大型超限PTA裝置筒體制造防變形設計

張正棠，孫寶財，白崇暉

工藝與裝備

大型超限PTA裝置筒體制造防變形設計

張正棠1，孫寶財1，白崇暉2

（1. 甘肅省特種設備檢驗檢測研究院，甘肅 蘭州 730050； 2. 中國石化銷售股份有限公司甘肅石油分公司，甘肅 蘭州 730030）

以大型PTA裝置制造為例，介紹了大型化工PTA裝置筒體成型過程中的變形問題，分別分析了產生這些問題的原因以及應對措施。針對筒體制造出現的變形問題，設計一種新型的防變形筒體卷制工裝，該工裝的應用大大減小了筒體卷制中的變形，新型筒體卷制防變形工裝可根據設備直徑大小、長度進行調試，并提出另一種錐體焊接組對防變形方法。新型工裝的設計提高了生產效率，滿足筒體卷制完畢后水平度的要求，從而保證了設備的制造質量。

PTA； 筒體； 防變形； 工裝

為了提高生產效率，提高產量，近幾年我國的塔器設備日益呈現出大型化、超限化、工藝流程復雜化等一系列非常規化。在石化廠中的大型塔器、高壓加氫裂化反應器、儲油罐等為了提高產量、精度在設計方面較以往都有大的變化，不只是在外觀規格上超出了以往的規模，也在設計、工藝流程上加大了精細化、復雜化，使得產品的純凈度更加好，這對石油化工行業來說是非常好的趨勢。精對苯二甲酸也簡稱PTA，是化學工業生產中的重要原材料，它是經過一系列的化學反應[1]，再經過各種設備、方法處理后得到的產品，這一過程需要不斷精煉、提純方可得到所需產品。在PX氧化PTA的過程中，主要利用生活中常見的原料醋酸作溶劑，在整個反應過程結束后需要對產品及廢品進行回收，在回收過程中混有大量雜質，這些含PX和MA的醋酸水溶液[2]還能進行進一步提純得到新產品。

經過大量研究，PTA裝置工藝流程的發展越來越精細，在對苯二甲酸反應系統中，主要用于反應、分離等工藝中的醋酸分離器是PTA反應中常用的大型裝置，它的加工過程也是非常的復雜，須要進行好多步過程，例如混合攪拌、均勻溶解、精餾、提純等[3-4]。這個過程得到的產品也是多種多樣的，主要有各種醋酸酯[8]和醋酸酯的異構體。PTA產品的生產工藝流程是一個經典的相變精餾提純過 程[9]，經過大量的研究，傳統穩定的PTA生產流程以及前期模擬生產流程工藝[10-12]都很完善而且應用也較好，而這些流程在穩態、非線性等參數設計中具有穩定、均勻等特點[13-15]，偶爾也會出現某些特殊、意外的情況，這些因素都加大了工藝控制的難度。曾根保[16]等采用Aspen Dynamics方法研究對醋酸工藝在脫水過程中的動態特性；韓愷[17]等利用前人程序進行改進并將改進成果應用到PTA生產工藝脫水裝置上；位倩倩[18]等對醋酸工藝流程尤其是脫水、精餾工藝中的回收塔中加裝溫度控制器來調整溫度進而控制回流比；WANG[19]等也提出一種新的溫度控制方法，通過數值方法進行求解對后續研究具有一定的借鑒意義。

以PTA裝置的生產為例，為了提高生產效率，使得PTA裝置不僅在外形尺寸上越來越大，而且在工藝流程上也越來越精細，從任何一方面來說都給我國的國民經濟帶來了巨大效益，但是內件的安裝需要的技術含量也很高，同時也對我國制造業的技術挑戰引進了一個更高的層次，也將會提高工業生產率，必定是未來的一個大的趨勢。

某公司PTA裝置生產設備主體材料為碳鋼、復合板、不銹鋼，制造過程中的關鍵工序是超限筒節廠內制造精度和運輸到現場過程中防變形措施的控制。由于筒體是由鋼板在卷板機上分瓣卷制完成，從制造廠內運往現場進行縱縫焊接，在這一系列工序中筒體已經發生變形，輕者返修、重則報廢。現通過新型筒體、錐體防變形工裝來控制以上變形，對防止筒體變形起到了良好的效果，節約時間，節約成本。

