Lurgi甲醇合成塔制造質(zhì)量控制要點(diǎn)探析

李艷

（東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司， 四川 德陽(yáng) 618000）

甲醇是重要的化工材料，其生產(chǎn)及發(fā)展在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)重要地位。隨著甲醇工藝的發(fā)展，甲醇合成塔應(yīng)運(yùn)而生。甲醇合成塔為立式絕熱體，內(nèi)部?jī)?chǔ)存甲醇催化劑。隨著我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，甲醇的單元產(chǎn)量不斷增加，其核心設(shè)備甲醇合成塔的規(guī)格不斷增大，對(duì)其設(shè)計(jì)、材料、制造、檢驗(yàn)都提出了更高要求。本文列舉我公司某煤化工項(xiàng)目Lurgi甲醇合成塔，對(duì)制造過(guò)程中容易發(fā)生的質(zhì)量問(wèn)題，影響甲醇合成塔產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵工序、制造及檢驗(yàn)要點(diǎn)，以及如何強(qiáng)化質(zhì)量控制進(jìn)行探討。

1 設(shè)備技術(shù)特性及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

1.1 設(shè)備技術(shù)特性表

主要設(shè)計(jì)條件及參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)備技術(shù)特性表

1.2 設(shè)備零部件規(guī)格及材質(zhì)

主體材料及規(guī)格見(jiàn)表2。

表2 設(shè)備零部件規(guī)格及材質(zhì)表

1.3 遵循的規(guī)范及制造技術(shù)要求

按GB/T151-2014《熱交換器器》、GB/T 150-2011《壓力容器》、HG/T20584-2011《鋼制化工容器制造技術(shù)規(guī)定》，制造、檢驗(yàn)、驗(yàn)收，并接受TSG21-2016《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的監(jiān)督，同時(shí)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)單位提出的要求。

1.4 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

甲醇合成塔由上封頭組件、殼體、管系、下封頭組件、底座組件、配套附件等設(shè)備部件組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，外形簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖1 Lurgi甲醇合成塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2 Lurgi甲醇合成塔結(jié)構(gòu)外形圖

2 制造及質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.1 殼體組件

甲醇合成塔殼體從上至下主要分為五段筒體。圖紙技術(shù)要求：“筒體卷制完成后，其橢圓度不大于7mm；筒體直線度允差，任意3000mm長(zhǎng)圓筒段偏差不得大于3mm，總直線度允差為8mm”。筒體尺寸的精準(zhǔn)，特別是外殼終結(jié)環(huán)縫兩側(cè)的筒體制造精度直接關(guān)系到外殼的整體成形、整體焊接質(zhì)量以及外殼與管系套裝等項(xiàng)目關(guān)鍵性因素。保證殼體橢圓度及直線度，需要從鋼板下料的尺寸和形狀偏差、單節(jié)筒體卷圓及校圓尺寸精度、各筒節(jié)對(duì)接尺寸精度等多方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，以保證殼體裝配尺寸。

2.2 管板

管板為采購(gòu)鍛件毛坯，不存在拼接，回廠復(fù)驗(yàn)合格后車管側(cè)待堆焊面，待堆焊面100%MT，堆焊過(guò)渡層，焊后立即后熱處理，清理堆焊面并100%PT，堆焊面層，粗車堆焊面并進(jìn)行100%UT檢測(cè)，消除熱應(yīng)力，對(duì)管板及堆焊面精加工并100%PT，需注意圖紙要求的堆焊厚度及加工完成后的厚度。該產(chǎn)品甲醇合成塔兩管板規(guī)格φ4470×185，這種厚度較小、直徑較大的管板，其特性之一就是抗彎曲變形能力較低，在堆焊時(shí)將產(chǎn)生較大的變形，如果不能很好地滿足質(zhì)量要求，將對(duì)后續(xù)管板加工造成影響，使孔垂直度不滿足要求，繼而為換熱管穿管增加難度，使孔倒角時(shí)高低不平，換熱管與管板焊接焊縫不均勻等。因此，管板焊接變形成為制造廠必須要重點(diǎn)關(guān)注的制造難題。我公司采取了多種方法控制焊接變形，效果良好，如管板堆焊的反方向用多塊拉筋板強(qiáng)制進(jìn)行剛性固定，以抑制堆焊時(shí)所產(chǎn)生的變形；兩塊管板疊置交替堆焊控制焊接變形；根據(jù)堆焊管板管板堆焊變形趨勢(shì)，按變形的反方向進(jìn)行預(yù)變形控制；消除熱應(yīng)力消除焊接熱循環(huán)帶來(lái)的非常復(fù)雜的殘余應(yīng)力等。

