千噸級(jí)反應(yīng)器的秘密

□ 葉迎春

2014年度國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)“極端條件下重要壓力容器的設(shè)計(jì)、制造與維護(hù)”，實(shí)現(xiàn)了重大裝備國(guó)產(chǎn)化的重要突破，滿足了百萬噸乙烯、千萬噸煉油、大型煤化工等國(guó)家重大工程建設(shè)需求。

2011年9月22日，南京化學(xué)工業(yè)有限公司隆重舉行首臺(tái)國(guó)產(chǎn)18萬噸/年環(huán)氧乙烷（EO）反應(yīng)器竣工儀式，媒體記者紛紛用鏡頭反映它的“重”和“大”。業(yè)內(nèi)專家介紹，這臺(tái)最大直徑7米、長(zhǎng)22米、重850噸的龐然大物，是石化裝備的“奢侈品”。它就是獲獎(jiǎng)項(xiàng)目所描述的重要成果“6類壓力容器的首臺(tái)套國(guó)產(chǎn)化研制”中的一臺(tái)。

外方降價(jià)搶市場(chǎng)

“EO反應(yīng)器是百萬噸乙烯最后一臺(tái)國(guó)產(chǎn)化靜設(shè)備。”該公司化機(jī)廠副廠長(zhǎng)韓冰介紹，EO反應(yīng)器制造長(zhǎng)期為外國(guó)公司所壟斷，揚(yáng)子石化二輪改造和揚(yáng)巴項(xiàng)目的EO反應(yīng)器均為進(jìn)口產(chǎn)品。天津石化百萬噸乙烯項(xiàng)目采購(gòu)的EO反應(yīng)器是印度拉森特博洛公司制造，上海石化2005年訂購(gòu)的兩臺(tái)EO反應(yīng)器，是日本IHI公司制造。

花錢可以買到產(chǎn)品，卻買不來技術(shù)。專家表示，過去進(jìn)口EO反應(yīng)器在國(guó)外廠家制造時(shí)，有中方監(jiān)造師駐廠監(jiān)造，但是想看一眼EO反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是非常困難的。業(yè)內(nèi)專家大多也只見過幾張EO反應(yīng)器的外形圖片。

□ 2011年9月22日，百萬噸乙烯最后一臺(tái)國(guó)產(chǎn)化靜設(shè)備、大型環(huán)氧乙烷反應(yīng)器在中國(guó)石化南京化學(xué)工業(yè)有限公司研制成功。圖為首臺(tái)國(guó)產(chǎn)環(huán)氧乙烷反應(yīng)器竣工儀式現(xiàn)場(chǎng)。

如果說運(yùn)載火箭技術(shù)代表了尖端科技水平，那么高端裝備制造則反映了一個(gè)國(guó)家的基礎(chǔ)工業(yè)能力，一個(gè)無數(shù)次成功地將運(yùn)載火箭送入太空的民族，高端石化裝備繼續(xù)依賴進(jìn)口是難以理解的。2008年，揚(yáng)子石化進(jìn)行EO反應(yīng)器競(jìng)標(biāo)，國(guó)外制造商試圖降價(jià)爭(zhēng)奪訂單，曾研制出新中國(guó)第一臺(tái)高壓容器、打破西方國(guó)家對(duì)新中國(guó)經(jīng)濟(jì)封鎖的南化公司力克群雄。“這是中國(guó)石化集團(tuán)積極推進(jìn)高端裝備國(guó)產(chǎn)化的成果，原股份公司高級(jí)副總裁蔡希有親自擔(dān)任攻關(guān)領(lǐng)導(dǎo)小組組長(zhǎng)。”

韓冰回憶，中國(guó)石化率麾下SEI、揚(yáng)子石化、南化公司等單位，共同攻克高端石化裝備國(guó)產(chǎn)化道路上最堅(jiān)固的堡壘。

集團(tuán)公司裝備部專家曾表示，對(duì)揚(yáng)子EO反應(yīng)器的研制成功感到很欣慰。這臺(tái)設(shè)備直徑6760毫米，近三層樓房的高度，管板不平度、筒節(jié)橢圓度、筒節(jié)錯(cuò)邊量均小于5毫米，業(yè)內(nèi)專家說，這是一組相當(dāng)漂亮的質(zhì)量數(shù)據(jù)，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

