環氧乙烷反應器的制造難點和解決措施

張永強

（中國一重核電石化事業部，遼寧 大連 116000）

環氧乙烷（EO）的生產歷史長達60余年。如今EO生產技術基本上由Shell、SD、及UCC三家壟斷。目前，國內引進的EO技術為Shell和SD的專利，尤其是SHELL專利環氧乙烷技術適用于EO規模較大化工裝置，單臺已達30萬t/a以上。

1 某環氧乙烷反應器結構介紹

某環氧乙烷反應器設備內徑為6 750mm，換熱管長度為12 280mm，頂部采用橢圓形封頭，底部采用錐形封頭，支撐采用裙座和底封頭對接的結構。筒節、封頭材料為SA-516-70鋼板，管板及接管法蘭材料為SA-765鍛件，裙座材料為Q345R鋼板。保溫材料為高溫離心玻璃棉，厚度為180mm。設備總高為24 782mm，總重為1 023t。

2 環氧乙烷反應器的制造難點和解決措施

2.1 管板拼接

2.1.1 制造難點

由于管板直徑相對厚度較大，屬于較薄餅形鍛件，不易鍛造，需由兩半圓拼接而成，管板拼焊時極易造成變形，需要多次翻個焊接來控制變形量。在焊接過程中由于焊縫強度不夠，尤其是開始焊接和首次翻個時，管板自重會導致焊縫產生裂紋。在拼焊后管板內部的殘余焊接應力的釋放也會影響鉆孔精度。

2.1.2 解決措施

A.為控制管板拼接時的變形量，在管板毛坯粗加工時盡可能保留最大厚度。加工拼接坡口時不需要把管板上下表面全部加工（整體減薄容易變形），這樣坡口兩側既便于焊接設備行走，又能滿足焊后無損檢測要求，也降低了管板焊接變形量。

B.為避免焊縫因管板自重產生裂紋，將兩塊管板（半圓）平吊至墊鐵上（坡口深度較大的面朝上），墊實管板，局部采用適當厚度的薄鋼板、楔形鐵調平、墊嚴、墊實。在焊縫兩端焊接連接板，增加剛性連接。

C.為消除管板焊接后的殘余應力，管板拼接完成后應立即進爐進行熱處理，消除殘余應力，提高管孔精度。

2.2 管板加工

2.2.1 制造難點

管板直徑大，管板孔數量多，共計10 815個，且管孔精度、位置度要求高。管板加工主要包括立車加工和鉆孔兩大部分，其中管板拼接后的立車加工過程需要嚴格控制，防止加工過程芯部減薄、測量厚度失真、加工后的延遲變形等。鉆孔工序不僅需要精密數控深孔鉆床，而且需要嚴密有效的檢測方法。

2.2.2 解決措施

A.管板拼接后，管板上下表面需要進行加工，過程需要嚴格控制，采用超聲波測厚儀跟蹤檢測，防止芯部減薄、測量厚度失真，管板兩端面均留量15mm進行震動時效，防止加工后的延遲變形。

B.管孔加工選擇數控BTA深孔內排屑鉆床，鉆孔前通過試驗件進行數控程序和加工精度的調試和確認，并檢測平面度。按照程序對產品進行模擬加工，檢查孔系正確性，對模擬加工的孔系檢驗合格后方可進行下序。然后進行逐孔點窩，確認孔系點窩位置無誤后進行鉆孔。每組孔鉆完后進行單個孔的尺寸精度和形位精度檢測并進行記錄。

C.由于管板鉆孔后進行熱處理會導致管板孔變形及影響管板孔表面質量，管板的鉆孔時機應選擇在整個上、下管板組件分別與管箱筒節組焊完成后。

3 支持板加工

3.1 制造難點

支持板共計7件，直徑為φ6 730 mm，厚度僅為26mm，支持板上管孔數量龐大，單件管孔數為33 017個，拼接后要進行精整校平，支持板鉆孔前的平面度直接影響鉆孔精度。支持板的鉆孔精度決定了換熱管裝配精度，換熱管和支持板裝配間隙超標將會在使用中產生共振，從而縮短設備使用壽命。為了順利組裝換熱管，不劃傷換熱管，就要求支持板管孔的同心度很高，對支持板管孔表面粗糙度要求也很高。

3.2 解決措施

A.支持板分兩個半圓拼接，拼接后精整校平，平面度保證在1mm以內，避免因平面度影響鉆孔精度。

B.為確保7件支持板裝配精度，分兩組（4組+3組）進行加工，每組支持板在外圓焊接連接板裝配后，先加工成φ35 mm通孔，然后7張支持板裝配在一起，用定位銷及外圓焊接連接板后，擴孔至最終尺寸。

C.鉆孔過程中，每組孔鉆完后進行單個孔的尺寸精度和形位精度檢測并按相應記錄表格進行記錄。鉆孔結束后對孔系進行100%精度檢驗，檢測工具為：內徑百分表（測量直徑）通規、止規（快速檢測直徑）、中心距檢具（檢測孔心距）。

4 裝配換熱管

4.1 制造難點

換熱管的裝配是列管式反應器的瓶頸，影響換熱管裝配的因素非常多。穿管前需要對管板分區確定長度，避免穿管后增加巨大的平管頭工作量。在換熱管頭部需要安裝導引頭來提高穿管速度和減少磕碰劃傷，在穿管中經常會發生導引頭掉落殼體，穿管順序不當也會引起支持板移位等穿管障礙。

4.2 解決措施

A.對換熱管逐根進行內、外徑的檢查，使用外徑檢具時需通過整個換熱管長度，使用內徑檢具時需對兩端進行檢查，不滿足要求的換熱管立即進行修正或更換。對管板孔和管板孔坡口進行清理，換熱管的兩管端采用拋光輪、砂紙打磨除銹及表面油污，清理后管端應呈現金屬光澤。對于銹蝕嚴重的換熱管應進行全長度的除銹。

B.由于管板鉆孔前后個別區域受焊接、熱處理影響而平面度超差，導致不同區域換熱管伸出管板長度不均，為解決這一問題，穿管后要進行管頭加工。

C.穿管時應使用專用的導引頭輔助穿管，若穿管出現困難，穿管人員應通過人孔進入筒體內部調整、引導導引頭穿過支持板孔。穿管時換熱管盡量與管束軸線保持平行，與管孔保持同心。每次穿管，導引頭必須鎖死，避免跌入筒節中。

5 結語

本研究對環氧乙烷反應器的制造難點的解決措施已經在后續環氧乙烷項目中多次實際驗證，可以順利完成環氧乙烷反應器的制造。