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摘要:在原有的热套式高压容器制造工艺中,深厚环焊缝焊接困难、检测困难,需经多次热处理,制造周期长、成本高等缺点逐渐显露出来。为了适应市场需求,在经过深入调查研究后,进行φ1800氨合成塔外壳设计与制造时采用化工行业标准HG3129-1998《整体多层夹紧式高压容器》制造工艺。该工艺的特点是:①各层层板的纵环焊缝相互错开,避免了大厚度的焊接、探伤和热处理;②材料利用率高,选材面广;③机械化程度高,层板夹紧装置操作灵活,夹紧力可控;④制造周期短,成本低。
关键词:整体多层包扎;技术进行;DN1800
中图分类号:TH49 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2010)04-0016-02
随着石油、化工、能源等加工业的工艺向着高温、高压和大型化的方向发展,原有的热套式高压容器制造工艺中,深度环焊缝焊接困难、检测困难,需经多次热处理,制造周期长、成本高等缺点逐渐显露出来。为了适应市场需求,在经过深入调查研究,在进行φ1800氨合成塔外壳制造时采用化工行业标准HG3129-1998《整体多层夹紧式高压容器》制造工艺。该工艺的特点是:①各层层板的纵环焊缝相互错开,避免了大厚度的焊接、探伤和热处理;②材料利用率高,选材面广;③机械化程度高,层板夹紧装置操作灵活,夹紧力可控;④制造周期短,成本低。
1设备制造、试验和验收所符合的标准规范
①压力容器安全技术监察规程;② GB150-1998《钢制压力容器》;③HG3129-1998《整体多层残夹紧式高压容器》;④GB6654-96《压力容器用钢板》;⑤JB4726-2000《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》;⑥JB/T4730-2005《承压设备无损检测》;⑦ JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》;⑧ JB/T4711-2003《压力容器涂敷与运输包装》。
2设备主要制造参数
工作压力:≤31.4 MPa
工作温度:筒体<200℃ 底部四通<400℃
设计压力:31.4 MPa
设计温度:筒体<200℃ 底部四通<400℃
物料名称:H2、N2、CH4、Ar、NH3
焊缝系数:内筒/层板1.0
全容积:45.9 m3
腐蚀裕度:3 mm
设备内径:φ1800+1.0+0
筒体厚度:32+12×14=200 mm
3设备总体结构制造说明
该设备按工艺提供的设计参数和条件图进行结构制造。该设备结构主要由球底封头组件、筒体、端部法兰、顶盖和上部三通五部分组成。上部三通开设气体入口和气体出口,球底封头开设排气口和备用口;球封厚度140 mm;设备筒体内径,由32 mm厚的内筒和14层12 mm厚的层板包扎而成;端部法兰和顶盖的高压静密封采用传统的双锥密封,该密封结构有成熟的设计及制造经验,密封可靠。其它管法兰密封采用透镜垫密封,主螺栓采用液压拉紧装置上紧,方便操作,主螺栓外伸部分用钢管保护,顶盖上设有顶丝和吊环螺钉,便于安装拆卸,为了避免深环焊缝问题,端部法兰和球形封头与筒体对接焊缝坡口采用三层阶梯式坡口。
4材料选用
材料的选择考虑了介质特性,材料的可焊性,冷热加工性能及实际运用经验。筒体及球形封头采用符合GB6654-1996《压力容器用钢板》标准的16MnR钢板,内筒及球封用16MnR钢板逐张进行超声波检测,符合JB/T4730.3-2005中的Ⅱ级规定,且逐张进行拉伸和夏比(V型缺口)00C冲击试验,球形封头用板材还应在正火状态下使用。端部法兰和顶盖采用20MnMoⅣ级锻件,上部三通采用1Cr5MoⅣ级锻件,符合JB4726-2000的规定。主螺栓采用高强度合金钢35CrMoVA,符合GB/T3077-1999标准规定。
5制造工艺编制
根椐标准和图纸要求,掌握整体多层夹紧式高压容器制造难点及控制要点,完成制造工艺的编制工作。制造工艺由冷热加工成形工艺、焊接工艺、热处理工艺组成。工艺对材料、零部成形尺寸、焊接、制造过程的控制要点、外观尺寸作了详细的要求。重点对层板包扎过程提出了严格的控制要求。
6检验工艺编制
检验工艺中的主要检验项目是材料、焊接(焊工资格、焊接坡口、焊前预热、焊接过程控制、焊缝返修、焊缝表面质量、焊工标志、焊接试板等)、成形组对(内筒、层板及外层板等)、无损检测、热处理、产品总检、压力试验等。重点是对封头、内筒及层板包扎等焊接过程进行严格的控制要求。
7产品的主要制造过程及控制要点
7.1材料
主要受压元件材料进行了化学成份、力学性能复验。详见复验报告。内筒筒节、球形封头用板材逐张进行超声波探伤检测,符合JB/T4730.3标准II级。并逐张进行拉伸和夏比(V型缺口)0℃冲击试验。顶盖、端部法兰等大型锻件符合JB4726-2000标准IV级要求;其它锻件符合JB4726-2000标准III级要求。
7.2内筒筒节成形
