超大型薄壁压力容器(BYD反应器)制造技术

2015-01-13高亚萍张汤传梅郑红果

化工机械 2015年6期

高亚萍张凯汤传梅郑红果

(兰州兰石重型装备股份有限公司)

随着能源装置的规模化发展，化工设备大型化趋势越来越凸显。受运输条件限制，容器需由制造厂内和现场组装相结合完成制造工作。结合现场加工设备和环境的情况，本着优质、高效的原则，合理划分工作界面，利用开发的工装，采用成熟的制造和组装工艺，有效保证产品质量达到设计要求，是解决超大型容器的现场制造技术的关键。

1 项目介绍

1,4-丁二醇项目中的BDO装置已由几年前的年产3万t级发展到目前国内最大年产20万t级的水平。某项目中的BYD反应器是目前国产化最大规格的BYD反应器(图1)。设备规格DN6100mm×(46+3)mm×13196mm，设计压力1.725MPa(FV)，设计温度-16.4～150℃，设备净重196.3t。主壳体材料为Q345R+S31603复合钢板。设备为立置容器，壳体内置底部环管、中部盘管、过滤器及物料搅拌装置等。该设备壳体直径大，筒体壁薄，内部结构复杂，制造精度要求高，但受运输限制不能在厂内整体制造，壳体需分片发货到现场进行焊接组装，增加了设备的制造难度。

图1 BYD反应器结构简图

2 装备制造

2.1封头成型和组焊

BYD反应器设备封头为标准椭圆形封头，公称直径6 100mm，上、下封头共计62个开孔，其中上、下封头上26对过滤器接管的同心度要求不大于5mm，且开孔法兰端面与轴心线的垂直度要求不超过0.5mm，封头采用先拼焊后整体成型方式制造[1]。

首先根据板宽将封头分3瓣下料，考虑工艺减薄量和成型时表面的拉伸量，通过放样计算确定坯料厚度和直径尺寸，避开接管开孔确定分瓣位置(图2)。

图2 接管开孔和分瓣位置

封头板拼焊后整体热冲压成型，压制时坯料应与模具同心；成型后封头进行恢复性能的正火热处理，焊接接头进行100%RT+MT/PT无损检测。

根据设备开孔方位开制封头上接管孔，接管孔应避开拼接接头[2]。封头端口和中间开孔立车加工坡口，其余侧孔在数控落地镗铣床上一次加工成型，严格控制封头方位，并做好标记。制作装焊模板两件，方位标记一致；分别用于两个封头上26个过滤器接管的组焊和热处理；焊接时还应加装内壁防变形工装，严格控制变形量[3]。

封头上接管全部组焊完毕后整体进炉热处理[4]，热处理时要带全部支撑和工装，并且应注意装炉方位。封头整体热处理后对过滤器接管、搅拌器接管法兰密封面和内径在数控落地镗铣床上进行二次精加工，封头在立车上加工端面坡口，以控制法兰端面与轴心线的垂直度(≤0.5mm)，下封头中心搅拌口接管与设备轴线的同心度公差小于1mm，保证加工精度达到设计要求。

2.2筒体成型和组焊

反应器筒体展开长度19 300mm，筒体分3瓣下料和成型，运输至现场后组焊纵、环焊接接头。筒体展开长度计算公式为：

L=π(Di+δ)-ΔL

式中Di——筒体内径；

δ——筒体壁厚；

ΔL——成型过程中的伸长量(经验值)。

筒体板在卷板机上压头、卷制一次成型，制作专用发货支座固定筒节瓣片(图3)，避免运输造成二次变形。

图3 专用发货支座固定筒节瓣片

为控制筒节不圆度，筒节纵向焊接接头采用立置组装，加装组焊固定工装采用对称、立焊焊接，这样可有效防止焊接变形，焊后筒节不需重新校圆。筒体环向焊接接头采用传统的卧置组焊。筒体上接管法兰和附件全部组焊完成后整体进行焊后热处理。

筒体吊装前在端口加装刚性支撑，采用井字形，起吊位置应使工件受力均衡，防止起吊过程中局部受力不均造成变形和损伤。

2.3盘管制造

设备内部冷却盘管采用镍基合金SB-728(N08020)无缝钢管煨制，无缝管规格为φ114.3mm×3.05mm。由于管壁较薄，刚性较差，材料回弹性较大，煨弯时易造成压扁。通过工艺评定试验论证，采用专用模具在卷板机上进行盘管的煨弯，达到了预期效果。

2.4总装

按方位标记固定筒体与上下封头的位置，然后将环管及盘管等大型内件组焊好，并进行盘管水压试验，合格后再组焊上封头与筒节的环向焊接接头。组装下封头时，同时在上、下封头对应的过滤器接管内穿入定位杆和支撑盘工装以固定上、下封头，保持其方位一致，控制封头上26个过滤器接管的同心度不大于5mm；然后施焊筒体与下封头环向焊接接头。

为防止焊后热处理变形，筒体与上、下封头环向焊接接头均采用局部电加热进行最终消除应力热处理。

组焊完毕后，壳体焊接接头内表面和内部所有焊接接头用千叶轮打磨抛光至Ra6.3。全面检查反应器尺寸、精度和公差符合图样要求。检查结果见表1。