淺談UOP吸附塔的制造技術(shù)

中國(guó)石油天然氣第七建設(shè)有限公司 山東青島 266300

1 設(shè)備概況

石油化工對(duì)二甲苯裝置的核心設(shè)備為吸附塔，其主要制造難點(diǎn)在于滿足專利商對(duì)清潔度和內(nèi)部流體分配裝置安裝的要求，特殊的工藝流程決定了吸附塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和超高的質(zhì)量要求。目前，國(guó)際上主要采用法國(guó)Axens公司和美國(guó)UOP公司的專利技術(shù)，中石油第七建設(shè)有限公司制造的吸附塔采用了UOP公司的PAREX模擬移動(dòng)床工藝技術(shù)，該技術(shù)的核心是通過11層環(huán)形室使液體產(chǎn)生螺旋流動(dòng)來(lái)達(dá)到預(yù)期的工藝效果。本項(xiàng)目產(chǎn)品主體直徑為5000mm，中心管直徑為910mm，材質(zhì)為Q345R正火，中心管外部有11層環(huán)形室，每層環(huán)形室周圈有1個(gè)DN250入口和8個(gè)DN80法蘭出口，入口延伸到筒體外側(cè)，中心管外側(cè)13層支撐圈與筒體內(nèi)側(cè)13層支撐圈一一對(duì)應(yīng)。

2 制作難點(diǎn)

UOP吸附塔的制造過程中要確保環(huán)形室、中心管與筒體同心安裝，這也是制造過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在。本設(shè)備圖紙中要求的尺寸公差如下：筒體內(nèi)壁和中心管外壁的偏移不超過指定公稱直徑的±0.5%；中心管安裝時(shí)要求與殼體同心，同心度偏差為3mm；在筒體內(nèi)壁和中心管之間的每個(gè)格柵支撐圈上表面平面度允許偏差為±3mm。

通過比對(duì)幾個(gè)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，要想達(dá)到圖紙精度要求，必須優(yōu)化傳統(tǒng)制作工藝，并嚴(yán)格控制筒體的橢圓度，嚴(yán)格控制每道工序的尺寸。

3 制作過程

3.1 筒體單節(jié)制作

塔體鋼板采用火焰切割下料，坡口采用火焰切割或機(jī)械加工。坡口為V型45°±2°外坡口，鈍邊5～6mm，坡口加工完成后應(yīng)進(jìn)行檢查，不得有裂紋、夾渣、切割豁口等缺陷。如采用火焰切割坡口，還需清除過熱層和氧化層，用磨光機(jī)將坡口打磨平滑，直至露出金屬光澤。

鋼板加工坡口后，依次進(jìn)行卷圓、焊接、校圓等工序，不再一一敘述。重點(diǎn)要保證每個(gè)單節(jié)的圓度≤8mm。

3.2 筒體制作

筒體分2段預(yù)制，其中下段帶一節(jié)裙座，如圖1所示。為保證筒體與中心管的同心度，分段預(yù)制時(shí)要求筒體橢圓度不大于8mm，直線度不大于3mm，必要時(shí)需要對(duì)每個(gè)單節(jié)都進(jìn)行支撐加固。

圖1 筒體分段示意圖

3.3 中心管制作

（1）中心管分2段預(yù)制，如圖2所示。

圖2 中心管分段示意圖

（2）根據(jù)封頭深度確定中心管預(yù)制尺寸。

（3）中心管分段預(yù)制時(shí)直線度不大于3mm。

3.4 基準(zhǔn)確定

3.4.1 標(biāo)高基準(zhǔn)確定

中心管臨時(shí)安裝在筒體下段內(nèi)，將下段筒體由臥式吊裝為立式，放置在平臺(tái)上；要保證測(cè)量的基準(zhǔn)線準(zhǔn)確，高度方向基準(zhǔn)線設(shè)置在筒體B1焊縫向上100mm處，所有接管開孔及內(nèi)件安裝均以此為基準(zhǔn)。在筒體內(nèi)外壁和中心管外壁均設(shè)置基準(zhǔn)線，如圖3所示。

