峰环链式增长反应器制造技术

苏旭

摘 要：根据反应器制造过程中积累的经验，介绍了超重、盘管较多的峰环链式增长反应器的结构特点，并对制造过程中的一些关键制造技术，如内盘管环缝焊接、设备制造工艺流程等进行详细介绍，为后续该类型反应器的制造提供参考经验。

关键词：反应器制造；套管焊接；内盘管焊接；管束焊接

中图分类号： TH49 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）18-137-2

1 设备介绍

本台设备是一台反应器，材质为SA-516 70，总长度将近40米，总重量186吨左右，设备内件为78根由弯头连接的蛇形盘管，每根管子长36米，支撑盘管的结构为8块开孔支撑板。左右各为椭圆封头，卧式鞍座支撑结构。如图1：

2 主要制作技术要求

①焊接接头型式及尺寸应按ASME VIII-1 UW-9、UW-13【1】规定，角焊缝的焊角高度尺寸按较薄件厚度。所有受压部件连接焊缝均应为全焊透。②内盘管需做三次水压试验，对接焊缝外表面要打磨齐平，内部至少做25%内窥镜成像检测以保证内表面最大余高小于1.6mm。③对于每条纵焊缝，每条环焊缝和内部盘管的焊缝，至少要测6个点的硬度值，最大硬度值不能超过225HB。④筒体环缝组对错边量≤5mm；棱角度≤3.5mm；筒体总直线度≤1/1000L。⑤筒体环缝焊接时，筒体内部焊缝两侧加两圈环向钢性支撑工装，控制环缝焊接后收缩量，焊接时采用小的线能量和严格控制层间温度。⑥穿盘管时，需有人从人孔进入筒体内部进行引管，注意外部穿管人员与内部引管人员的配合，提高安全警示度。在穿管过程中管子外表面不允许有纵向拉伤。

3 设备制造

3.1 内支撑板的制作

内支撑板（多孔板）共8快，制作有很大难度，要保证支撑板的水平度，保证支撑板水平度后进而保证支撑板间各管孔的同心度。如每块支撑板水平度出现一点偏差，那么，在后期穿管时会导致每块多孔板的孔心不一致，无法穿入。另外，支撑板开孔处要焊接78个套管，双面角焊缝满焊如图2：（注：焊接方法为二氧化碳焊接，焊角高度5mm，且套管间距很近，外表面距离约43mm。）

3.1.1 支撑板管孔加工

①支撑板采用自动编程等离子切割下料，所有支撑板统一程序下料。②下料后加工管孔。钻孔时采用多孔钻床。按图3所示在第一块支撑板上划管孔线，并用铁铳点孔。③将8块支撑板重叠放在多孔钻平台上（已点孔板在上面），保证支撑板边缘平齐。将支撑板与平台用工装夹具夹紧。④钻孔时先选用小钻头钻孔，逐渐扩孔至要求尺寸。钻孔期间时刻检查夹具是否夹紧，支撑板是否有错位现象。钻孔后去除孔边缘毛刺，最终保证每个管孔尺寸Ф。

3.1.2 套管的制作， 焊接套管时注意事项

①焊接套管时必须使用夹具和70mm厚以上的钢板做平台，以支撑板实物为基准，在平台上放样，装焊固定支撑板用的卡子。将所有套管组装点焊后，支撑板外边缘每隔300mm弧长用一组卡子固定在厚钢板上，保证焊接套管时支撑板边缘不翘起、不产生波浪变形。②制作78个直径略大于套管外径的小厚圆片（厚度10mm以上），中间钻孔，将78根螺栓按套管中心位置焊接在厚钢板上，最后用螺母将小圆片压在套管上，保证焊接时不产生支撑板局部变形。③焊接的位置也要分散，不能相邻逐一焊接，必须整体间隔成Z型焊接，保证整个支撑板受热、散热尽量均匀，控制其变形。④最后将焊接飞溅、边缘毛刺打磨去除。

支撑板变形的备用整形方案：

①观察、分析支撑板变形状态，找出导致焊接变形的应力集中带。②用火焰割刀在应力集中带的背面反复移动加热（根据支撑板的厚度，加热的温度范围在800℃～1000℃），使其受热而应力得到释放，并配合以一定重量的重物施压支撑板，缓慢整形。最终达到水平度要求。

3.1.3 支撑板与筒体组装焊接，按图纸在筒体内部划线，预先组装并焊接支撑板垫板

①将支撑板需焊接的外缘部分用砂轮机打磨除锈，方便与垫板焊接。②先将筒体旋转至0°和180°上下位置，并用水平尺检测是否水平。③按预先划线组装第一块支撑板，用吊坠线和水平尺配合组装检查。保证支撑板的垂直度和水平度，点焊固定该支撑板。以此组装、点焊剩余支撑板。④在组装过程中使用水平尺、吊坠线检测。⑤最终在第一块支撑板上方用0.5mm钢丝两根，分别沿两侧拉至第八快支撑板，用来检测支撑板的整体组装水平情况。最后用一根0.5mm钢丝穿过8块支撑板上抽取的一个管孔，使钢丝贴于套管内表面，并随即抽取多个管孔检测，更精准地检测支撑板的同心度。