自主創(chuàng)新代表作

2011年金秋，揚(yáng)子EO反應(yīng)器出廠。有著18軸288個(gè)輪子的大件運(yùn)輸車裝載著這臺(tái)“巨無霸”運(yùn)往碼頭，引來無數(shù)駐足圍觀者。它注定成為中國(guó)人自主創(chuàng)新的代表作之一。

2010年春節(jié)，一塊厚達(dá)390毫米的巨大板型鍛件進(jìn)入加工階段，冒著大雪前來慰問一線員工的該公司副總經(jīng)理曾贛寧，向發(fā)出驚嘆的隨行人員介紹：“這是揚(yáng)子EO反應(yīng)器管板材料，要用三塊這樣的厚板拼焊而成。”此前，他們已經(jīng)攻克了鍛件質(zhì)量控制的難點(diǎn)。

韓冰介紹，就管板采用整板還是拼焊方案，他們做過相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的論證。“受鍛造技術(shù)、裝備和交貨期等因素限制，我們最終選擇了三拼方案。”在為鍛件進(jìn)行成分、UT檢測(cè)等“全面體檢”的同時(shí)，特別增加了Z向取樣測(cè)試，也就是取鍛件最薄弱的部分檢測(cè)，保證材料質(zhì)量過硬。“這是最極端的取樣測(cè)試，進(jìn)行了兩個(gè)月”。

管板拼焊、機(jī)加工、耐腐蝕層堆焊、鉆孔的質(zhì)量控制，筒節(jié)橢圓度和組對(duì)錯(cuò)邊量控制，格柵制作和組對(duì)，管頭焊接質(zhì)量控制，熱處理和無損檢測(cè)，甚至設(shè)備制造后期的起吊等等，“場(chǎng)場(chǎng)都是硬仗”！圍繞研制難點(diǎn)，該廠確立了4個(gè)方面12個(gè)重要課題，分別組織有關(guān)專家攻關(guān)，取得了一系列成果。其中格柵組對(duì)工裝已經(jīng)獲得國(guó)家專利。

大型EO反應(yīng)器的成功研制，證明了中國(guó)石化具備了高端裝備設(shè)計(jì)能力，國(guó)產(chǎn)材料能夠滿足高端裝備需求，制造企業(yè)掌握了高強(qiáng)度鋼及雙向鋼制作技術(shù)。南化機(jī)在選材替代進(jìn)口方面的研究成果，得到了SEI、環(huán)球公司、北京理工大學(xué)的認(rèn)可。SEI編制的系列技術(shù)條件，都采納了南化機(jī)的建議。

精工細(xì)作工藝品

“你們的格柵比日本做得好。”曾駐日本IHI公司的監(jiān)造師評(píng)價(jià)。格柵是EO反應(yīng)器的重要部件，每塊格柵由數(shù)千根鋼板條“編織”出15843個(gè)棱形孔，這同古代高明的木匠制作高檔家具所有連接部位都用榫槽相扣有些相似，這些格柵條的連接也靠“榫槽”，僅允許在數(shù)十個(gè)交叉點(diǎn)上進(jìn)行點(diǎn)焊。“如果按照設(shè)計(jì)圖紙排列，有些焊接部位不牢固，參照有關(guān)資料，格柵條又會(huì)受力不均。”經(jīng)過反復(fù)研究，他們找到了最合理的排列方式。

制作反應(yīng)器外殼時(shí)，需要將110毫米厚的鋼板卷成直徑6760毫米的筒節(jié)，它會(huì)在重力作用下呈橢圓形。新卷成的筒節(jié)橢圓度有100多毫米，胎具放不進(jìn)去。劉永健師傅想出個(gè)絕妙的辦法，借來熱處理爐內(nèi)的長(zhǎng)6500毫米、寬和高各350毫米的鑄鋼大墩子作撐胎進(jìn)行初校，再用胎具精校，最后入爐定型。做成這樣的反應(yīng)器，要求橢圓度為8～10毫米，而南化制造的首臺(tái)大型環(huán)氧乙烷反應(yīng)器橢圓度僅5毫米，相當(dāng)于一張百元人民幣的寬度僅有不足一根發(fā)絲粗的誤差。

