第50卷第6期化工設(shè)備與管道Vol. 50 No.62013年12月PROCESS EQUIPMENT & PIPINGDec. 2013大型甲醇合成塔的制造技術(shù)王文全，王風(fēng)友，岳偉，符治，楊文峰(中核集團(tuán)西安核設(shè)備有限公司，西安710021)摘要從材料、成形、加工、焊接、熱處理和無損檢測等方面介紹了250 kt/a甲醇合成塔的關(guān)鍵制造技術(shù)特點(diǎn)。關(guān)鍵詞甲醇合成塔; 成形;加工;焊接;熱處理;無損檢測中圖分類號: TQ 050.6; ThH 16文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A文章編號: 1009-3281 (2013) 06-0019-006為某單位制造的250kt/a甲醇合成塔按結(jié)構(gòu)形表1技術(shù)特性式屬固定床式換熱反應(yīng)容器，是目前國內(nèi)同類合Table 1 Technique parameter table成塔中單體規(guī)模最大的。設(shè)備規(guī)格φ4 014 mmX技術(shù)參數(shù)殼程管程設(shè)計(jì)壓力/MPa5.8.713 881 mmX66 mm;殼體材質(zhì)20MnMoNi55;封設(shè)計(jì)溫度/C270275頭材質(zhì)15CrMoR;換熱管材質(zhì)S31803，數(shù)量4309工作壓力/MPa3..9根，規(guī)格φ44mmX2mmX7000mm;管板材質(zhì)工作溫度(進(jìn)出) /C220- 250225- 25520MnMoNi55堆焊308L，規(guī)格124+7 mm;換熱面工作介質(zhì)鍋爐給水合成氣、觸媒積3997m;設(shè)備總質(zhì)量203120kgo.水壓試驗(yàn)壓力MPa6.875 (臥試)11.3 (臥試)氣密性試驗(yàn)MPa甲醇合成塔結(jié)構(gòu)簡圖見圖1,技術(shù)特性見表1,腐蝕裕量/mm設(shè)備主要材料化學(xué)成分見表2，力學(xué)性能見表3。該換熱面積m23 997設(shè)備自投人使用后運(yùn)行一直良好，下面筆者就從主要1甲醇合成塔制造工藝1131零部件材料性能、成形加工、焊接、熱處理和無損檢測等方面介紹以下250kta甲醇合成塔的關(guān)鍵制造技由圖1結(jié)構(gòu)圖可見，此設(shè)備結(jié)構(gòu)較為特殊。術(shù)特點(diǎn)，希望對同行有所幫助。(1)設(shè)備的上、下管板是鑲嵌在加強(qiáng)段簡體內(nèi)部,且均為雙面全焊透結(jié)構(gòu)，焊肉較厚,因而易使管板產(chǎn)生焊接變形;(2)設(shè)備的支持板為整圓，決定了筒體的最終合攏焊縫必須在筒體的中間部位，且此條焊縫只能進(jìn)行局部熱處理;(3)設(shè)備的上、下封頭只有在換熱管與管板組焊完畢，殼程壓力試驗(yàn)合格后，才能與簡體組焊，且兩道環(huán)焊縫也只能做局部熱處理;(4)換熱管必須在組裝前逐根進(jìn)行水壓試驗(yàn)，合格后才能用于組裝: .(5)換熱管與管板連接方式采用強(qiáng)度焊加貼脹，管箱簡體內(nèi)壁需進(jìn)行帶極堆焊。收稿日期: 2013-07-12圖1甲醇合 成塔結(jié)構(gòu)作者簡介:王文全(1967-)，男，陜西西安人，工程師。從事Fig.1 The sketch of the equipment structure壓力容器的制造工作。2013年12月王文全，等.大型甲醇合成塔的制造技術(shù).21.后用壓力機(jī)預(yù)彎壓頭，在卷板機(jī)上溫卷成形，經(jīng)焊接、板超差形變進(jìn)行點(diǎn)壓校正。后熱、焊縫磨平、校圓及焊縫檢驗(yàn)后進(jìn)行中間熱處理。