二氧化碳閃蒸塔的制造及檢驗

張茹雅 翟得旺 武艷芳 王家祥

（大連金州重型機器有限公司)

二氧化碳閃蒸塔的制造及檢驗

張茹雅*翟得旺 武艷芳 王家祥

（大連金州重型機器有限公司)

介紹了二氧化碳閃蒸塔的結構特點，并對筒體、大直徑彎頭的制造工藝以及設備的水壓試驗和氣密性試驗進行了重點論述。

多腔容器 變形 薄壁 水壓試驗 氣密性試驗 閃蒸塔

0 前言

二氧化碳閃蒸塔是某公司16萬t/a煤基合成油示范工程低溫甲醇洗項目中的一臺重要設備。該設備的結構特點是直徑大、高度高、筒壁薄，且分為四個獨立腔體。其制造難度大，質量要求高。為此，特別編制了二氧化碳閃蒸塔組裝方案及質量控制措施，制作了一些專用工裝，嚴格按照設計院提供的施工圖紙和產品技術協(xié)議進行制造，保證了產品質量。

本文介紹了二氧化碳閃蒸塔的結構特點，并對筒體、大直徑彎頭的制造工藝以及設備的水壓試驗和氣密性試驗進行了重點論述。

1 二氧化碳閃蒸塔的結構特點和主要技術參數(shù)

設備結構簡圖見圖1，主要技術參數(shù)見表1。如圖1所示，該塔內徑為3000 mm，分為4個獨立的腔體，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。整塔總質量約為106 t，充水后總質量為 344 t（均不包括填料質量）。受熱處理爐尺寸和運輸條件等的限制，該塔分為兩段進行制造和運輸。上段總長為 19 895 mm，總質量約為53.93 t；第二段總長為 21 845 mm，總質量約為52.45 t。在用戶現(xiàn)場完成設備的最終合攏縫的組對焊接、無損檢測、熱處理、設備的水壓試驗和氣密性試驗等工序。

2 制造難點和關鍵點

2.1 筒體的制造

由于該塔直徑大、筒壁薄、剛度相對不足、自重產生的變形較大和筒體圓度偏差太大，所以必須嚴格控制筒體的變形?？刂仆搀w的變形，每一個工序都有相應的控制措施。下料尺寸為按筒體中徑展開再加上一定量的焊縫收縮量，對角線之差不大于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加工，在刨邊機上直接刨出。為保證其精確度，刨邊時另一邊用壓板壓緊，采用小吃刀量，這樣可使加工的坡口尺寸均勻，偏差較小。筒體卷圓時先在油壓機上預彎，然后在卷板機上滾圓。筒體滾制過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焊縫對口錯邊量≤3 mm，難度很大?？紤]到滾制時的反彈量，滾制過程中采用多次小壓力加壓，同時用樣板測量曲率。經(jīng)過多次壓制，達到了要求。筒體縱焊縫焊接后應進行校圓，縱焊縫加強高應打磨平滑，并用圓弧樣板檢查筒體圓度，間隙≤2 mm。對于筒體圓度超差的部位，可使用內撐胎在內部撐圓。內撐胎上的調節(jié)螺桿可調整內撐胎的局部尺寸大小，達到調節(jié)筒體圓度的目的。

筒節(jié)組對采用臥置組對。組對時應采用外卡箍卡圓，可有效地控制筒體焊接變形。外卡箍簡圖見圖2。外卡箍又像一個加強圈，起到了增強筒體剛性的作用。外卡箍與環(huán)縫距離不能太遠，位置應合適（根據(jù)筒體直徑大小不同）。太大了卡圓及加強作用減小，太小了焊機等所需的空間不夠。

表1 二氧化碳閃蒸塔主要技術參數(shù)

圖1 設備結構

圖2 外卡箍

塔體在分段熱處理以及運輸過程中，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)場組對合攏縫焊接時才拆除。

2.2 大直徑彎頭的制造

該塔上有多個大直徑彎頭， 材料是09MnNiDR。彎頭直徑大，材料特殊，外購成品不方便，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，見圖3。圖4是半邊展開圖。

彎頭的半邊展開計算公式為：

圖3 彎頭中徑R≤D

圖4 半邊展開圖

式中，1.7為沖壓成形時的偏移系數(shù)（實測確定）。

式中，S余為修整余量，一般S余=（2～2.5）δ，且不小于15 mm。

下料時應先按半邊展開圖作好樣板，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。彎頭壓形后應整體進爐進行熱處理,200 mm×300 mm母材試板隨爐熱處理。兩個半邊彎頭壓好后先打磨縱縫坡口，然后組對焊接成形。彎頭的端部坡口可由機床加工制成。該設備的幾個大彎頭，嚴格按圖紙尺寸及工藝要求制作，質量非常好。

2.3 設備整體預組裝

兩段塔體分別制造檢驗合格后，在制造廠內按JB/T 4710—2005的規(guī)定進行無間隙預組裝。對分段口處的環(huán)向焊接接頭對口錯邊量、分段口處的圓度、平面度以及塔體的總體直線度進行調整，以保證在用戶現(xiàn)場的組對工序順利進行。

