大直徑整體多層包扎設(shè)備制造技術(shù)

左衛(wèi)鋒

(石家莊正元塔器設(shè)備有限公司，河北石家莊 052165)

整體多層包扎式高壓容器是目前國內(nèi)氮肥行業(yè)應(yīng)用比較廣泛的高壓容器。其設(shè)備結(jié)構(gòu)一般是采用厚15～30 mm的鋼板卷焊成內(nèi)筒，外層用6～12 mm的層板包扎在內(nèi)筒上，并以1條或2～3條縱縫將層板連接成整體，這樣逐層包扎焊接，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求的厚度。層板厚度為12 mm、直徑大于2 000 mm的整體多層包扎容器的包扎難度較大，在制作時(shí)需要選擇合理的制造工藝和檢驗(yàn)措施,才能使包扎質(zhì)量得到有效控制，以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

DN 2400 mm氨合成塔是由球底封頭、包扎筒體、端部法蘭、大蓋等部件組成。筒體采用整體多層包扎結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)筒體材質(zhì)為Q345R，厚度為24 mm，長度為16 400 mm；層板材質(zhì)為Q345R，厚度為12 mm，共13層。

2 主要制造工藝技術(shù)要求

2.1 端部法蘭的加工

端部法蘭內(nèi)徑加工應(yīng)在內(nèi)筒體成形并實(shí)測內(nèi)筒體外圓周長后進(jìn)行，保證端部法蘭與內(nèi)筒體對接時(shí)外徑平齊。端部法蘭主螺栓孔采用機(jī)床加工時(shí)，應(yīng)選用加工精度和運(yùn)動精度滿足加工要求的機(jī)床，避免因機(jī)床的加工精度和運(yùn)動精度存在誤差而造成高壓螺紋加工不合格。螺紋加工前，應(yīng)按圖紙尺寸加工一螺紋模擬試件，檢驗(yàn)螺紋時(shí)除采用檢驗(yàn)專用的通規(guī)、止規(guī)外，還應(yīng)用成品螺柱進(jìn)行試裝配。

2.2 球形封頭的加工

壓制后的球形封頭一般會存在形狀及尺寸偏差，再加上封頭焊接支撐環(huán)板、厚壁接管等附件，整個組件焊后會產(chǎn)生微量焊接變形，因此，與底座相接觸的環(huán)板平面以及與內(nèi)筒體配合的端口直徑尺寸應(yīng)在球封組件焊接和熱處理后加工。

2.3 內(nèi)筒體的制造

(1) 內(nèi)筒筒節(jié)成形。內(nèi)筒A類焊接接頭對口錯變量b1≤1.0 mm，A類焊接接頭處形成的棱角E1，用弦長為1/6Di(筒體內(nèi)直徑)且≥300 mm的內(nèi)樣板或外樣板檢查，其E1高度≤1.5 mm；外圓周長允差≤0.3%Di，且≤3 mm；同一斷面上最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑的差值，即(Dimax-Dimin)≤0.4%Di，且≤5 mm。

(2) 內(nèi)筒筒節(jié)組焊。內(nèi)筒筒節(jié)組對時(shí)，相鄰?fù)补?jié)A類接頭中心的距離應(yīng)>100 mm；內(nèi)筒B類焊接接頭的對口錯變量b2≤1.5 mm；內(nèi)筒B類接頭形成的棱角E2，用長度≥300 mm的直尺檢查，其E2高度≤1.5 mm；組焊后內(nèi)筒的直線度允差<筒體長度的0.1%，且≤6 mm。

2.4 層板的制造

(1) 層板允許拼接，拼接塊數(shù)≤3塊，且最小拼接寬度≥500 mm，拼接接頭兩表面必須打磨與母材平齊。

(2) 層板周向尺寸應(yīng)按所包扎內(nèi)層筒體的實(shí)測周長下料。周長在對接間隙后，只允許為負(fù)偏差，且數(shù)值≤3 mm；層板的內(nèi)半徑應(yīng)略小于內(nèi)層筒體的外半徑，這樣包扎時(shí)有利于貼緊內(nèi)層筒體。

(3) 每塊層板的兩端端面200 mm處應(yīng)鉆Φ6 mm泄放孔。

2.5 層板包扎

(1) 層板包扎前，應(yīng)先清除層板上的鐵銹、油污等雜物，以免影響層板貼合，最好用噴砂凈化法。

(2) 層板環(huán)向接頭與上下相鄰內(nèi)筒或?qū)影宓沫h(huán)向接頭相互錯開，錯開的最小距離Lmin≥設(shè)計(jì)圖樣給定的距離。

(3) 層板縱向接頭應(yīng)均勻錯開，要求與上下兩層相鄰的縱向接頭以及同層層板相鄰的縱向接頭夾角α>由圖樣給出的αmin。

(4) 層板縱向接頭間隙P1在6～14 mm，層板環(huán)向接頭間隙P2在6～8 mm。

(5) 層板松動面積的控制。對于內(nèi)直徑Di不大于1 000 mm的包扎容器，每一松動的部位，沿環(huán)向長度≤0.3Di，沿軸向長度應(yīng)≤600 mm；對于內(nèi)直徑Di大于1 000 mm的包扎容器，每一松動的部位，沿環(huán)向長度應(yīng)≤300 mm，沿軸向長度應(yīng)≤600 mm。

2.6 筒體與端部法蘭或封頭的連接

(1) 內(nèi)筒與端部體法蘭或封頭的連接，其對口錯變量b3≤1.0 mm。

(2) 層板與端部法蘭或封頭的連接，其對口錯變量b4≤0.8 mm。

2.7 焊接

(1) 施焊前，應(yīng)按NB/T 47014—2011的規(guī)定進(jìn)行焊接工藝評定。

(2) 焊接工藝規(guī)程應(yīng)按NB/T 47015—2011的規(guī)定、圖樣技術(shù)要求及合格的焊接工藝評定制定。

(3) 內(nèi)筒體縱縫焊接時(shí)，應(yīng)制備產(chǎn)品焊接試板，試板性能檢驗(yàn)按《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和《承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢驗(yàn)》進(jìn)行。