1.5 換熱管與管板脹接考慮溫?zé)岢尚尾牧系难诱剐约肮馨屙樌M對等因素，為保證液壓脹管時(shí)的脹接質(zhì)量，管板孔的加工在筒體下料過程中應(yīng)嚴(yán)格控制下料展開對角線尺寸垂直度、管間距和孔的公差尺寸至關(guān)重要，應(yīng)在數(shù)誤差< 2 mm。筒節(jié)寬度按排板圖的尺寸，兩側(cè)各留控鉆床上完成管板孔的加工工序，管孔粗糙度不大15 mm的環(huán)焊縫坡口車削余量。于3.2 um。1.3坡口加工脹接前先計(jì)算脹接壓力進(jìn)行試脹并確定合理的簡體縱、環(huán)焊縫均采用窄間隙坡口，筒節(jié)拼接脹管率,換熱管伸出長度、脹接長度和位置應(yīng)符合工焊縫采用對稱雙U窄間隙坡口，合攏焊縫采用U +藝要求。v坡口形式，刨邊機(jī)上完成坡口加工。合攏焊縫采用1.6 無損檢測V + U坡口形式，筒體削薄及環(huán)焊縫坡口在大型立對鉻鉬鋼焊接接頭，需在消氫后經(jīng)24h間隔做式車床上加工完成，對坡口進(jìn)行磁粉檢測(MT)。RT或UT檢驗(yàn)。1.4管板堆焊及加工對殼體A、B類焊接接頭進(jìn)行100%RT+20%由于管板直徑(3 800 mm)較大,相對厚度(124UT, RT- II級合格+UT- I級合格:對殼體C、D類mm)較小，在帶極堆焊時(shí)易產(chǎn)生較大的變形。為最焊接接頭，100%MT-I級合格;對DN≥250mm大限度消除管板焊后變形，堆焊工藝采取以下措施:接管與長頸對焊法蘭、接管與接管連接的對接接頭進(jìn)(1)確定合理的焊接工藝和焊接次序;行100%RT- I級合格; DN < 250 mm時(shí)100%MT-(2)板材粗加工時(shí)對非堆焊面留量，堆焊后與I級合格。管板與殼體焊接接頭100%UT- I級合格。堆焊面同時(shí)加工到圖樣尺寸:對管板與換熱管角接接頭進(jìn)行100% PT- I 級合格。(3)將兩塊管板背靠背貼緊，剛性固定，在完除管板與換熱管角接接頭外，殼體上所有焊接接頭在成過渡層堆焊、消氫處理，面層堆焊并消除應(yīng)力熱處熱處理和水壓試驗(yàn)后均需進(jìn)行100% MT- I級合格。理后解除鋼性連接固定;1.7 總裝(4)采用帶極堆焊，交叉堆焊兩塊管板，即從根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)及熱處理工序的設(shè)置，確定設(shè)備中心起焊，相鄰兩層堆焊方向相互垂直;組焊、總體組裝順序(見圖2)。(5)在壓力機(jī)上對采用以上措施難以消除的管焊接、無損檢測下封頭+裙座+接管下封頭組件熱處理上封頭+接管[ 焊接、無損檢測上封頭組件下管板+加強(qiáng)段下管板組件+下簡體+接管上管板+加強(qiáng)段| 焊接、無損檢測拉桿、支撐板組裝熱處理.|穿上管板組件+上簡體+接管殼程液壓試驗(yàn)]←[ 焊接(第1層焊后氣密性試驗(yàn))一[ 脹摟]~殼程泄漏試驗(yàn)|焊接、無損檢測和熱處理管程液壓試驗(yàn)+ 管程泄漏試驗(yàn) - + 循環(huán)U環(huán)管接口預(yù)組對圖2組焊組裝工藝Fig. 2 The artwork of the welding-assemble.22.化工設(shè)備與售道第50卷第6期裂紋。消除應(yīng)力熱處理時(shí)，接頭再次處于高溫，易產(chǎn)2焊接工藝1451生再熱裂紋。低合金耐熱鋼具有比較明顯的淬硬性和設(shè)備的設(shè)計(jì)選材較為特殊:冷裂傾向，焊接時(shí)可采用提高預(yù)熱溫度及焊接熱輸入(1)換熱管選用進(jìn)口的S31803雙相不銹鋼無縫量的方法來避免此問題，但過高的預(yù)熱溫度和焊接熱鋼管，要求滿足ASME SA-789M中的相關(guān)要求;輸入量會造成熱影響區(qū)過熱區(qū)的組織脆化。