰ級(jí)合格[3]；

（c）磁粉檢測(cè)：對(duì)筒體縱焊縫內(nèi)外表面均進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，按JB 4730—1994Ⅰ級(jí)合格[3]。

加工環(huán)向接頭坡口：采用立式車床加工環(huán)向接頭坡口。

無(wú)損檢測(cè)：環(huán)向接頭坡口表面進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，按JB 4730—1994Ⅰ級(jí)合格。

鏜孔：采用鏜床加工筒節(jié)上所有接管與筒體之間的焊接坡口，加工不到處則采用修磨。加工后坡口表面進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，按JB 4730—1994Ⅰ級(jí)合格。

3.3 封頭的制造

下料：封頭的厚度為52 mm，封頭的下料展開(kāi)直徑為3553 mm，允許拼接，并帶一塊母材試板，規(guī)格為 300 mm×400 mm×52 mm。

氣割：按下料尺寸氣割封頭用料。

刨坡口：拼接坡口一次刨出，坡口形式按筒體縱縫坡口的形式加工。

磁粉檢測(cè)：拼接坡口表面進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，按JB 4730—1994Ⅰ級(jí)合格[3]。

拼接：按焊接工藝進(jìn)行板料拼接。

沖壓成形：封頭熱壓成形，控制終壓溫度為900℃以上。

射線檢測(cè)：對(duì)拼接焊縫進(jìn)行100%射線檢測(cè)，按 JB 4730—1994Ⅱ級(jí)合格[3]。

超聲檢測(cè)：對(duì)封頭和焊縫均進(jìn)行100%超聲檢測(cè)，按JB 4730—1994Ⅰ級(jí)合格[3]。

磁粉檢測(cè)：對(duì)拼接焊縫內(nèi)外表面均進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，按JB 4730—1994Ⅰ級(jí)合格[3]。

熱處理：按熱處理工藝進(jìn)行正火處理 （熱處理前組焊工裝支承圈），試板隨封頭一起進(jìn)行熱處理，然后將其中一塊試板進(jìn)行模擬焊后熱處理。

檢查：對(duì)母材試板進(jìn)行力學(xué)性能檢查，其性能應(yīng)符合原材料的要求。

噴吵：對(duì)封頭內(nèi)外表面進(jìn)行噴砂處理。

測(cè)厚：測(cè)量成形后的最小厚度不小于46 mm。

劃線、齊邊、預(yù)開(kāi)孔：將封頭端口切割平齊，同時(shí)對(duì)封頭接管預(yù)開(kāi)孔 （留加工量）。

機(jī)加工：按圖紙要求加工封頭環(huán)焊縫坡口及開(kāi)孔坡口。

磁粉檢測(cè)：加工后的坡口及開(kāi)孔表面按JB 4730—1994Ⅰ級(jí)合格[3]。

尺寸檢查：按圖紙要求檢查封頭各部分尺寸。

4 整體組裝

（1）組對(duì)：組對(duì)筒體與封頭、筒體與筒體。調(diào)整筒體對(duì)口錯(cuò)邊量符合要求后，用履帶加熱器預(yù)熱環(huán)焊縫并點(diǎn)焊，然后按焊接工藝進(jìn)行焊接。

（2）射線檢測(cè)：對(duì)B類焊縫進(jìn)行100%射線探傷，按JB 4730—1994Ⅱ級(jí)合格[3]。

（3）超聲波檢測(cè)：對(duì)B類焊縫進(jìn)行100%超聲波探傷，按JB 4730—1994Ⅰ級(jí)合格[3]。

（4）磁粉檢測(cè)：對(duì)B類焊縫進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，按JB 4730—1994Ⅰ級(jí)合格[3]。

（5）尺寸檢查：環(huán)焊縫對(duì)口錯(cuò)邊量均勻，錯(cuò)邊量小于3 mm；棱角度小于5 mm；設(shè)備的總體直線度小于5 mm[1]。

（6）焊接接管：組焊各接管，接管中心在圓周方向上的偏差應(yīng)不大于±8 mm[2]。

（7）無(wú)損檢測(cè)：對(duì)筒體與接管焊縫進(jìn)行100%射線檢測(cè)，按JB 4730—1994Ⅱ級(jí)合格；100%超聲波檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格；焊縫內(nèi)外表面100%磁粉檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格[3]。

（8）組對(duì)裙座：將墊板點(diǎn)焊在裙座上部筒體上，然后焊裙座筒體內(nèi)部與封頭連接焊縫，焊好后將墊板打磨掉，之后焊接裙座筒體上部與封頭連接焊縫，焊腳要保證90 mm高。裙座筒體內(nèi)部焊縫用風(fēng)銑子打磨出R15圓角。

（9）熱處理：按熱處理工藝對(duì)設(shè)備進(jìn)行整體熱處理。

（10）水壓試驗(yàn)：對(duì)設(shè)備進(jìn)行10.8 MPa臥置水壓試驗(yàn)，水溫不低于15℃，水壓試驗(yàn)后立即清除積水，并采用壓縮空氣將水漬吹干[1]。

（11）無(wú)損檢測(cè)：對(duì)A、B類焊縫進(jìn)行100%超聲波檢測(cè)，按JB 4730—1994Ⅰ級(jí)合格。A、B類焊縫內(nèi)外表面，以及接管與筒體 （封頭）相焊C、D類焊縫內(nèi)外表面，均進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了某石化公司循環(huán)氫壓縮機(jī)入口分液罐的制造過(guò)程和特點(diǎn)。按圖紙要求和技術(shù)協(xié)議，成功制造出高壓分液罐，其各項(xiàng)性能均達(dá)到預(yù)定要求。設(shè)備運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后，運(yùn)行良好，受到用戶好評(píng)。

[1] GB 150.1～150.4—2011壓力容器 [S].

[2] HG/T 20584—2011鋼制化工容器制造技術(shù)規(guī)定 [S].

[3] 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.TSG R0004—2009固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 [S].