圖3 高度方向基準(zhǔn)線示意圖

3.4.2 方位基準(zhǔn)確定

根據(jù)排板圖確定的0°、90°、180°、270°，按照實(shí)測(cè)筒體和中心管周長(zhǎng)按四等分算出每一等分弧度，在筒體內(nèi)外壁和中心管外壁畫出4個(gè)度數(shù)線，軸向方位以0°度數(shù)線為基準(zhǔn)。

3.5 安裝接管

所有筒體接管開孔號(hào)線按照?qǐng)D紙給出的標(biāo)高和方位進(jìn)行。接管的標(biāo)高中心均以設(shè)備內(nèi)壁為準(zhǔn)。同時(shí)要在開孔線外100mm打上4個(gè)檢查樣沖點(diǎn)，便于接管組對(duì)后的校準(zhǔn)。根據(jù)開孔線進(jìn)行火焰切割開孔，開孔后的切割豁口需及時(shí)補(bǔ)焊打磨，并進(jìn)行MT檢測(cè)。在豁口未處理完畢前，不得組對(duì)接管。根據(jù)開孔位置安裝接管配件，安裝后檢查接管外伸高度和周向方位是否滿足圖紙和標(biāo)準(zhǔn)要求。接管按照焊接工藝采用手工焊條電弧焊方法進(jìn)行焊接，焊接后還要按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

3.6 環(huán)形室、支撐圈的預(yù)制、安裝

3.6.1 環(huán)形室部件預(yù)制

每臺(tái)吸附塔有11層環(huán)形室，每層環(huán)形室有9個(gè)接口、1個(gè)入口（規(guī)格 DN250）、8個(gè)出口（DN80），如圖 4所示。

圖4 環(huán)形室示意圖

根據(jù)吸附塔中心管實(shí)際外徑尺寸切割環(huán)形室頂板和底板材料，側(cè)板下料后滾弧，弧度檢驗(yàn)合格后開孔；環(huán)形室出口接管整體預(yù)制，入口接管和法蘭不組焊，接管下毛料，單側(cè)加工好坡口。將中心管和環(huán)形室散件進(jìn)行噴砂除銹處理，除銹等級(jí)為Sa2.5，并涂刷VCI。

3.6.2 環(huán)形室安裝

3.6.2.1 安裝流程

號(hào)線→底板組裝→頂板組裝→側(cè)板組裝→斜側(cè)板組裝→焊縫焊接→無(wú)損檢測(cè)→出口接管和出口接管大小頭與側(cè)板組裝→接管焊接→無(wú)損檢測(cè)→堵板安裝堵板焊接→無(wú)損檢測(cè)。

3.6.2.2 安裝工藝措施

（1）根據(jù)環(huán)形室詳圖在筒體內(nèi)壁號(hào)線，號(hào)線采用紅外線放線儀，號(hào)線基準(zhǔn)以先前布置的基準(zhǔn)點(diǎn)為依據(jù)；

（2）組裝環(huán)形室，嚴(yán)格控制組對(duì)間隙，防止表面出現(xiàn)焊縫焊不透或者背面出現(xiàn)焊瘤；

（3）組對(duì)出口接管時(shí)，將周圈8個(gè)接管剛性固定在胎具上安裝接管；

（4）接管焊接時(shí)采用小規(guī)范，并采取對(duì)稱焊、分段焊、多層、多道焊等措施控制焊接變形，保證接管尺寸滿足公差要求。

3.6.3 支撐環(huán)安裝

支撐環(huán)安裝位置利用紅外線放線儀根據(jù)圖紙確定。支撐環(huán)分片預(yù)制，分片安裝。接頭焊縫開坡口全焊透，焊后將拼接焊縫和上側(cè)角焊縫打磨至與母材平齊。