(2)設(shè)備簡體選用進(jìn)口20MnMoNis5,屬于技根據(jù)上述特點(diǎn)，要消除材料焊后延遲裂紋傾向、術(shù)要求高的鋼材;再熱裂紋、熱影響區(qū)過熱區(qū)的組織脆化及回火脆性，(3)管板選用8124的20MnMoNi5s板材堆焊就必須在熱切割前及焊前進(jìn)行(200士5) C預(yù)熱,焊87厚的不銹鋼。對設(shè)備的筒體及換熱管所選的材料，后立即進(jìn)行(3005) C X2-4 h的消氫處理或者立均為本公司過去未曾使用過的，需要做各種焊接工藝即進(jìn)行(625+15) C X3 h的消除應(yīng)力熱處理。評定。管程、管板為低合金鋼堆焊304L型不銹鋼，堆2.1 焊接性分析焊方法為手工電弧堆焊及帶極電渣堆焊;堆焊采用碳當(dāng)量能粗略反應(yīng)材料的焊接性，依據(jù)國309型焊材堆焊過渡層，采用308型焊材堆焊耐蝕層際焊接學(xué)會推薦的計(jì)算公式CE=C%+Mn%/6+以達(dá)到復(fù)合層304型不銹鋼的耐蝕要求。(Ni%+Cu%) /15+ (Cr%+Mo%+V%)15， 由表1中2.2焊接工藝評定各主要材料的化學(xué)成分分別計(jì)算出20MnMoNis5根據(jù)設(shè)備選用的材料和擬采用的焊接方法，按15CrMoR的cE分別為0.5312%和0.532%。由此可照J(rèn)B 4708《鋼制壓力容器焊接I藝評定》以及設(shè)備知，20MnMoNiss、 15CMoR 焊接時(shí)冷裂紋傾向嚴(yán)制造專用技術(shù)條件，在編制產(chǎn)品焊接工藝規(guī)程前進(jìn)行重:同時(shí)20MnMoNi5S為低合金高強(qiáng)鋼，封頭材料相應(yīng)的焊接工藝評定，焊接工藝評定項(xiàng)目見表4●15CrMoR為低合金耐熱鋼，焊接過程中極易產(chǎn)生淬2.3產(chǎn)品的焊接工藝硬的顯微組織，在焊縫區(qū)富擴(kuò)散氫濃度和- -定的焊接2.3.1設(shè)備焊接工藝規(guī)程 (見表5)殘余應(yīng)力共同作用使焊接接頭易產(chǎn)生氫致延遲(冷)表4焊接工藝評定項(xiàng)目Table 4 The ases items of welding procedure材料評定規(guī)格坡口形式焊接方法.焊接材料焊絲: H10Mn2NiMoAxId埋弧焊焊劑: CHF60320MnMoNi5580 mm焊絲: HI0Mn2NiMoA手弧焊66 mm+埋弧焊焊條: J607Ni焊絲: HIICrMo45B15CrMoR72 mm+15CrMoR氬弧焊焊絲: TGS-ICM16 mm+手弧焊燁條: R307B-------S31803換熱管: φ44 mmX2 mm焊絲: ER2209+20MnMoNi55/304管板: 24 mm焊帶: D309L D308L42 mm帶極堆焊焊劑: SHD20220MnMoNi5S堆焊手工電弧堆焊焊條: E309L E308L2013年12月王文全，等.大型甲醇合成塔的制造技術(shù)表5焊接工藝規(guī)程Table 5 The welding procedure焊接部件焊接方法焊接材料規(guī)格/mm焊接電流/A電壓/V速度(cmmin ' )管殼程縱環(huán)焊縫埋弧焊焊絲:H10Mn2NiMoAφ4550- 60029~3246-50焊劑:CHF603封頭縱焊縫焊絲:H11CrMo45B550- 62030~3246~-56550~ 60029-32殼程合攏焊縫手弧焊+埋弧焊b4140-180焊條: J607Niφ5180-220殼程與管板焊接φ3.290-120手弧焊140~180管程基層與管板焊接46-~50封頭與加強(qiáng)段焊接手弧焊+埋弧焊 焊劑:CHF603焊帶: D309L/SHD202850-90025~2718.3-20管板、管程堆焊帶極堆焊60X0.5焊劑: D308L/SHD20215~18成分Ar+2%N管子與管板焊接手工鎢極氬弧焊焊絲: ER2209φ280-120流量: 10~15 L/min2.3.2堆焊工藝道焊口。