超大型复合板椭圆封头的制造

郭太平

(二重集团(德阳)重型装备股份有限公司，四川618013)



超大型复合板椭圆封头的制造

郭太平

(二重集团(德阳)重型装备股份有限公司，四川618013)

摘要：超大型复合板椭圆封头的制造过程比较复杂，工艺要求严格，本文介绍了椭圆封头的制造工艺过程。

焦炭塔是焦化工艺中的核心设备，也是炼油厂所有压力容器中使用环境最恶劣的设备之一。在焦化工艺中焦炭塔的工况是：周期性操作，反复加热和冷却，载荷交变，高压水冲刷，是低周低疲劳工况。同时，还处于S和H2S环境，介质腐蚀严重。焦炭塔的主要失效模式就是鼓包、开裂和耐蚀层脱落或破坏。

公司2012年承接的两台焦炭塔采用15CrMoR复合钢板制造，其筒体直径为∅9 800 mm，顶部的椭圆封头为标准椭圆封头，长轴9 800 mm，封头的制造、检验要求高。下面详细介绍该椭圆封头的制造。

1　椭圆封头分瓣

按照焦炭塔订货图上的接管方位，结合目前国内复合钢板尺寸，该椭圆封头为12+12+1的结构形式，分瓣温压成型后再进行组装。椭圆封头分瓣见图1。

2　椭圆封头下料

按照分瓣情况，每件椭圆封头共有顶盖1件，封头瓣片Ⅰ12件，封头瓣片Ⅱ30°7件，封头瓣片Ⅱ27°3件，封头瓣片Ⅱ34.5°2件。下料尺寸见图2～图4。

3　椭圆封头成型

成型前编制“封头采购技术规范”及椭圆封头订货图，成型过程中按以下要求进行控制：

图1　椭圆封头分瓣情况

图2　顶盖

图3　封头瓣片Ⅰ

(1)检查来料料片的厚度、尺寸大小是否与下料工艺相符，检查表面质量，对坯料进行100%UT检测，如有问题及时通知解决。

(2)去除料片四周的毛刺、飞溅和熔渣，并且修磨料片边缘棱角，以免后续加工时损伤工装模具和料片。顶圆板冷压前对复层进行贴纸保护。

(3)按椭圆封头的分带数量以及位置制作1/12瓣专用瓜瓣压制模具，以及顶圆球片模具。上、下模打磨光滑，去除棱角和毛刺。

(4)压制设备：3 000 t压片机和12 500 t油压机。

(5)制作第一带瓜瓣1/12瓣立体样板和顶

(a)30°(b)27°(c)34.5°

圆单样板。

(6)第一带加热工艺：料片入炉≤400℃，升速≤150℃/h,保温温度620～640℃，保温时间(90～100)min，出炉压制。

(7)用立体样板检测，四周间隙≤3 mm，如有不合格瓜瓣需要进行二次冷校形。顶圆板用单样板检测。

(8)按要求划坡口加工线，划检查线。

(9)沿坡口线先采用碳弧气刨去掉复合面后，采用半自动火焰切割机制作坡口(切割前需预热≥150℃)，并清理修磨坡口表面，对坡口尺寸进行检查，坡口表面进行100%PT或MT检测。

(10)预组装：在组装平台上按预组图进行组对，最后合拢的一块瓜瓣应根据其他几块组装后的尺寸再作调整，顶圆应三块板在下面预组成整圆后，再与瓜瓣进行组装。拼装时，需要点焊的部位须对点焊部位50 mm范围内预热≥150℃，且点焊应在基层进行，焊条牌号R307，焊疤去除后应对该处做MT检测。

(11)根据预组装情况进行编号，后期按预组装编号进行装焊。

(12)参照GB/T 25198—2010和图纸技术要求进行验收。

4　椭圆封头装焊

分瓣运至装焊位置后，分别在地平台上按预组装时的顺序及编号进行组装，组装完成后测量大端(与筒体相焊端)的外周长，测算出内直径大小，预估焊接收缩后与筒体组装时是否满足错边量要求。