預組裝檢驗合格后，在筒體分段坡口表面及其內外邊緣100 mm的范圍內涂可焊性防銹涂料。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記，并點焊現(xiàn)場組對定位工藝板，便于現(xiàn)場調整組對。

3 現(xiàn)場水壓試驗

該塔采用現(xiàn)場臥式水壓試驗。試驗壓力詳見表1。設備容積為238.4 m3，充水后設備最大質量約為344 t（不含填料質量）。該塔具有4個獨立的腔體，水壓試驗過程中應考慮兩相鄰腔體之間的壓力差，不應對相鄰封頭構成影響，因此其水壓試驗不能單個腔體獨立完成，而是4個腔體同時進行。具體過程如下所述。

3.1 水壓試驗的基本要求

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

壓力試驗前應對安全防護措施及試驗準備工作進行全面檢驗。試壓應在專用的場地進行，場地周圍設置警戒線，無關人員不得進入試壓場地。連接部位的緊固螺栓必須裝配齊全、緊固妥當。開口接管的方向應避免指向操作人員。水壓試驗前鉗工應逐個管口檢查其螺栓是否把緊，注水口、排氣口位置是否正確。試驗時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 壓力試驗過程

壓力試驗順序為：第一步Ⅰ腔，第二步Ⅱ腔，第三步Ⅲ腔，最后Ⅳ腔。

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

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

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

（4）最后向Ⅳ腔裝滿水進行水壓試驗，合格后泄壓排水。

水壓試驗后排水泄壓的順序為：第一步Ⅳ腔，第二步Ⅲ腔，第三步Ⅱ腔，最后Ⅰ腔。

排水泄壓的具體過程為：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，四個腔同時排水。

試驗過程中應保持容器觀察表面的干燥。試驗時，壓力應緩慢上升，達到規(guī)定壓力后，保壓時間不少于30 min。保壓過程中，人員不能靠近檢查，主要是觀察壓力表的指針是否回落。保壓結束后，將壓力降至規(guī)定試驗壓力的80%，并保持足夠長的時間對所有焊接接頭和連接部位進行全面檢查。檢查期間壓力應保持不變，不得采用連續(xù)加壓來保持試驗壓力不變。

壓力容器液壓試驗過程中，不得帶壓焊補、緊固螺栓或向受壓元件施加外力。壓力試驗過程中，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，應立即降壓停止試驗，并查明原因。

壓力試驗的合格標準為：無泄漏；無可見的變形；試驗過程中無異常的響聲。

設備水壓試驗發(fā)生泄漏時應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。當按要求重新緊固螺栓后，仍發(fā)生泄漏，則應泄壓、放水后檢驗墊片及密封面是否有缺陷，如有問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。

如果焊縫處發(fā)生泄漏，應先泄壓，然后將水排盡，并用壓縮空氣將容器內部吹干。由設計工藝人員制定返修方案。按返修方案對缺陷處進行返修，合格后重新升壓試驗。

水壓試驗完畢后，應將液體排盡并用壓縮空氣將內部吹干。

4 現(xiàn)場氣密性試驗

4.1 氣密性試驗的基本要求

該臺塔器應進行氣密性試驗，試驗壓力詳見表1。氣密性試驗介質為干燥、潔凈的空氣。試驗用空氣溫度不得低于5℃。氣密性試驗時對壓力表的要求與水壓試驗時對壓力表的要求相同。

4.2 氣密性試驗過程

氣密性試驗前應對安全防護措施及試驗準備工作進行全面檢驗。試壓應在專用的場地進行，場地周圍設置警戒線，無關人員不得進入試壓場地。連接部位的緊固螺栓必須裝配齊全、緊固妥當。開口接管的方向應避免指向操作人員。試驗前鉗工應逐個管口檢查其螺栓是否把緊，注氣口、排氣口位置是否正確。

氣密性試驗的試驗順序和泄壓順序與水壓試驗時相同。

試驗過程中應保持容器觀察表面的干燥。試驗時壓力應緩慢上升，達到規(guī)定試驗壓力后保壓足夠長時間。對所有焊接接頭和連接部位進行泄漏檢查。檢查期間壓力應保持不變，不得采用連續(xù)加壓來保持試驗壓力不變。壓力容器氣壓試驗過程中，不得帶壓焊補、緊固螺栓或向受壓元件施加外力。

試驗過程中，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，應立即降壓停止試驗，并查明原因。

氣密性試驗的合格標準為：經(jīng)檢查無泄漏，保壓不少于30 min即為合格。

設備氣密性試驗發(fā)生泄漏時，應采取的修理措施與水壓試驗時相同。

設備檢驗合格后，臥置交付使用。

5 結語

設備制造過程中制定了嚴密的方案，采取了相應的質量控制措施，使用了有效的工裝，保證了筒體、大彎頭等零件的制造質量，也使設備整體質量得以保證。特別是設備水壓試驗和氣密性試驗的合格實施，標志著該臺二氧化碳閃蒸塔的最終制造完成。該塔各項指標均達到了相應標準和技術條件的要求，為同類產品的制造和檢驗提供了可借鑒的經(jīng)驗。

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。