3 制造過程中的工藝技術(shù)細(xì)節(jié)

(1) 為保證內(nèi)筒體的橢圓度及筒體之間的對口錯邊量滿足HG 3129—1998標(biāo)準(zhǔn)要求，內(nèi)筒體一般采用機(jī)械刨邊的加工工藝進(jìn)行下料。為了保證棱角度，端頭一般要進(jìn)行預(yù)彎，避免帶直邊進(jìn)行筒體卷校圓。

(2) 為防止包扎層板時(shí)外界包扎力使內(nèi)筒體變形，應(yīng)在筒體內(nèi)放置支撐工裝。支撐工裝應(yīng)均布在筒體內(nèi)，一般每節(jié)層板寬度尺寸內(nèi)放置的支撐工裝數(shù)量應(yīng)>2件。

(3) 包扎時(shí)每層層板一次全部套入，最后一節(jié)層板寬度應(yīng)實(shí)測且考慮環(huán)縫對接間隙后進(jìn)行確定。

(4) 層板套好后，用包扎機(jī)上的預(yù)緊鋼絲繩進(jìn)行預(yù)緊，用銅錘自下而上進(jìn)行四周錘擊，以消除層板的貼合間隙；同一層層板調(diào)整組對完畢后，先焊層板的縱縫，縱縫全部焊完后再焊接環(huán)縫。

4 檢驗(yàn)的控制要求

(1) 端部法蘭主螺栓孔采用機(jī)床加工時(shí)，應(yīng)對機(jī)床的加工精度及運(yùn)動精度進(jìn)行檢驗(yàn)。加工前，可按圖紙加工一模擬試件，對試件進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)螺紋時(shí)除采用檢驗(yàn)專用的通規(guī)、止規(guī)外，還應(yīng)用成品螺柱進(jìn)行試裝配，看是否能滿足裝配要求。檢驗(yàn)內(nèi)螺紋的通規(guī)、止規(guī)的旋合長度通常為30～40 mm；如果機(jī)床運(yùn)動精度有細(xì)微偏差，在旋合長度40 mm范圍內(nèi)可能不會檢出加工時(shí)產(chǎn)生的累計(jì)誤差。《大直徑雙頭螺柱》中M140×4-6g的螺柱螺紋旋合長度為215 mm；如果加工的細(xì)微偏差在215 mm長度范圍內(nèi)，累計(jì)超出螺紋旋合干涉公差范圍，螺柱在裝配時(shí)就會產(chǎn)生螺紋干涉不能完全旋合，因此，檢驗(yàn)高壓內(nèi)螺紋除用標(biāo)準(zhǔn)的通規(guī)、止規(guī)外，還必須用成品螺柱進(jìn)行裝配檢驗(yàn)。

(2) 每節(jié)層板上是否按要求加工了泄放孔。當(dāng)內(nèi)筒由于腐蝕原因發(fā)生泄漏時(shí)，介質(zhì)能夠通過泄放孔漏出，通過泄放孔能夠及早發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理，防止惡性事故發(fā)生，因此，在包扎前一定要確認(rèn)每節(jié)層板是否已經(jīng)加工有泄放孔。

(3) 層板的表面是否有鐵銹、油污、結(jié)疤等影響貼合的表面質(zhì)量缺陷，以免影響包扎的貼合質(zhì)量。

(4) 每節(jié)層板的端頭均要進(jìn)行預(yù)彎，層板卷校圓必須按照層板位置實(shí)際直徑進(jìn)行預(yù)彎，并制作檢驗(yàn)樣板進(jìn)行檢驗(yàn)。

(5) 包扎層板環(huán)向接頭的錯開距離、縱向接頭的錯開角度均應(yīng)滿足圖紙、標(biāo)準(zhǔn)的要求。

(6) 包扎層板松動面積檢查，為方便檢查松動面積及確認(rèn)范圍，可在待檢的層板上劃檢驗(yàn)“井”字網(wǎng)格線。根據(jù)松動面積的控制要求，每一長方格大小一般沿軸向?qū)?00 mm、沿環(huán)向?qū)?100～150 mm為宜。檢驗(yàn)時(shí)可用小錘敲擊長方格，通過敲擊聲音來判斷層板的貼合程度，松動面積應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

(7) 在包扎層板前，內(nèi)筒體縱縫及有熱處理要求的環(huán)縫是否已經(jīng)進(jìn)行無損檢測及熱處理。

(8) 裝配高壓螺柱時(shí)，要求螺柱及螺栓孔必須清洗干凈并保證螺紋表面無鐵屑和雜物，以免因細(xì)小雜物的存在使螺紋鎖死。螺柱上緊時(shí)，避免采用雙螺母倍緊的方式；由于高壓螺紋是細(xì)牙螺紋，雙螺母倍緊會造成螺紋受力過大，超出螺紋的擰緊力矩使牙型產(chǎn)生變形，致使螺紋鎖死。高壓螺柱使用前，可使用二硫化鉬、石墨等進(jìn)行潤滑處理，以防止螺紋鎖死。

5 結(jié)語

整體多層包扎式高壓容器制造工藝繁瑣，檢驗(yàn)要求嚴(yán)格，特別是直徑大于2 000 mm的大直徑包扎設(shè)備，制作時(shí)需選擇合理的制造工藝及檢驗(yàn)控制措施，才能保證包扎設(shè)備的制造質(zhì)量。