加氫反應(yīng)器的制造工藝探討

劉 斌，韓水強(qiáng)，劉繼玲，趙京峰，邢 芳

（大慶石化公司機(jī)械廠，黑龍江大慶163714）

加氫反應(yīng)器的制造工藝探討

劉 斌，韓水強(qiáng)，劉繼玲，趙京峰，邢 芳

（大慶石化公司機(jī)械廠，黑龍江大慶163714）

闡述了某柴油加氫脫硫裝置加氫反應(yīng)器的制造工藝和質(zhì)量控制措施。包括主體焊縫的窄間隙焊接，內(nèi)壁不銹鋼層堆焊，熱處理，整體水壓試驗等。采取合理的加工、組裝及焊接工藝，經(jīng)檢驗該加氫反應(yīng)器制造質(zhì)量優(yōu)良，完全滿足裝置安全平穩(wěn)運行的需要。

加氫反應(yīng)器；制造工藝；焊接；復(fù)檢

加氫反應(yīng)器是某煉油廠新建1 300 kt/a加氫脫硫裝置的核心設(shè)備。該反應(yīng)器為板焊立式熱壁反應(yīng)器，按壓力容器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，屬中壓三類設(shè)備。該設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量要求高，制造難度大。為滿足制造技術(shù)要求，制定了合理的工藝方案，采取了系列工藝保證措施，解決了窄間隙焊接、帶極堆焊等技術(shù)難題，設(shè)備經(jīng)檢驗及實際運行表明，制造質(zhì)量滿足設(shè)計圖樣要求［1］。

1 設(shè)備的設(shè)計參數(shù)

加氫反應(yīng)器主體材料為耐熱抗氫鋼12Cr2Mo1R，設(shè)備內(nèi)表面堆焊TP309L+TP347，堆焊層名義厚度為6.5 mm，金屬重量約280 t，設(shè)計參數(shù)見表1。

2 材料檢驗及復(fù)驗

加氫反應(yīng)器主體材料采用耐熱抗氫鋼12Cr2Mo1R，按照設(shè)計要求鋼板必須逐張進(jìn)行力學(xué)性能試驗、化學(xué)成分分析，晶粒度和非金屬夾雜物按同爐罐號、同厚度、同熱處理工進(jìn)行檢驗［2］。

所用材料必須具有生產(chǎn)廠提供的質(zhì)量證明書原件，證明書的項目應(yīng)符合材料訂貨技術(shù)條件的要求［3］。

表1 加氫反應(yīng)器設(shè)計參數(shù)

（1）鋼板：鋼板逐張按材料訂貨技術(shù)條件及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)檢驗收。鋼板要求執(zhí)行舞陽鋼鐵有限公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）鍛件：Ⅳ級鍛件逐件進(jìn)行力學(xué)性能、回火脆化傾向評定試驗、晶粒度、非金屬夾雜物和化學(xué)成分的復(fù)驗；Ⅲ級鍛件按批進(jìn)行力學(xué)性能、回火脆化傾向評定試驗（選取J系數(shù)最高的）、晶粒度、非金屬夾雜物和化學(xué)成分的復(fù)驗［4］。

（3）焊材檢驗及復(fù)驗：主體焊縫用焊材熔敷金屬的化學(xué)成分、抗拉強(qiáng)度、-30℃沖擊值、伸長率、斷面收縮率、高溫屈服強(qiáng)度、回火脆化傾向評定試驗結(jié)果滿足母材要求；

堆焊用焊帶熔敷金屬的化學(xué)成分、鐵素體含量滿足堆焊層要求；

堆焊用焊條熔敷金屬的化學(xué)成分、鐵素體含量、晶間腐蝕、宏觀金相滿足堆焊要求。

3 整體組裝順序

針對該臺加氫反應(yīng)器重量規(guī)格并考慮吊裝運輸?shù)男枰?，結(jié)合實際生產(chǎn)統(tǒng)籌，經(jīng)過多次討論，確定了合理的制造順序。

采取在廠房內(nèi)預(yù)制成10個部件，分別為：筒體分成7段；上球形封頭、上封頭鍛環(huán)和頂部人孔大法蘭組合件；下球形封頭與H形鍛件組合件；裙座組合件。

最終按照工藝文件要求將其組裝成整體，進(jìn)行爐內(nèi)整體消除應(yīng)力熱處理，整體運輸至現(xiàn)場。

4 關(guān)鍵制造工序

4.1 主體焊縫焊接

該設(shè)備殼體厚度100 mm，縱焊縫坡口采用數(shù)控火焰切割完成，環(huán)縫坡口采用數(shù)控立車加工完成?？v、環(huán)焊縫均采用窄間隙焊接，通過進(jìn)行多次焊接工藝評定試驗，最終焊評各項檢測結(jié)果完全滿足技術(shù)要求，焊接工藝評定檢測數(shù)據(jù)見表2。

表2 窄間隙埋弧焊工藝評定理化檢測結(jié)果

在實際焊接過程中，主要從3個方面進(jìn)行控制。

（1）焊接前的預(yù)熱溫度≥180℃；

（2）焊接過程中的線能量的輸入盡量采用下限值；

（3）焊接后中間消除應(yīng)力熱處理溫度控制在593～633℃之間。

4.2 帶極堆焊控制

為了滿足設(shè)備操作工況下的耐熱、耐蝕條件，該設(shè)備內(nèi)壁采用不銹鋼耐蝕堆焊層，耐蝕層堆焊總厚度6.5 mm；堆焊方法采用電渣堆焊。為了保證堆焊質(zhì)量，在進(jìn)行堆焊焊接工藝評定之前，先進(jìn)行了模擬試件的堆焊練習(xí)，在基本上掌握了堆焊設(shè)備各項操作要求后，再進(jìn)行堆焊焊接工藝評定制作。為了覆蓋所有堆焊焊縫，共制作了帶極堆焊、手工堆焊等3個焊接工藝評定。熱處理狀態(tài)為690～705℃×34 h，其中帶極堆焊、手工堆焊的焊接工藝評定檢測數(shù)據(jù)見表3，4。