反應(yīng)器部分有15843根雙相鋼管，長(zhǎng)約12米。“全部是手工一次推進(jìn)去的，說明零部件的制作和組對(duì)質(zhì)量相當(dāng)高，絲毫不差！”當(dāng)年參加穿管的機(jī)關(guān)干部姜瑤非常自豪。15843根直徑38毫米的薄壁雙相鋼管一次穿過兩塊管板和中間9層格柵，怕是魯班在世也要驚嘆神奇了。這些管頭焊接后進(jìn)行了2%質(zhì)量抽檢，一次合格率達(dá)100%。管板拼縫焊接質(zhì)量同樣實(shí)行了嚴(yán)格控制。焊接專家馮志強(qiáng)介紹，每塊管板的拼縫要消耗焊材1.2噸，焊接200多層，有完整的拼縫焊接記錄，每一層焊縫的質(zhì)量都可追溯。

實(shí)力雄厚中國(guó)范兒

“我想要一個(gè)小紅本本，首臺(tái)EO反應(yīng)器參戰(zhàn)人員證書，上面印有我的名字。”設(shè)備竣工前夕，鉚工師傅劉永健和焊工班長(zhǎng)黃春林、吳漢忠坐在椅子上，看著窗外正在焊接合龍縫的EO反應(yīng)器浮想聯(lián)翩。 他們都是有20余年從業(yè)經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)能手，為了這臺(tái)設(shè)備做了10余年的技術(shù)儲(chǔ)備。

“刀尖與鋼板的接觸點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)生近千攝氏度的高溫，把握不好就會(huì)變形。”車工班長(zhǎng)周龍負(fù)責(zé)管板堆焊前后的加工，每一刀都要認(rèn)真計(jì)算控制變形，為管板堆焊成功奠定了基礎(chǔ)。如果將管板縱向剖開，會(huì)看到它的H形剖面，周龍就是這樣一刀一刀地“‘削’掉了4輛坦克”，并確保了兩塊超厚管板的加工精度完全達(dá)標(biāo)。2010年夏天，他們的10米立車出了故障，將一塊管板送出加工，對(duì)方把握不好變形控制，根本不敢做。

“主干，就是以我為主拼命干！”卷板主干師傅吳新是位拼命三郎。那年夏天，剛做完手術(shù)的吳新從病床上爬起來直奔機(jī)器旁。“揚(yáng)子這筒節(jié)卷制難度太大，弧度大了會(huì)癱，卷過了也不行，必須一次成功，交給別人我不放心。”鋼輥在加熱到了400攝氏度的厚鋼板碾過一道，21米多長(zhǎng)的鋼板彎曲著伸向了房頂。“那時(shí)我按在電鈕上的手直抖，身后站了一圈領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)員我都沒看見。”臉色慘白、直出虛汗的吳新，記住了配合他的焊工們。“每卷成一個(gè)筒節(jié)，黃春林他們要及時(shí)進(jìn)行點(diǎn)焊。筒節(jié)近300攝氏度的余溫把他們的安全帽烤變形了，揣在兜里的手機(jī)烤成了‘燒餅’。”

吳漢忠改進(jìn)了電磨頭、設(shè)計(jì)了新型升溫工具；進(jìn)劉永健改進(jìn)筒節(jié)校圓方法，大大提高了效率；王云軍解決了超厚焊縫檢測(cè)中因X散射線干擾檢測(cè)質(zhì)量問題；程磊成功解決了管板、大環(huán)縫熱處理和重大部件定型問題；馮志強(qiáng)解決了設(shè)備出廠的吊裝方法問題；焊接專家認(rèn)真研究，解決了管頭焊接技術(shù)問題

他們和總部領(lǐng)導(dǎo)、專家一道，成為中國(guó)由裝備大國(guó)向裝備強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的見證人和實(shí)踐者。