環(huán)氧乙烷反應(yīng)器的制造難點(diǎn)和解決措施

張永強(qiáng)

（中國一重核電石化事業(yè)部，遼寧 大連 116000）

環(huán)氧乙烷（EO）的生產(chǎn)歷史長達(dá)60余年。如今EO生產(chǎn)技術(shù)基本上由Shell、SD、及UCC三家壟斷。目前，國內(nèi)引進(jìn)的EO技術(shù)為Shell和SD的專利，尤其是SHELL專利環(huán)氧乙烷技術(shù)適用于EO規(guī)模較大化工裝置，單臺已達(dá)30萬t/a以上。

1 某環(huán)氧乙烷反應(yīng)器結(jié)構(gòu)介紹

某環(huán)氧乙烷反應(yīng)器設(shè)備內(nèi)徑為6 750mm，換熱管長度為12 280mm，頂部采用橢圓形封頭，底部采用錐形封頭，支撐采用裙座和底封頭對接的結(jié)構(gòu)。筒節(jié)、封頭材料為SA-516-70鋼板，管板及接管法蘭材料為SA-765鍛件，裙座材料為Q345R鋼板。保溫材料為高溫離心玻璃棉，厚度為180mm。設(shè)備總高為24 782mm，總重為1 023t。

2 環(huán)氧乙烷反應(yīng)器的制造難點(diǎn)和解決措施

2.1 管板拼接

2.1.1 制造難點(diǎn)

由于管板直徑相對厚度較大，屬于較薄餅形鍛件，不易鍛造，需由兩半圓拼接而成，管板拼焊時極易造成變形，需要多次翻個焊接來控制變形量。在焊接過程中由于焊縫強(qiáng)度不夠，尤其是開始焊接和首次翻個時，管板自重會導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生裂紋。在拼焊后管板內(nèi)部的殘余焊接應(yīng)力的釋放也會影響鉆孔精度。

2.1.2 解決措施

A.為控制管板拼接時的變形量，在管板毛坯粗加工時盡可能保留最大厚度。加工拼接坡口時不需要把管板上下表面全部加工（整體減薄容易變形），這樣坡口兩側(cè)既便于焊接設(shè)備行走，又能滿足焊后無損檢測要求，也降低了管板焊接變形量。

B.為避免焊縫因管板自重產(chǎn)生裂紋，將兩塊管板（半圓）平吊至墊鐵上（坡口深度較大的面朝上），墊實(shí)管板，局部采用適當(dāng)厚度的薄鋼板、楔形鐵調(diào)平、墊嚴(yán)、墊實(shí)。在焊縫兩端焊接連接板，增加剛性連接。

C.為消除管板焊接后的殘余應(yīng)力，管板拼接完成后應(yīng)立即進(jìn)爐進(jìn)行熱處理，消除殘余應(yīng)力，提高管孔精度。

2.2 管板加工

2.2.1 制造難點(diǎn)

管板直徑大，管板孔數(shù)量多，共計10 815個，且管孔精度、位置度要求高。管板加工主要包括立車加工和鉆孔兩大部分，其中管板拼接后的立車加工過程需要嚴(yán)格控制，防止加工過程芯部減薄、測量厚度失真、加工后的延遲變形等。鉆孔工序不僅需要精密數(shù)控深孔鉆床，而且需要嚴(yán)密有效的檢測方法。

2.2.2 解決措施

A.管板拼接后，管板上下表面需要進(jìn)行加工，過程需要嚴(yán)格控制，采用超聲波測厚儀跟蹤檢測，防止芯部減薄、測量厚度失真，管板兩端面均留量15mm進(jìn)行震動時效，防止加工后的延遲變形。

B.管孔加工選擇數(shù)控BTA深孔內(nèi)排屑鉆床，鉆孔前通過試驗(yàn)件進(jìn)行數(shù)控程序和加工精度的調(diào)試和確認(rèn)，并檢測平面度。按照程序?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行模擬加工，檢查孔系正確性，對模擬加工的孔系檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行下序。然后進(jìn)行逐孔點(diǎn)窩，確認(rèn)孔系點(diǎn)窩位置無誤后進(jìn)行鉆孔。每組孔鉆完后進(jìn)行單個孔的尺寸精度和形位精度檢測并進(jìn)行記錄。

