环氧乙烷反应器的制造难点和解决措施

张永强

（中国一重核电石化事业部，辽宁 大连 116000）

环氧乙烷（EO）的生产历史长达60余年。如今EO生产技术基本上由Shell、SD、及UCC三家垄断。目前，国内引进的EO技术为Shell和SD的专利，尤其是SHELL专利环氧乙烷技术适用于EO规模较大化工装置，单台已达30万t/a以上。

1 某环氧乙烷反应器结构介绍

某环氧乙烷反应器设备内径为6 750mm，换热管长度为12 280mm，顶部采用椭圆形封头，底部采用锥形封头，支撑采用裙座和底封头对接的结构。筒节、封头材料为SA-516-70钢板，管板及接管法兰材料为SA-765锻件，裙座材料为Q345R钢板。保温材料为高温离心玻璃棉，厚度为180mm。设备总高为24 782mm，总重为1 023t。

2 环氧乙烷反应器的制造难点和解决措施

2.1 管板拼接

2.1.1 制造难点

由于管板直径相对厚度较大，属于较薄饼形锻件，不易锻造，需由两半圆拼接而成，管板拼焊时极易造成变形，需要多次翻个焊接来控制变形量。在焊接过程中由于焊缝强度不够，尤其是开始焊接和首次翻个时，管板自重会导致焊缝产生裂纹。在拼焊后管板内部的残余焊接应力的释放也会影响钻孔精度。

2.1.2 解决措施

A.为控制管板拼接时的变形量，在管板毛坯粗加工时尽可能保留最大厚度。加工拼接坡口时不需要把管板上下表面全部加工（整体减薄容易变形），这样坡口两侧既便于焊接设备行走，又能满足焊后无损检测要求，也降低了管板焊接变形量。

B.为避免焊缝因管板自重产生裂纹，将两块管板（半圆）平吊至垫铁上（坡口深度较大的面朝上），垫实管板，局部采用适当厚度的薄钢板、楔形铁调平、垫严、垫实。在焊缝两端焊接连接板，增加刚性连接。

C.为消除管板焊接后的残余应力，管板拼接完成后应立即进炉进行热处理，消除残余应力，提高管孔精度。

2.2 管板加工

2.2.1 制造难点

管板直径大，管板孔数量多，共计10 815个，且管孔精度、位置度要求高。管板加工主要包括立车加工和钻孔两大部分，其中管板拼接后的立车加工过程需要严格控制，防止加工过程芯部减薄、测量厚度失真、加工后的延迟变形等。钻孔工序不仅需要精密数控深孔钻床，而且需要严密有效的检测方法。

2.2.2 解决措施

A.管板拼接后，管板上下表面需要进行加工，过程需要严格控制，采用超声波测厚仪跟踪检测，防止芯部减薄、测量厚度失真，管板两端面均留量15mm进行震动时效，防止加工后的延迟变形。

B.管孔加工选择数控BTA深孔内排屑钻床，钻孔前通过试验件进行数控程序和加工精度的调试和确认，并检测平面度。按照程序对产品进行模拟加工，检查孔系正确性，对模拟加工的孔系检验合格后方可进行下序。然后进行逐孔点窝，确认孔系点窝位置无误后进行钻孔。每组孔钻完后进行单个孔的尺寸精度和形位精度检测并进行记录。

C.由于管板钻孔后进行热处理会导致管板孔变形及影响管板孔表面质量，管板的钻孔时机应选择在整个上、下管板组件分别与管箱筒节组焊完成后。

3 支持板加工

3.1 制造难点

支持板共计7件，直径为φ6 730 mm，厚度仅为26mm，支持板上管孔数量庞大，单件管孔数为33 017个，拼接后要进行精整校平，支持板钻孔前的平面度直接影响钻孔精度。支持板的钻孔精度决定了换热管装配精度，换热管和支持板装配间隙超标将会在使用中产生共振，从而缩短设备使用寿命。为了顺利组装换热管，不划伤换热管，就要求支持板管孔的同心度很高，对支持板管孔表面粗糙度要求也很高。

3.2 解决措施

A.支持板分两个半圆拼接，拼接后精整校平，平面度保证在1mm以内，避免因平面度影响钻孔精度。

B.为确保7件支持板装配精度，分两组（4组+3组）进行加工，每组支持板在外圆焊接连接板装配后，先加工成φ35 mm通孔，然后7张支持板装配在一起，用定位销及外圆焊接连接板后，扩孔至最终尺寸。

C.钻孔过程中，每组孔钻完后进行单个孔的尺寸精度和形位精度检测并按相应记录表格进行记录。钻孔结束后对孔系进行100%精度检验，检测工具为：内径百分表（测量直径）通规、止规（快速检测直径）、中心距检具（检测孔心距）。

4 装配换热管

4.1 制造难点

换热管的装配是列管式反应器的瓶颈，影响换热管装配的因素非常多。穿管前需要对管板分区确定长度，避免穿管后增加巨大的平管头工作量。在换热管头部需要安装导引头来提高穿管速度和减少磕碰划伤，在穿管中经常会发生导引头掉落壳体，穿管顺序不当也会引起支持板移位等穿管障碍。

4.2 解决措施

A.对换热管逐根进行内、外径的检查，使用外径检具时需通过整个换热管长度，使用内径检具时需对两端进行检查，不满足要求的换热管立即进行修正或更换。对管板孔和管板孔坡口进行清理，换热管的两管端采用抛光轮、砂纸打磨除锈及表面油污，清理后管端应呈现金属光泽。对于锈蚀严重的换热管应进行全长度的除锈。

B.由于管板钻孔前后个别区域受焊接、热处理影响而平面度超差，导致不同区域换热管伸出管板长度不均，为解决这一问题，穿管后要进行管头加工。

C.穿管时应使用专用的导引头辅助穿管，若穿管出现困难，穿管人员应通过人孔进入筒体内部调整、引导导引头穿过支持板孔。穿管时换热管尽量与管束轴线保持平行，与管孔保持同心。每次穿管，导引头必须锁死，避免跌入筒节中。

5 结语

本研究对环氧乙烷反应器的制造难点的解决措施已经在后续环氧乙烷项目中多次实际验证，可以顺利完成环氧乙烷反应器的制造。