3.7 下段中心管安裝

下段中心管采用臥式安裝，見圖5。中心管安裝時(shí)嚴(yán)格控制中心管與吸附塔塔體的同心度，最大限度地使中心管外壁到塔體內(nèi)壁的間距相等。

圖5 下段中心管安裝示意圖

下段中心管找正步驟如下：

（1）吸附塔下段筒體內(nèi)部搭設(shè)中心管調(diào)整用的腳手架。

（2）利用20t行車將下段中心管水平吊起順入吸附塔下段塔體內(nèi)，放置在臨時(shí)支撐上；筒體內(nèi)壁上搭設(shè)型鋼軌道，利用行走小車、倒鏈和行車，將下段中心管就位。

（3）利用水平儀找平中心管上端口，測(cè)量中心管高度基準(zhǔn)線和殼體高度基準(zhǔn)線的差值，根據(jù)測(cè)量得到的尺寸修正中心管裙座大口，保證兩個(gè)基準(zhǔn)線相差不超過1mm。用玻璃管水平儀逐層復(fù)測(cè)吸附塔內(nèi)壁與中心管外壁上的支撐圈的水平度并記錄；根據(jù)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)再次微調(diào)中心管裙座大口，保證吸附塔內(nèi)壁上的格珊支撐圈與中心管外壁上的格珊支撐圈上表面水平度控制在±3mm 以內(nèi)。同時(shí)，測(cè)量中心管外壁到吸附塔塔體內(nèi)壁尺寸并記錄，保證各相對(duì)數(shù)據(jù)的差值不大于5mm。下段中心管找正工作結(jié)束后，將其點(diǎn)焊在吸附塔下封頭上。

（4）調(diào)整結(jié)束后，焊接臨時(shí)支撐，使中心管固定。

（5）用分段退步焊的焊接方法焊接中心管裙座與吸附塔下封頭焊縫。

（6）將焊縫打磨光滑，不得有棱角和毛刺。

3.8 上段筒體和中心管安裝

上段筒體和中心管采用臥式組裝，將中心管放置在上段筒體內(nèi)，組對(duì)筒體環(huán)口，安裝上段中心管安裝。

上段中心管安裝步驟如下：

（1）上段中心管采用臥式組裝。

（2）上段中心管組對(duì)后，在上、下口位置各均布3根臨時(shí)拉撐，拉撐互成120°夾角。

（3）參照上述“下段中心管安裝的步驟（3）”來(lái)測(cè)量支撐圈平面度和中心管與塔體的同軸度數(shù)據(jù)值，并記錄。

（4）通過拉撐來(lái)調(diào)整中心管與塔體的同軸度不大于5mm；通過修正中心管環(huán)口來(lái)保證中線管支撐環(huán)與塔體上的對(duì)應(yīng)件在同一平面度上，平面度不超±3mm。

（5）用分段退步焊的焊接方法焊接中心管固定環(huán)焊縫。

（6）對(duì)中線管固定環(huán)縫按照要求進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

3.9 安裝裙座等配件

設(shè)備主體制作完成后，安裝裙座等配件。

3.10 熱處理和水壓試驗(yàn)

設(shè)備報(bào)檢合格后，進(jìn)行爐內(nèi)整體熱處理。熱處理合格后，依次進(jìn)行中心管、11層環(huán)形室和筒體的水壓試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)后，用凈化風(fēng)將中心管和筒體內(nèi)部吹干。

3.11 化學(xué)清洗

水壓合格后，對(duì)環(huán)形室采用化學(xué)清洗的方法清潔；清潔合格后吹干，并在每層環(huán)形室內(nèi)部充氮密封防護(hù)。

3.12 噴砂防腐

對(duì)筒體內(nèi)外壁、中心管外壁和環(huán)形室外壁徹底噴砂除銹，除銹等級(jí)為Sa2.5；除銹后，對(duì)中心管和筒體內(nèi)部充入N2進(jìn)行防護(hù)。同時(shí)，按技術(shù)要求進(jìn)行噴漆。

4 結(jié)論

最終，UOP吸附塔報(bào)驗(yàn)一次合格，尺寸和垂直度完全達(dá)到項(xiàng)目要求，焊接一次合格率100%，水壓試驗(yàn)一次合格。實(shí)踐證明，按照此方法制作UOP吸附塔是可行的，所制造的產(chǎn)品性能可靠，能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量。