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      鈦制脫碳四塔填料塔的制造及安裝

      2020-09-08 07:47:14魏小紅劉瑞君王哲
      遼寧化工 2020年8期
      關(guān)鍵詞:人孔施焊塔體

      魏小紅,劉瑞君,王哲

      (1.寶鈦裝備制造(寶雞)有限公司,陜西 寶雞 721014;2.天合東方(西安)安全氣囊氣體發(fā)生器有限公司,陜西 西安 710201;3.寶雞市質(zhì)量技術(shù)檢驗檢測中心,陜西 寶雞 721000)

      塔器是石化企業(yè)中特別重要的設(shè)備之一,隨著石化產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和裝置設(shè)備的逐步大型化,高徑比大的塔器日漸增多,這就對塔體直線度提出更高的要求。本臺脫碳四塔屬于填料塔,塔內(nèi)填充適當(dāng)高度的填料,以增加兩種流體間的接觸表面,液體從塔體上部進(jìn)入,沿填料表面下降。氣體則由塔體的下部通過填料空隙逆流而上,與液體密切接觸而相互作用。此類設(shè)備廣泛應(yīng)用于氣體吸收、蒸餾、萃取等操作。塔器整體使用鈦合金,而鈦合金的焊接容易產(chǎn)生氣孔及接頭脆化等缺陷,因此合理選擇焊接工藝參數(shù)能保證焊接質(zhì)量[1-3]。設(shè)備制造過程中,進(jìn)行了焊接工藝評定、產(chǎn)品施焊、無損檢測、水壓試驗、酸洗鈍化、涂裝及包裝發(fā)貨。文中主要從制造工藝、技術(shù)難點及現(xiàn)場安裝等方面探討了脫碳四塔的質(zhì)量控制措施。

      1 設(shè)備結(jié)構(gòu)特點及主要參數(shù)

      脫碳四塔的主體材質(zhì)為TA2,高度為50 m,直徑為1.8 m,高徑比大。采用TIG焊接,焊接材料符合NB/T47018,牌號為ERTA2ELI。其主要設(shè)計參數(shù)見表1,結(jié)構(gòu)示意圖及實物圖如圖1及2所示。

      2 焊接坡口設(shè)計

      鑒于脫碳四塔設(shè)備殼體主要材質(zhì)壁厚20 mm,設(shè)備整體采用TIG焊接方法,其坡口設(shè)計相對于該工藝本身的研究顯得尤為重要。不合理的坡口型式,容易造成焊縫夾渣、未焊透、未熔合、應(yīng)力集中和變形等缺陷,還會增加焊接工藝編制的難度,甚至無法形成較好的焊接接頭。

      圖1 脫碳四塔結(jié)構(gòu)示意圖

      采用雙Y型坡口,兩面施焊,受熱均勻,變形較小,焊絲消耗量較小,在板厚相同的情況下,雙Y形坡口比Y形坡口節(jié)省焊接材料1/2左右,而且脫碳四塔的筒體和封頭雙面焊接的可達(dá)性好。由于焊接過程中的接頭的橫向收縮影響,雙面施焊后坡口角度在焊接過程中及焊后有所減小,正面和背面Y型坡口角度大小相等,收縮減小基本一致,因此根據(jù)材料物理性能確定合適的坡口角度,以使焊接過程中焊縫寬度變化與工藝參數(shù)和焊槍寬度相匹配,從而保證焊接質(zhì)量。

      表1 設(shè)計參數(shù)

      圖2 脫碳四塔實物圖

      針對坡口設(shè)計與可能產(chǎn)生缺陷的關(guān)系考慮,主要針對鈍邊厚度B、根部間隙P、鈍邊的高度S、坡口角度β等參數(shù)進(jìn)行正交優(yōu)化試驗,尋找最佳匹配方式。并通過實際焊接最終確定坡口尺寸示意圖如圖3所示。

      3 制造工藝

      脫碳四塔設(shè)備的制造過程主要包括下料、刨邊、卷筒、組焊、校圓、無損檢測、劃線、開孔、內(nèi)件組焊、外部預(yù)埋件施焊、水壓試驗、酸洗鈍化、除銹涂裝及包裝發(fā)貨、現(xiàn)場組對施焊、安裝等工藝流程。

