50万吨合成氨空分低压塔环焊缝菱角度超标原因分析

高竹云

（云南天鸿化工工程股份有限公司，云南 昆明 650093）

液化空气（杭州）有限公司承建的云天化集团公司50万吨合成氨项目的空分工程低压塔，因塔体较长，长途运输困难，筒体制造在液化空气（杭州）有限公司完成。所以将整个塔分成几段运输，然后在现场组焊。该低压塔设计参数如下：

设计压力：0.18MPa；

塔体内径：3850mm；

设备长度：32000 mm；

设计温度：-169℃；

材质：304不锈钢；

介质：O2+N2；

名义厚度：10mm；

原定设备在制造厂完成，整体运输到设备安装现场，但因塔体较长，无法满足长途运输的需要，故整个塔的制造方案为：塔体分成5段在制造厂完成所有设备制造工作（包括塔体内件的安装），为考虑设备在运输过程中设备内部的清洁，设备分段筒体两端用临时封头焊接密封，充0.05MPa氮气保护，然后将设备分段运输到安装现场进行现场组焊。

设备到达安装现场后，将设备临时封头割下，并将设备筒节按照顺序进行现场组焊。

?

1 焊缝检验结果

现场组焊组对后，对焊缝进行了检查，焊缝检验结果如表1。

根据GB150－1998《钢制压力容器》规定，设备菱角度最大为5mm。由表1可以看出，检验数据显示从180°～240°范围内棱角度超标比较严重，设备菱角度超标最大在240度位置，超过制造标准1.5mm，由设备图可知，在该处设有一个φ57的射线检验接管（如图2所示）。

现场组焊的环焊缝经检验发现棱角度超标，具体检验结果如表1所示。射线检验管口方位如图3所示，表中检验数据显示从180°～240°范围内棱角度超标比较严重，所以这次应力测试主要针对这一区域进行。

2 菱角度超标分析

经分析，产生菱角度超标的主要原因如下：

2.1 设备在运输过程中，为了保证塔内清洁干燥，筒体端部用临时封头密封，运抵现场后，用气割方法将封头割除，然后对筒体进行组焊，设备材料经过两次受热，产生热收缩从而导致设备焊接菱角度增加。

2.2 由于设备是分段制造完成，故设备塔体内件在制造厂已经安装完毕，设备两筒体组对时，无法采用双面焊进行焊接，只能在采用设备筒体内壁加垫板并在筒体内充氩气的方式进行焊接，设备在单面焊接的情况下，导致焊缝菱角度增大。

2.3 为了检测焊缝质量，在该环焊缝中心70mm处设有φ57的射线检验接管，该射线接管离焊缝较近（如图3所示），焊接过程中出现多次受热现象。

为了保证低压塔安全运行，我们对该环缝棱角度超标部位进行应力测试。根据设备的超标情况，我们把射线检验管口方位作为应力测试的主要测试区域进行。

3 应力测试与分析

应力测试采用型号为DH3818的静态应变测试仪两台，在棱角度较大的环焊缝区域，沿焊缝进行布片。布片方案如图4所示。

应力测试前先用角向磨光机和砂皮纸清除焊缝附近表面污垢，然后以有机溶剂对贴片位置进行擦洗。在每一点分别沿筒体轴向和环向贴两片应变片，贴片时做到应变片尽量靠近焊缝，应变片布置如图5。贴片完成后分别将应变片引线与导线焊接，并与应变仪相连。然后检应变片的电阻值，逐点进行预平衡。

?

应力测试过程与压力试验同步进行，因该塔设计压力P=0.18MPa，测试时将升压过程分为 0.05MPa、0.1 MPa和 0.18 MPa三个阶段，当压力升至上述压力等级时进行保压，并读取各点的应变数据。该塔内径为3850mm，厚度为10mm，属于薄壁容器，在内压作用下筒体上的应力可近似认为是两向应力状态，所以在测量得到的轴向和环向应变基础上，根据虎克定律可以计算各点的轴向和环向应力。测量应变值和应力计算结果见表2。

由表2可见，随着压力升高，应力增大，当内压达到设计压力时，各测点的轴向和环向应力均较大，最大应力为第7点的轴向应力，数值为113.5MPa。据GB150-98《钢制压力容器》查得，304不锈钢板常温下的许用应力为137 MPa，所以实测的最大应力小于许用应力，强度能满足要求。

4 结论

4.1 云天化集团公司50万吨合成氨项目的空分工程低压塔，因塔体较长，长途运输困难，筒体在制造公司完成分几段运输到现场后，按规范进行现场组焊；然后在现场组焊。

4.2 环焊缝经检验发现棱角度超标，特别是在180°～240°范围内棱角度超标比较严重，主要原因一是该设备材料经过两次受热，产生热收缩从而导致设备焊接菱角度增加，二是设备分段制造，现场组焊无法用双面焊焊接，只能在采用设备筒体内壁加垫板并在筒体内充氩气的方式进行焊接，设备在单面焊接的情况下，导致焊缝菱角度增大。

4.3 经过对焊缝棱角度超标部位的应力测试，其最大应力小于GB150-98《钢制压力容器》的许用应力，因此塔体能满足强度要求。

[1]国家技术监督局.GB150-1998钢制压力容器[M].北京：中国标准出版社.1998.

[2]郑津洋等.过程设备设计[M].北京：化学工业出版社.2001.

[3]袁彪.在用压力容器焊缝错边量和棱角度的检验与评定[J].压力容器，2001，8(6).

[4]刘大轰.在役压力容器上超标缺陷的评定[J].安全，1995(4).

[5]岑汉钊.化工机械测试技术[M].北京,化学工业出版社.1989.

[6]蒲汝军,王殿柱.关于测量错边与棱角度的方法[J].压力容器，2001(1).