2.3 管板孔

管板孔的加工精度是換熱管與管板連接組裝管束的關(guān)鍵，管板孔孔心距尺寸偏差的大小直接影響焊管、脹管的施工質(zhì)量。管孔采用數(shù)控四軸平面鉆進(jìn)行加工，數(shù)控鉆孔設(shè)備精度及能力是影響管板孔精度的關(guān)鍵因素。另外強(qiáng)化工藝焊接試驗(yàn)及工藝鉆孔試驗(yàn)，也是管板制造質(zhì)量控制的要素。根據(jù)圖樣和標(biāo)準(zhǔn)要求檢查孔徑尺寸，管板孔應(yīng)嚴(yán)格垂直于管板密封面，目視檢查管孔表面粗糙度Ra≤12.5μm，且表面不得有貫穿的縱向和螺旋向刻痕。同時(shí)還要保證孔橋尺寸（特別是鉆出面孔橋尺寸）的偏差在合理范圍內(nèi)。

2.4 支撐板

甲醇合成塔管系內(nèi)部為5塊整圓形支撐板，與外殼筒體內(nèi)徑單邊僅7.5 m m 間隙，厚度為δ30mm，支撐板超重。支撐板相對(duì)于管板位置而言是可調(diào)的，但離上管板組件最近的支撐板無(wú)工藝孔，如果支撐板定位不準(zhǔn)，將使得5000根換熱管無(wú)法順利穿入管板，增加穿管難度，因此支撐板尺寸精度必須要保證。支撐板的平面度允差3mm，相鄰兩管孔中心距偏差為±0.3mm，允許有4%相鄰兩孔中心距離偏差為±0.5mm，孔的表面粗糙度不大于Ra≤25μm。

2.5 管板與筒節(jié)焊接

甲醇合成塔制造時(shí)，管板與一段殼程筒節(jié)先焊成組件，再穿管和封口焊，最后焊接殼程筒節(jié)分段處環(huán)縫。由于管板外徑4470mm，有效厚度185mm，徑厚比24.2，壁厚相對(duì)較薄，且管板開(kāi)孔大而多，這樣管板與殼程筒節(jié)焊接時(shí)，管板容易發(fā)生變形。曾經(jīng)有項(xiàng)目就出現(xiàn)了管板與外殼筒節(jié)環(huán)縫焊接后管板變形，導(dǎo)致?lián)Q熱管無(wú)法穿管，或者換熱管穿管后長(zhǎng)度偏短的質(zhì)量問(wèn)題。為了解決此類變形問(wèn)題，我公司采取了多項(xiàng)措施進(jìn)行質(zhì)量控制。管板與殼程筒體環(huán)縫裝點(diǎn)后，外側(cè)采用手工電弧焊打底，內(nèi)壁清根，手工焊焊妥；焊后對(duì)打底層進(jìn)行100%RT+100%MT無(wú)損檢測(cè)；無(wú)損檢測(cè)合格后，再進(jìn)行穿管工序；穿管完成后，埋弧焊焊妥外側(cè)坡口；焊后打磨焊縫至探傷要求，最后進(jìn)行100%TOFD+100%UT+100%MT檢測(cè)。這種方案可以很好地控制焊接變形，并且打底層及焊完后均進(jìn)行了100%的無(wú)損檢測(cè)，焊接質(zhì)量得到了有效保證。

2.6 無(wú)損檢測(cè)

設(shè)備組焊后3 6 h，A、B 類焊接接頭進(jìn)行100%RT及100%MT檢測(cè)，并進(jìn)行100%UT檢測(cè)，C、D類焊接接頭及其他焊接接頭應(yīng)進(jìn)行100%MT檢測(cè)（公稱直徑≥200mm的接管與殼體的焊接接頭，應(yīng)進(jìn)行100%UT檢測(cè)）；然后進(jìn)行整體消除應(yīng)力熱處理。消除應(yīng)力熱處理36h后，所有A、B類焊接接頭進(jìn)行100%UT檢測(cè)，所有焊接接頭進(jìn)行100%MT檢測(cè)，C、D類焊接接頭及其他焊接接頭應(yīng)進(jìn)行100%MT檢測(cè)（公稱直徑≥200mm的接管與殼體的焊接接頭，應(yīng)進(jìn)行超聲檢測(cè)）；最后按設(shè)計(jì)技術(shù)特性表中的試驗(yàn)壓力進(jìn)行水壓和泄漏試驗(yàn)，合格36h后，所有焊接接頭進(jìn)行100%UT檢測(cè)，所有焊接接頭（包括修補(bǔ)部分）進(jìn)行100%MT檢測(cè)，C、D類焊接接頭及其他焊接接頭應(yīng)進(jìn)行100%MT檢測(cè)（公稱直徑≥200mm的接管與殼體的焊接接頭，應(yīng)進(jìn)行100%UT檢測(cè)）。設(shè)備組焊后36h，開(kāi)孔直徑≤250mm的B類對(duì)接接頭應(yīng)進(jìn)行100%MT檢測(cè)。水壓及泄漏試驗(yàn)合格36h后，上述B類對(duì)接接頭應(yīng)進(jìn)行100%MT檢測(cè)。