3.2 内盘管的制作

按要求选择的每根管子规格为12000mm×Φ114.3mm×13mm，故需将3根管子拼焊才能满足要求的规格36000mm长。最终每根成品管子存在两道拼接缝。且两条拼缝需100%射线探伤检测。内盘管焊接参数的预选择如表1（文章最后）。

3.2.1 盘管拼接注意事项

①由于盘管内介质为石蜡，粘稠度高，故对拼缝的内表面余高必须保证1.6mm以内。所以拼接时错变量必须严格控制在0.6mm以内，拼接间隙均匀，且焊接时打底焊的送丝量也要控制。②管子组对前要将待组装的两管头50mm范围的内外表面和坡口表面的油污、铁锈清理干净，且用风动打磨出金属光泽，以保证拼缝焊接时不产生气孔、夾杂等缺陷。③拼接时要使用加持工装将两管头夹紧，防止产生错边，且可以保证整根管子的直线度。④环缝焊接前用4组（8个）定向滚轮制作简易的滚轮架，放于地面调平。将拼好的管子放在滚轮架上，要保证整个管子于自由状态，保证其直线度。一端准备一台小变位机，夹持管子一端。变位机的作用是为管子的旋转提供了稳定的动力，因环焊缝的焊接方法是氩弧焊打底，手工焊填充盖面，手工焊焊接时必须保证管子定向匀速旋转。

3.2.2 盘管拼缝焊接缺陷分析

首先管子内外表面及坡口油污清理不干净，因为坡口的加工是利用车床加工的，上面存有油污，拼装前未清理干净，这是气孔产生的最根本原因。其次焊接操作工考虑内表面余高的控制要求（1.6mm內），故氩弧焊打底时不敢过多加丝，这是出现未焊透的根本原因。

3.2.3 弯头与直管的制作

36000mm长直管与弯头拼焊，最关键要注意弯头另一端必须与焊后一端保证180°，不能有太大的偏差，否则弯头与另一根直管合拢时会产生错边，甚至偏差过大导致无法装配的现象。具体如图4：

3.2.4 盘管入筒体工艺方案

①清理折流板套管及筒体内部，穿最下方一排管子。②用2部小型吊车将管子水平吊起，在管子前端放引头工装（如图5），对准支撑板管孔。③筒体内两支撑板间分别有人配合穿管（但要注意配合人员的安全，尤其是手的安全，要做到内外配合一致）。④后端用一辆叉车缓慢地将管子推进壳体内。穿管时注意调平，避免管外壁与套管端部接触出现划伤。⑤弯头与直管的合拢缝焊接位置较小，人员不容易操作，且大部分位置焊接时都看不见熔池。为了更好地提供焊接位置，在穿管束时选择如下方案，即对所有管子以排为单位，一侧单数排伸出，将焊缝露出，另一侧自然形成偶数排伸出，同样焊缝自然露出。这样可以相对解决焊接位置不好的问题。⑥将剩余盘管与弯头合拢缝按3.2进行组装、焊接。

3.2.5 设备水压试验

内盘管共需做三次水压，第一次是未进筒体之前（直管带弯头水压）；第二次是管子穿入筒体，所有弯头合拢缝焊接结束后；第三次是盘管与封头锻件焊接结束后。第二次水压后要注意必须将盘管管口处的水处理干净，如不去除干净，在拼焊锻件法兰时有水流出，对焊缝质量有很大影响。第三次水压后对盘管做露点试验，但盘管内的水很难去除干净，预计的方案是通压缩空气、通热空气、抽真空、充氮气，这些方案都是尝试，最后还是通过充氮气方法解决，最终露点试验合格通过。

4 结语

总结整体设备制造要点如下：

①设备筒体环缝焊接时，内表面环焊缝两侧需制作两圈钢性支撑工装，控制焊缝收缩变形。②支撑板制作焊接套管时需制作夹具工装将整块支撑板固定于后平台上，后焊接套管角焊缝，控制支撑板的变形，为盘管顺利穿入提供保障。③套管焊接时选择梅花桩型位置焊接，减小焊接热量集中，控制支撑板变形量。④内盘管拼接前清理焊缝两侧的油污、锈蚀、水汽。⑤盘管焊缝焊接选择焊接参数确定。如表2：⑥总装时采用奇、偶层盘管错位组装，便于合拢缝时焊缝的焊接。⑦设备水压后充入一定压力的氮气将盘管内水汽除净，保证盘管露点试验通过。