加工过程:备料→下料(打砂、划线、检测板厚、气割下料)→刨边(校平、按基准线找正刨一端基准线、按筒体展开长度尺寸二次划线、气割、按标准长度以基准线找正刨另一端)→预弯(用样板检查间隙应不大于1 mm)→滚圆(按Q/XHJ1053工艺守则进行预卷圆,纵缝组对不留间隙,组对错边量不大于0.3 mm,且两端延长部位组对焊接试板,端口错位应不大于2 mm,直线度允差不大于1 mm)→焊接→打磨→校圆(Q/XHJ10536-2000工艺守则)→100%RT→测量筒体上、中、下外周长→在内筒体外壁距两端口各250 mm位置上分别对称组对4块定位板→车环缝坡口→气割定位块并修磨光滑,修磨处进行100%MT检测,符合JB/T4730标准Ⅰ级。
控制要点:下料尺寸、刨边尺寸、预弯部位与标准弧长样板贴合间隙、筒节圆度、筒节直线度、纵向焊接接头间隙、对口错边量、棱角度、筒节端口错位、筒节长度、焊接试板等。
7.3球形封头
加工过程:备料(板材符合GB654-96的规定)→下料(按下料排图和Q/XHJ10544工艺守则划下线、下料)→热压成形→检验(外观质量和成形尺寸检查;测厚:Smin≥119 mm)→正火处理→划中心孔φ400 mm位置线,切割中心孔→打砂(清除内外表面氧化皮及铁锈)→100%MT检测→加工(平封头端面,留5 mm二次加工量)
控制要点:下料尺寸、成形尺寸、热压加热温度、终压温度、成形后的厚度等。
7.4其它零件的加工及成形:按工艺要求进行
7.5内筒、端部法兰及球形封头组件组焊
制造过程:准备→组对→预热→焊接→100%RT→组焊件整体消除应力热处理。
控制要点:环向焊接接头间隙、对口错边量、棱角度、端部法兰与球封组件同轴度、焊缝内外表面与母材平齐、设备总长、设备直线度等。
7.6层板筒节
成形过程:备料→钢板双面打砂除锈-划线、测厚(δ≥11.75 mm)、下料→校平(不平度应每米不大于3 mm) →刨边-划夹紧工艺孔位置线,钻孔→卷圆(执行Q/XHJ10536) →样板检查,贴合间隙≤1.0 mm。
控制要点:下料尺寸、刨边尺寸、预弯部位与标准弧长样板贴合间隙、筒节直线度、筒节端口错位、筒节长度、成形后样板贴合间隙等。
7.7层板包扎
准备。按图清点零部件,复验几何尺寸;检查包扎机械手是否满足工艺要求,备齐必要工具、夹具及工装等;确定包扎工艺夹紧力。
包扎。①将第一层层板套入内筒与端部法兰、球封头组件上;按具体包扎工艺图先用机械手、钢丝绳等工具对第一节层板预紧并定位好,注:每层层板的纵向焊接接头应均匀错开,相邻层板的纵向焊接接头之间的锐夹角α≥600,内层层板的环向接头与外层层板的环向接头错开的距离≥300 mm;②测量:环缝间隙:与端部法兰、球形封头为6 mm;层板与层板间隙为6~8 mm;层板端部错口≤1.0 mm;③移动机械手,将机械手的夹紧爪伸入层板的夹紧孔内,辅以工艺计算的夹紧力对层板进行夹紧;在夹紧时用锤对称敲打层板不同部位,使层板夹紧时均匀移动,减少贴合间隙;④测量:层板之间、层板与端部法兰、球封头环缝错边量≤0.8 mm;层板纵向接头间隙6~8 mm;径向间隙高度≤3.0 mm,任一端面间隙面积(径向间隙高度≥0.25 mm)≤250 mm2;⑤待检验确认合格后点固纵向对接接头;⑥按上述工序要求包扎其余各节层板并点固纵向对接接头(环向接头不点焊)。
按焊接工艺焊层板纵缝、层板与端部法兰环缝、层板环缝、层板与球底封头环缝,并打磨外表面焊缝与母材平齐。对层板与球形封头、端部法兰对接接头进行100%UT,符合JB/T4730标准Ⅱ级合格。
按上述工序要求依次包扎第二层、第三层、第四层、第五层、第六层、第七层、第八层、第九层、第十层、第十一层、第十二层、第十三层、第十四层,并按焊接工艺要求焊层板纵环缝,打磨外表面焊缝与母材平齐,对层板与球形封头、端部法兰对接接头进行100%UT,符合JB/T4730标准Ⅱ级合格。
用16 MnRδ12的堵板堵最外层层板φ53的工艺孔。按通用焊接工艺组焊其它零部件。按Q/XHJ10528工艺守则对壳体进行39.3 MPa的水压试验。
总检夹紧。包扎过程控制要点:层板贴合间隙、层板端部错口、错边量、纵缝间缝、层板松动面积等。
8制造过程需改进和完善之处
端部法兰、球封头环缝坡口加工时应与内筒筒节实际成形尺寸配作;层板筒节下料尺寸应按实测周长配;严格控制层板筒节滚弧;焊缝应稍低于母材;需增加包扎下顶装置,有利于层板底部贴合。
参考文献:
[1] 谭蔚.化工设备设计基础[M].天津:天津大学出版社,2007.
[2] GB150-1998,钢制压力容器[S].
[3] HG3129-1998,整体多层残夹紧式高压容器[S].
[4] GB6654-96,压力容器用钢板[S].
[5] JB4726-2000,压力容器用碳素钢和低合金钢锻件[S].
[6] JB/T4730-2005,承压设备无损检测[S].
[7] JB/T4709-2000,钢制压力容器焊接规程[S].
[8] JB/T4711-2003,压力容器涂敷与运输包装[S].
本文来源：http://www.zhangdahai.com/shiyongfanwen/qitafanwen/2023/0407/580760.html