管板材質(zhì)為20MnMoNi55堆焊309L+308L.在管程簡體、管板堆焊中，選用焊帶規(guī)格均為換熱管與管板焊接材料選用Sandvik22.8.3L,做到焊60mmX0.5mm,以便于加人的合金元素焊接時(shí)通過接提前送氣和焊后滯后停氣，以達(dá)到良好的氬氣保護(hù)焊劑過渡到堆焊層中。過渡層的堆焊過程中若電流效果，同時(shí)在焊接過程中要求焊接第1遍時(shí)不加送或過大、熔深加大，則稀釋率也增大，勢必影響堆焊層少加絲來保證換熱管與管板根部熔合好。的化學(xué)成分。若電流過小則易造成電弧燃燒不穩(wěn)定，邊緣不均勻甚至未焊透，因此應(yīng)嚴(yán)格控制過渡層的焊接電流和電壓，盡量偏下限值。管板的堆焊采取從中R10心向外同心圓周逐步堆焊。隨堆焊軌跡半徑的增加相應(yīng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)胎的轉(zhuǎn)速，使每圈堆焊線速度- -致，厚度控制在3~5.5 mm，為得到平滑的焊縫，焊縫的搭接量必須控制在5~8mm，焊帶的伸出長度為30-40mm。2.3.3簡體焊接圖3對接焊縫坡口形式Fig. 3 The slope form of the welding-joint窄間隙埋弧焊是近年發(fā)展起來的一種高效、省時(shí)和節(jié)能的厚板焊接方法，可以縮短焊接時(shí)間、減少3焊后熱處理焊接材料消耗或費(fèi)用。此外還有焊接熱輸人小、改善接頭韌性和減少焊接變形的特點(diǎn)。該方法對坡口質(zhì)量甲醇合成塔各部分熱處理工藝曲線見圖4~7。要求非常嚴(yán)格，簡體對接坡口形式見圖3。采用冷加工方法進(jìn)行刨削。內(nèi)側(cè)10 mm坡口深度采用埋弧焊,665- 690"C由于折流板及定位管要先進(jìn)入簡體定位，故最后一道100C/h150C/h對接環(huán)焊縫內(nèi)側(cè)只能采用焊條電弧焊焊接，外側(cè)焊縫3h爐冷至300C后空冷全部采用窄間隙埋弧焊。時(shí)間/h2.3.4 換熱管管板焊接圖4封頭組件熱處理過程換熱管為S31803,數(shù)量為4309根，共計(jì)有8 618Fig. 4 The process of heat treatment for the head-unit. 24.化工設(shè)備與管道第50卷第6期根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及材料性能要求，將甲醇610- -640C合成塔各部分分別進(jìn)行熱處理，各部分按順序組裝，型100Ch<150C/h最后對接的環(huán)焊縫采用局部熱處理，管程簡體和管板2.25h.爐冷至300C后空冷過渡層堆焊后進(jìn)行熱處理。時(shí)間h在甲醇合成塔制造過程中，材料必須經(jīng)過多次圖5 加強(qiáng)板、管板及簡體熱處理過程中間焊后熱處理。因此,熱處理是最重要的工序之一,Fig. 5 The process of heat treatment for the sifening-plate,它必須在焊接工作全部完成24 h且經(jīng)檢驗(yàn)合格確認(rèn)tube-sheet and shell不再施焊之后才能進(jìn)行。625+15C4結(jié)束語100C/250 kt/a甲醇合成塔制造難度大，采用文中所述31、 妒冷至300C后空冷的制造、焊接、檢驗(yàn)和熱處理工藝措施確保了甲醇合時(shí)間成塔的制造質(zhì)量，設(shè)備投人使用后的安全可靠運(yùn)行說圖6封頭加強(qiáng)板局部熱處理過程Fig. 