4.3 接管焊接

加氫反應(yīng)器上共設(shè)置15個接管，所有接管與筒體的連接形式采用嵌入式對接結(jié)構(gòu)，接頭采用手工電弧焊焊接完成。需要注意的是，由于筒體內(nèi)壁均采用堆焊結(jié)構(gòu)，該次制造時采用整體堆焊后再進(jìn)行筒體機(jī)械開孔，接管坡口側(cè)的堆焊層需要采用手工打磨方式處理掉，且打磨后需進(jìn)行表面檢測，檢測結(jié)果合格后方可進(jìn)行接管組對、焊接。焊接過程中，要嚴(yán)格控制焊接參數(shù)，盡量采取多層多道焊接，每層焊道厚度應(yīng)不大于4 mm。

表3 帶極堆焊工藝評定理化檢測結(jié)果

表4 焊條電弧焊堆焊工藝評定理化檢測結(jié)果

4.4 熱處理過程控制

（1）中間熱處理：在加氫反應(yīng)器制造技術(shù)條件中要求“中間消除應(yīng)力熱處理（ISR）時金屬的最低溫度不得低于593℃，保溫至少4 h，且ISR不允許超過3次。”在制造過程中滿足了設(shè)計規(guī)范要求，將中間熱處理加熱溫度確定為613±20℃，并在拘束度大的焊縫位置采用了中間消除應(yīng)力熱處理。

（2）焊后最終熱處理：在設(shè)備制造完成后，采用爐內(nèi)熱處理的方式進(jìn)行了整體消除應(yīng)力熱處理。綜合焊材與板材的熱處理規(guī)范，并結(jié)合該廠多次工藝試驗的結(jié)果，最終確定焊后熱處理溫度控制在677~705℃之間。反應(yīng)器組焊后最終熱處理工藝為：≤400℃裝爐，升溫速度、降溫溫度滿足規(guī)范要求，恒溫溫度控制在677~705℃，保溫時間8 h。熱處理后對各道焊縫、兩側(cè)母材及熱影響區(qū)進(jìn)行了硬度檢測，檢測結(jié)果均小于等于210 HB，滿足規(guī)范要求的225 HB。

4.5 法蘭密封面二次加工

為保證法蘭密封面堆焊層密封性能不受熱處理的影響，所有法蘭密封面復(fù)層要求熱處理后堆焊并二次加工。加工采用便攜式密封面加工機(jī)進(jìn)行，最終加工后的法蘭密封面經(jīng)硬度檢測、滲透檢測、鐵素體檢測，并經(jīng)過最終水壓試驗驗證表明，密封要求滿足技術(shù)規(guī)定［5］。

5 整體水壓試驗

按照圖紙要求對設(shè)備進(jìn)行了水壓試驗，試驗結(jié)果無滲漏及異常響聲。

6 結(jié)論

（1）該設(shè)備采用合理規(guī)范的制造及檢驗方案，圓滿完成了加氫反應(yīng)器的制造工作，經(jīng)過各項檢驗、復(fù)驗以及各項無損檢測，檢測結(jié)果均滿足設(shè)計技術(shù)條件。

（2）2015年8月該裝置運行1 a后進(jìn)行了第1次停工檢修，在檢修過程中，使用單位委托特種設(shè)備檢測研究院對該臺加氫反應(yīng)器進(jìn)行了在役檢測，檢測結(jié)論合格。

［1］中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會.焊接手冊（第1卷）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：157-159.

［2］中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會.焊接手冊（第2卷）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：391-397.

［3］成大先.機(jī)械設(shè)計手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：10-16.

［4］國家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會.ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范國際性規(guī)范（第Ⅱ卷A篇鐵基材料）［S］.北京：中國石化出版社，2013：204-212.

［5］徐進(jìn)，孫克勤.加氫反應(yīng)器塔盤支撐臺制造工藝與質(zhì)量控制［J］.化工機(jī)械，2013，40（1）：110-112.

Discussion on manufacturing procedure for hydrogenation reactor

Liu Bin，Han Yongqiang，Liu Jiling，Zhao Jingfeng，Xing Fang
（Machinery Factory of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China）

This paper expounded the manufacturing process and quality control for the hydrogenation reactor of a diesel hydrodesulfurization unit,including the narrow gap welding of the integral welding joints,stainless steel overlaying of internal wall, heat treatment,and integral hydraulic tests.Proper machining,assembling and welding procedures were adopted.Inspection showed that the manufacturing quality of this hydrogenation reactor is fine,and totally meats the requirement for safe and smooth operation of the unit.

hydrogenation reactor;manufacturing process;welding;re-inspection

TE966

B

1671-4962（2017）01-0035-03

2016-09-24

劉斌，男，高級工程師，2002年畢業(yè)于佳木斯工學(xué)院機(jī)械制造工藝與設(shè)備專業(yè)，現(xiàn)從事壓力容器設(shè)計及制造技術(shù)管理工作。