丙烷脫氫反應(yīng)器的制造技術(shù)分析

侯加榮 吳 江 盧 彬 王加輝

（南京中建化工設(shè)備制造有限公司，江蘇 南京 210000）

反應(yīng)器是丙烷脫氫項目的主要設(shè)備，原料丙烯氣化后加熱至540～590℃進入反應(yīng)器，在催化劑的作用下，在反應(yīng)器中進行脫氫反應(yīng)轉(zhuǎn)化為丙烯。該反應(yīng)器為薄壁大直徑壓力容器、內(nèi)件多且結(jié)構(gòu)復雜，同時制作過程中部分工序需與美國Lummus 公司及意大利CRI 公司共同合作完成，制造難度大、質(zhì)量要求高，在此之前主要由韓國和意大利制造，本文將對反應(yīng)器制造進行介紹。

1 反應(yīng)器概況

反應(yīng)器主體部分由筒體封頭和三個大接管組成。筒體部分內(nèi)直徑為7 900mm，名義厚度為25mm，材質(zhì)為Q345R，由5 節(jié)筒體組成；三個大接管分別位于反應(yīng)器的上下兩側(cè)，大接管上下最大高度差為18 222mm，組成三個大接管材料的材質(zhì)包含Q345R，SA182-310S，SA240-310S，SA182-F11，SA387Gr11Cl1。反應(yīng)器制造、檢驗及驗收參照TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》及GB150.1～GB150.4-2011《壓力容器》。

2 反應(yīng)器筒體部分制造

2.1 筒節(jié)瓜片組對、焊接

圖1 反應(yīng)器構(gòu)造

反應(yīng)器筒體部分由5節(jié)筒體組成，每節(jié)筒體由3個圓弧瓜片拼接而成。按傳統(tǒng)的壓力容器筒體制造工藝，先將3個瓦片進行立式組對，組對完后將該節(jié)筒體移至滾輪架上進行縱縫焊接，但該反應(yīng)器為薄壁大直徑壓力容器，若采用上述工藝進行筒體瓦片組對、焊接，在將組對好的筒體移至滾輪架上焊接的過程中會導致組對焊點的崩潰和筒體嚴重變形，為避免以上問題的出現(xiàn)，制造過程中瓦片在立式組對完成后未對筒節(jié)進行移動，直接在原地進行焊縫的立式焊接，從而保證筒體不會出現(xiàn)嚴重變形。在進行瓦片組對時要求縱焊縫錯邊量≤3mm，棱角E≤4.5mm，Dmax-Dmin≤25mm，用弦長1 300mm 樣板檢查間隙≤17mm。

圖2 反應(yīng)器筒體結(jié)構(gòu)

2.2 筒節(jié)組對、焊接

反應(yīng)器為薄壁大直徑容器，在進行環(huán)縫組對前需將單個筒節(jié)撐圓，為此在進行筒節(jié)組對前將反應(yīng)器外部支撐圈先進行組對，此工藝在節(jié)約后期去除支撐工作量的同時亦達到將筒節(jié)撐圓的效果。筒節(jié)組對時要求錯邊量≤5mm。

3 反應(yīng)器大接管與筒體組對

大接管與筒體的組對為反應(yīng)器制造的難點，現(xiàn)場先進行大接管F、EH 轉(zhuǎn)至水平位置，然后進行大接管ABC組對工作，組對時采用經(jīng)緯儀測量接管A法蘭面和接管F法蘭面的平行度，要求兩個法蘭面的平行度≤5mm［1］。

4 反應(yīng)器焊接難點

反應(yīng)器的焊接難點在于新型鉻鉬型耐熱鋼SA387Grl1C12 鋼材料的焊接，SA387Grl1C12 是一種中溫抗氫特種鋼，焊接質(zhì)量較難保證。

4.1 SA387Grl1C12焊接性分析

4.1.1 冷裂紋傾向嚴重SA387GrllC12 鋼為鉻鉬型耐熱鋼，Cr、Mo 含量較高，焊接接頭有明顯的淬硬傾向。特別是厚壁容器，設(shè)備的拘束應(yīng)力較大，在快速冷卻的情況下，氫來不及逸出，易產(chǎn)生氫致延遲裂紋。為此，在焊接過程中應(yīng)嚴格控制預熱和層間溫度，焊后應(yīng)立即進行消氫處理或中間消應(yīng)力熱處理。

4.1.2 回火參數(shù)影響焊后熱處理對SA387Grl1C12鋼的焊接接頭，既可以降低接頭的硬度，消除焊接殘余應(yīng)力，又可以獲得較好的韌性。所以焊后熱處理的溫度和時間的選擇要適當，一般溫度為660oC。

4.2 焊接材料選擇及焊接工藝參數(shù)

為保證焊接質(zhì)量，SA387Grl1C12 材料在焊接時采用手工電弧焊焊接，所選用焊接材料為哈焊所的R307 焊條，其焊接規(guī)范參數(shù)如表1：

表1 焊接規(guī)范參數(shù)

4.3 焊后熱處理

SA387Grl1C12鋼屬于通過熱處理來改善鋼材性能的鋼種，因此正確選擇熱處理規(guī)范和嚴格執(zhí)行熱處理工藝對鋼制壓力容器至關(guān)重要，在壓力容器制造過程中，一般除嚴格控制焊前預熱溫度外，還要保持焊接過程中的層間溫度；焊后尚應(yīng)采用焊后消氫熱處理、中間熱處理和最終焊后熱處理，方能保證焊接接頭不開裂，并具有優(yōu)良的綜合性能，結(jié)合相關(guān)標準要求和大量實際制造經(jīng)驗，最終確定660℃±10℃作為部件的熱處理溫度，熱處理工藝曲線見下圖。

圖3 熱處理工藝曲線

5 結(jié)語

隨著我國化工裝備制造實力的不斷增強，今后將會有更多大型、結(jié)構(gòu)復雜的壓力容器國產(chǎn)化，反應(yīng)器的成功制造為今后更多的化工設(shè)備國產(chǎn)化提供了經(jīng)驗。

［1］劉明福.脫氫反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的改進及應(yīng)力分析［J］.設(shè)計計算，2002（8）：21-23.