2.7 管板與換熱管的焊接

焊接接頭（管子、管板、管孔）裝配尺寸應(yīng)符合圖紙及規(guī)范要求。焊接前應(yīng)仔細(xì)清洗管板、用布砂輪打磨封口焊待焊區(qū)域，用封口焊清洗劑清除待焊區(qū)域的油污，用干凈不起毛白布擦拭待焊區(qū)域至白布清潔為合格，目視檢查，表面無(wú)浮銹、粉塵等異物。焊接時(shí)要選擇合理的焊接順序。首先應(yīng)從管板中心的管子-管板接頭逐漸向管板外緣，直至邊緣接頭進(jìn)行對(duì)稱施焊。持證焊工在焊接之前還應(yīng)進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練，訓(xùn)練時(shí)的管板孔幾何尺寸（厚度尺寸可以不同）及管子直徑、壁厚應(yīng)與換熱器相同。要求整個(gè)管子-管板接頭焊完第一層后，再施焊第二層，焊接順序與第一層相同，且焊接每完成一層，焊縫均需進(jìn)行100%PT檢測(cè)。

2.8 其他

（1）管程筒體采用內(nèi)壁堆焊6mm（過(guò)渡層3mm，面層3mm），管板堆焊7mm（過(guò)渡層3mm，面層4mm），堆焊層表面應(yīng)平整，平面度公差為1mm，堆焊層厚度均勻，最厚與最薄之差為≤1mm。堆焊后平面度如無(wú)法達(dá)到要求，表面處理的手段都是手工打磨，批磨工作量大，影響產(chǎn)品質(zhì)量和交貨工期。

（2）殼程筒體組焊后，應(yīng)進(jìn)行整體熱處理；上下管板與殼程/管程筒體間的焊接接頭及殼體最后一道環(huán)焊縫后進(jìn)行局部熱處理；熱處理后設(shè)備Cr-Mo材料焊接接頭（包括焊縫、熱影響區(qū)及母材）必須進(jìn)行硬度檢測(cè)，硬度HV10≤225。

（3）水壓試驗(yàn)用水的氯離子含量不得超過(guò)25mg/L，水壓試驗(yàn)后，設(shè)備內(nèi)表面經(jīng)干燥處理且不得有任何殘留液體存在，液壓試驗(yàn)時(shí)，液體溫度不得低于15℃。

（4）殼程水壓后殼側(cè)應(yīng)按NB/T47013.8-2012附錄D《氦質(zhì)譜儀滲漏檢測(cè)—吸槍技術(shù)》檢測(cè)換熱管與管板連接接頭可靠性；管程水壓后按NB/T47013.8-2012附錄D《氦質(zhì)譜儀滲漏檢測(cè)—吸槍技術(shù)》進(jìn)行氦檢漏。

（5）甲醇合成塔上保溫支撐圈鋪設(shè)密度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

（6）產(chǎn)品完工后整個(gè)設(shè)備內(nèi)外清潔度、表面質(zhì)量、油漆包裝質(zhì)量都應(yīng)是制造廠必須重點(diǎn)關(guān)注的質(zhì)量控制點(diǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)我公司甲醇合成塔廠內(nèi)制造情況，總結(jié)了Lurgi類型甲醇合成塔的質(zhì)量控制要點(diǎn)，本文列舉的主要為一些關(guān)鍵質(zhì)量控制節(jié)點(diǎn)。整個(gè)產(chǎn)品制造及檢驗(yàn)控制應(yīng)與其他壓力容器制造一樣必須加強(qiáng)過(guò)程質(zhì)量控制。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 鄭國(guó)光，于艷芬，王英德.φ3800甲醇合成塔的研制[J].石油和化工設(shè)備，2009，(2)：22-25.

[2] 周俊鵬，崔淑芬，劉海玲，等. 20萬(wàn)噸/年甲醇合成塔制造技術(shù)[J].中國(guó)化工裝備，2009，(4)：20-26.

[3] 王慶國(guó). 甲醇合成塔復(fù)合管板與S31500換熱管的焊接[J].化工設(shè)備與管道，2017，54(1)：20-24.

[4] 梁志偉. 甲醇合成塔技術(shù)簡(jiǎn)介[J].內(nèi)蒙古石油化工，2011，(21)：93-94.

[5] 宋全祝. 大型甲醇合成塔在煤化工項(xiàng)目中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代化工，2016，36(5)：133-137.