选择抗裂性较好的焊接材料进行焊接，并严格按照NB/T 47014及产品技术条件的要求进行工艺评定。焊材化学成分及力学性能要求见表1、表2。

装配合格后采用焊条电弧焊进行焊接，焊接位置包括平焊、横焊、立焊。为减小焊接变形，主要采取以下工艺措施：

(1)焊前确认坡口的MT、PT检测报告合格，并清理坡口处的油污等杂质。错边量≤1 mm。

表1　R307BH焊条化学成分(质量分数，%)Table 1　Chemical composition of R307BH electrode (mass fraction, %)

表2　R307BH焊条力学性能Table 2　Mechanical property of R307BH electrode

(2)焊接之前，在坡口两侧200 mm范围不锈钢复层范围内刷白垩粉或防飞溅涂料。

(3)焊缝两侧150 mm内预热≥150℃。

(4)采用焊条电弧焊焊接内侧坡口。当内侧坡口焊接约20 mm时，翻转封头，从外侧对焊缝根部清根，打磨清根部位并进行100%MT检测(标准：JB/T 4730.4—2005Ⅰ级)。

(5)封头上的焊缝要求多人同时对称施焊。

(6)焊接过程中不断用样板对焊缝进行检测，当出现焊缝焊接变形引起的棱角达到2 mm时，立即停止当前的焊接改在反面焊接。正、反面焊接交替进行，避免出现较大的焊接变形，直至将焊缝焊接完毕。

(7)要求焊缝内侧焊至距离结合面1 mm左右停止，注意不允许焊肉熔合到不锈钢复层上。焊缝外侧焊接与周边母材圆滑过渡。

(8)焊接过程应保持连续，如因特别的原因必须要中断焊接工作，一定要保持≥150℃，直到焊接工作重新开始。

(9)焊接过程中及时清渣，观察焊道成型，出现不良焊道应及时处理，保证焊接质量。

(10)焊接完成后立即进行消氢处理。

(11)打磨焊缝表面与母材圆滑过渡(注意不得减薄母材)，达到焊缝模拟件的焊缝表面要求，焊缝内侧打磨时注意保护好周边不锈钢复层，防止铁离子污染。

(12)焊接过程中注意保护复合层。

(13)焊工代号说明：SMAW-FeII-1G-12-Fef3J是平位使用，SMAW-FeII-2G-12-Fef3J是横位使用，SMAW-FeII-3G-12-Fef3J是立向上使用。

焊接完成后再次测量大端(与筒体相焊端)的外周长，焊缝收缩量在控制范围以内，满足后期装配时的错边量要求。

5　焊缝的无损检测

焊接完成后，需按技术条件要求，对焊缝进行以下无损检测：

100% MT，标准：JB/T4730.4-2005，Ⅰ级；

100% UT，标准：JB/T4730.3-2005，Ⅰ级；

100% RT，标准：JB/T4730.2-2005，Ⅱ级(技术等级AB级)。

工装附件去除处进行100%MT检测，标准：JB/T4730.4-2005，Ⅰ级，并做好位置记录，有待PWHT后复查。

经实测，按照以上的要求进行焊接，两台焦炭塔的椭圆封头所有焊缝一次合格率达到99%。

6　结论

椭圆封头在制造过程中采取了合理的制造工艺，并严格控制每道工序的施工，很好地解决了封

头的制造难点。椭圆封头的成功制造，保证了整台焦炭塔产品的按期完成，同时也为类似超大型椭圆封头的制造提供了可行的经验。

参考文献

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[2]顾一天,贾桂茹.大型焦炭塔的设计及其改进[J].炼油技术与工程，2003(1).

[3]程先步.焦炭塔缺陷分析及防范措施[J].石油化工设备技术，2002(3).

[4]梁文彬.∅9800mm焦炭塔的设计与制造要点.压力容器，2010，27(3)：34-39.

编辑傅冬梅

关键词：复合钢板；椭圆封头；焊接；变形控制

Manufacture of Ultra-heavy Composite Sheet Oval Head

Guo Taiping

Abstract：Regarding to complicated manufacturing process and strict technical requirement of ultra-heavy composite sheet oval head, the paper has described manufacturing process flow of the oval head.

Key words：composite sheet; oval head; weld; deformation control

收稿日期：2014—10—24

中图分类号：TH49

文献标志码：B