      3.1 筒體的組對和焊接

      筒體總長度43.25 m,分21節(jié)卷制成型后施焊,然后再拼接組焊。由于環(huán)縫數(shù)量多,累積誤差大,直線度及橢圓度不易控制,故首先把所有筒體置于操作平臺上,在其距上下端各100 mm處劃定位圓周環(huán)線。組對時以定位環(huán)線為基準(zhǔn)測量高度差,能到達(dá)到要求允差后,再施焊。其次,施焊過程中采用間斷對稱焊,減少熱輸入,進(jìn)而減少焊接變形,從而保證直線度要求。最后,采用防變形工裝,在筒體內(nèi)部設(shè)置米字型焊接支撐工裝,對筒節(jié)的橢圓度進(jìn)行控制。

      圖3 坡口尺寸示意圖

      3.2 人孔與筒體的組對與焊接

      整個設(shè)備共有人孔8個,均帶補強圈,人孔筒體為Φ530×18,開孔直徑大,且所有人孔均位于一個方位,焊接任務(wù)量大,合理的焊接節(jié)點圖能很好地控制變形,并且減少焊接材料的用量。人孔與筒體焊縫簡圖如圖4所示,可以看出,筒體的壁厚和補強圈上的坡口組成了雙Y型坡口。塔體內(nèi)外變形量一致,且互相限制。焊接時采取雙面焊熱輸入小,線能量低,焊縫成形質(zhì)量好。另外,焊接時在人孔內(nèi)做背板,反向支撐,也可以很好地保證焊接質(zhì)量的同時減小焊接變形。

      焊接過程中,采用正交試驗,通過合理組合焊接電流、焊接電壓及焊接速度,保證焊接質(zhì)量減小變形,得到合理的焊接工藝參數(shù)見表2。為了防止角變形及保證焊縫質(zhì)量,1、2層打底焊采用小電流低電壓,小的焊接速度。TIG 焊打底背面焊縫成形外觀良好,可以保證填充焊的實施。7、8層蓋面焊,由于焊縫表面積大,填絲時需要采取S型環(huán)繞法,且保證焊絲的橫向橫擺幅度小于焊絲直徑的3倍,可以減少熱輸入,控制焊縫質(zhì)量。蓋面層應(yīng)減慢速度,形成外觀良好的魚鱗型焊縫。按照以上焊接參數(shù)施焊,TIG 焊時焊縫表面成形美觀,呈現(xiàn)出均勻波紋狀,從外觀上看無任何缺陷。經(jīng)PT檢測,能達(dá)到Ⅰ級合格。

      圖4 人孔與筒體焊縫簡圖

      4 現(xiàn)場安裝施工方案

      脫碳四塔分上、下塔體分別施焊運輸,在上、下端筒體內(nèi)設(shè)置米字型支撐,防止運輸變形及橢圓度超差。在現(xiàn)場組對上、下段?,F(xiàn)場安裝包括裙座組件基準(zhǔn)找正、裙座組件與下塔體組件組對、下塔體組件與上塔體組件組對、安裝塔外部件、安裝塔盤及塔內(nèi)部件等。脫碳四塔設(shè)備運到現(xiàn)場后,應(yīng)先將基礎(chǔ)找平。將裙座組件整體吊裝按圖方位安放到位,先將裙座下端找平后,定為塔整體找正基準(zhǔn),將下塔體組件吊裝,以裙座組件下封頭端口面為基準(zhǔn),按方位將下塔體與裙座組件進(jìn)行組對并把上裙座螺栓。然后組對上下兩個塔體,校正合適后,采用環(huán)撐剛性固定方式,合理布局施焊順序,以減少焊接變形對塔體安裝精度的影響。

      表2 人孔與筒體焊接工藝參數(shù)

      5 結(jié) 論

      1)采用雙Y型坡口能很好地減少變形量,與Y型坡口相比節(jié)省焊接材料1/2。

      2)制造過程中對定位圓周環(huán)線的控制能保證直線度滿足要求。

      3)采取合理的焊接工藝參數(shù)及人孔內(nèi)部設(shè)置背板,能很好地減小焊接變形。

      4)塔體分段處的筒體內(nèi)部設(shè)置米字型支撐能保證橢圓度要求,降低現(xiàn)場安裝的難度。

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