6 The process of the local heat treatment for the head-明制造工藝過程是合理的。sifening-plate參考文獻(xiàn)610-640C[1] GB 151- -1999, 管殼式換熱器[S].150C/h[2] GB 150-1998， 鋼制壓力容器[S].4h、爐冷至300C后空冷[3] 聶杰，楊煒,史慶和,等.甲醇合成塔的研制[I].壓力容器,2003, 20(3): 32-35.圖7管板過渡 層堆焊熱處理過程[4] JB 4708- 2000， 鋼制壓力容器焊接工藝評定[S].Fig. 7 The process of heat treatment for the tube-sheet[5]陳泰煒 .壓力容器焊后熱處理技術(shù)[M].北京:中國石化出overlaying版社,2002.Manufacture Technology for Large Methanol Synthesis TowerWANG Wenquan, WANG Fengyou, YUE Wei, FU Zhi, YANG Wenfeng(X'an Nuclear Equipment Co, Ltd, Xi'an 710021, China)Abstract: The technical characteristics in manufacture of 250 kt/a methanol tower, including material, forming, machining, welding,heat treatment and Non-destruct examination, were introduced in this article.Key words: methanol Synthesis tower; forming; machining; welding; heat treatment; Non-destruct examination四川日機(jī)公司研制的高壓及大軸徑干氣密封通過工信部組織的國家級鑒定2013年11月21日，四川日機(jī)公司公司“千萬噸級煉油加氫裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)高壓干氣密封及其控制系統(tǒng)”和“大型煤化工煤制丙烯裝置丙烯制冷壓縮機(jī)大軸徑干氣密封”兩項(xiàng)科技成果，在成都通過工業(yè)和信息化部組織的鑒定。清華大學(xué)王玉明院士擔(dān)任鑒定委員會主任、中國機(jī)械聯(lián)合會重大裝備辦公室葉大蓉副主任和中國液壓氣動密封件工業(yè)協(xié)會沙寶森理事長擔(dān)任鑒定委員會副主任。鑒定委員會其他委員由國內(nèi)產(chǎn)學(xué)研用等多方面專家擔(dān)任。國內(nèi)三十多家石化及煤化工和壓縮機(jī)制造企業(yè)的代表出席了會議。在對生產(chǎn)現(xiàn)場和樣機(jī)試驗(yàn)進(jìn)行了仔細(xì)考察、并經(jīng)過質(zhì)詢和討論后，鑒定委員會認(rèn)為，四川日機(jī)公司提供的項(xiàng)目技術(shù)資料、圖紙和工藝文件齊全，數(shù)據(jù)可信，符合鑒定要求。研制產(chǎn)品均屬國內(nèi)首臺套。產(chǎn)品成功的應(yīng)用，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際同類產(chǎn)品水平，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著，具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。(四川日機(jī)公司供稿)