C.由于管板鉆孔后進(jìn)行熱處理會導(dǎo)致管板孔變形及影響管板孔表面質(zhì)量，管板的鉆孔時機(jī)應(yīng)選擇在整個上、下管板組件分別與管箱筒節(jié)組焊完成后。

3 支持板加工

3.1 制造難點(diǎn)

支持板共計7件，直徑為φ6 730 mm，厚度僅為26mm，支持板上管孔數(shù)量龐大，單件管孔數(shù)為33 017個，拼接后要進(jìn)行精整校平，支持板鉆孔前的平面度直接影響鉆孔精度。支持板的鉆孔精度決定了換熱管裝配精度，換熱管和支持板裝配間隙超標(biāo)將會在使用中產(chǎn)生共振，從而縮短設(shè)備使用壽命。為了順利組裝換熱管，不劃傷換熱管，就要求支持板管孔的同心度很高，對支持板管孔表面粗糙度要求也很高。

3.2 解決措施

A.支持板分兩個半圓拼接，拼接后精整校平，平面度保證在1mm以內(nèi)，避免因平面度影響鉆孔精度。

B.為確保7件支持板裝配精度，分兩組（4組+3組）進(jìn)行加工，每組支持板在外圓焊接連接板裝配后，先加工成φ35 mm通孔，然后7張支持板裝配在一起，用定位銷及外圓焊接連接板后，擴(kuò)孔至最終尺寸。

C.鉆孔過程中，每組孔鉆完后進(jìn)行單個孔的尺寸精度和形位精度檢測并按相應(yīng)記錄表格進(jìn)行記錄。鉆孔結(jié)束后對孔系進(jìn)行100%精度檢驗(yàn)，檢測工具為：內(nèi)徑百分表（測量直徑）通規(guī)、止規(guī)（快速檢測直徑）、中心距檢具（檢測孔心距）。

4 裝配換熱管

4.1 制造難點(diǎn)

換熱管的裝配是列管式反應(yīng)器的瓶頸，影響換熱管裝配的因素非常多。穿管前需要對管板分區(qū)確定長度，避免穿管后增加巨大的平管頭工作量。在換熱管頭部需要安裝導(dǎo)引頭來提高穿管速度和減少磕碰劃傷，在穿管中經(jīng)常會發(fā)生導(dǎo)引頭掉落殼體，穿管順序不當(dāng)也會引起支持板移位等穿管障礙。

4.2 解決措施

A.對換熱管逐根進(jìn)行內(nèi)、外徑的檢查，使用外徑檢具時需通過整個換熱管長度，使用內(nèi)徑檢具時需對兩端進(jìn)行檢查，不滿足要求的換熱管立即進(jìn)行修正或更換。對管板孔和管板孔坡口進(jìn)行清理，換熱管的兩管端采用拋光輪、砂紙打磨除銹及表面油污，清理后管端應(yīng)呈現(xiàn)金屬光澤。對于銹蝕嚴(yán)重的換熱管應(yīng)進(jìn)行全長度的除銹。

B.由于管板鉆孔前后個別區(qū)域受焊接、熱處理影響而平面度超差，導(dǎo)致不同區(qū)域換熱管伸出管板長度不均，為解決這一問題，穿管后要進(jìn)行管頭加工。

C.穿管時應(yīng)使用專用的導(dǎo)引頭輔助穿管，若穿管出現(xiàn)困難，穿管人員應(yīng)通過人孔進(jìn)入筒體內(nèi)部調(diào)整、引導(dǎo)導(dǎo)引頭穿過支持板孔。穿管時換熱管盡量與管束軸線保持平行，與管孔保持同心。每次穿管，導(dǎo)引頭必須鎖死，避免跌入筒節(jié)中。

5 結(jié)語

本研究對環(huán)氧乙烷反應(yīng)器的制造難點(diǎn)的解決措施已經(jīng)在后續(xù)環(huán)氧乙烷項目中多次實(shí)際驗(yàn)證，可以順利完成環(huán)氧乙烷反應(yīng)器的制造。