1 新型筒體卷制工裝的設計

1.1 結構設計

新型筒體卷制工裝設計的主要目的在于防止大型筒體在卷制過程中由于直徑較大、厚度較薄導致筒體塌陷。另外一個優點是長度可調式，可滿足不同規格的筒體卷制。其具體結構如圖1所示，由2塊壓弧鋼板作主要連接件，鋼板規格為1 200×150×50，鋼板兩端焊接兩個軸承，工裝端口用筋板加強固定，兩塊鋼板的規格為1 200×150×40，兩塊鋼板用2根鋼管連接，鋼管的規格為Φ100×10，鋼管中間穿一根Φ90×10的鋼管，根據卷制筒體的寬度可調節2塊鋼板的間距。對于本次PTA裝置生產來說，超限設備很多基本都是超限筒體，通過分瓣卷制工序繁多，還多一道縱縫，此工裝將解決了這個問題，并且效果很好。

1.2 工作原理介紹

使用時首先將要卷制的板料放入卷板機中，待整塊板卷制到1/2的時候利用天車將工裝兩端吊鉤吊起，使得工裝放入正在卷制的筒體中，并起升天車將工裝鋼板上的兩端軸承與卷制筒體內壁緊密貼合，防止筒體塌陷。該工裝適用于直徑4 500 mm以上的大型超限薄壁筒體卷制以及直徑4 500 mm以下的超薄壁筒體卷制。

2 錐體組對焊接防變形方法設計

2.1 結構介紹

該防變形工裝對于小直徑錐體是利用2塊比錐體板厚的鋼板按照距錐體外徑上、下口150 mm位置數控氣割寬度200 mm的鋼板；另外沿焊縫利用拉筋板將錐體縱縫焊接。對于大直徑錐體從內部打支撐，外部按照小椎體辦法在錐體上下端部加支撐，在內部中間部位加鋼板支撐，在防變形板之間焊接拉筋板防止焊接變形，如圖2所示。

圖2 錐形筒體防變形

2.2 工作原理介紹

錐體卷制或油壓機壓制成型后，按照精度要求組對好后點焊工裝，把工裝焊接，從內部焊接錐體縱縫。

根據現場以上出現的問題，針對超大大直徑容器采用筒體分瓣卷制，卷完后將分瓣卷制的筒節放置在專用工裝中，并在筒節端口加防變形支撐，如圖3所示。

圖3 筒體分瓣卷制和打支撐

在對超限設備焊縫焊接中，采取縱、環縫立焊，避免上述變形，立焊的關鍵要控制好對口錯邊量，一旦縱縫控制不好成型后進行環縫組對時，對口錯邊量將非常大，無法進行組焊，經過試驗后將對口錯邊量控制好，筒體組對效果很明顯，及時完成了產品的生產，取得了很好的效果，得到了用戶的一致好評。圖4為縱縫立焊、筒體環縫立式組對。

圖4 縱縫立焊、筒體環縫立式組對

對于整體卷制的筒體卷板完成后，校圓合格以后，立即端口打米字型支撐，將各筒節吊放在滾輪架上，塔段筒節進行對接，測量塔體筒體的直線度，直線度合格以后，采用8塊拉筋板均布焊在組對環縫上并焊牢，之后再測直線度，直線度合格后方可焊接組對環縫。

裝焊接管時，變形小的進行矯正，重新組裝。如果坍塌、內陷比較嚴重，直接導致該節筒體報廢，所以對于人孔和大接管集中在同一方位上進行安裝時，采用“反變形”方法或者在接管焊接位置邊緣200 mm處筒體內部打支撐的措施來預防焊接過程中或焊后造成的變形以及直線度偏差過大。

另外，在筒節端口比較臨近的位置裝有人孔或者大接管時，可以先在筒體上將孔開好，廠內不進行焊接，待現場環縫組裝完成后在進行人孔和大接管的焊接。對此類問題我公司采取接管公稱直徑大于350 mm的接管在開孔位置距離接管邊緣200 mm處裝防變形支撐，防變形支撐有一字型、十字形、米字型，具體情況，具體分析，如圖5所示。

圖5 接管開孔處兩邊打支撐

3 結束語

隨著化學工業生產的日益精細化、大型化，設備規格也發生著巨大變化，設備大型超限化是未來的必然趨勢，大型筒體卷制精度控制問題一直以來都是比較困難的事情，但是只要在設計結構、制造和安裝過程中嚴格把關、加強管理、增強責任心、嚴格使用防變形工裝，就能解決這一問題。

筒體是設備主體重要部件，成型后的精度是否復合設計要求是保證設備生產制造完畢能否安全運行的前提，本文就大型PTA裝置筒體卷制過程中出現的問題，結合多年生產制造經驗，提出了防變形工裝，保證其成型精度。

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Design of Anti-deformation of Large PTA Device Cylinder

1,1,2

（1. Gansu Special Equipment Inspection and Testing Institute, Lanzhou Gansu 730050, China;2. Gansu Petroleum Branch of Sinopec Sales Co., Ltd., Lanzhou Gansu 730030, China）

The problem of deformation in the forming process of the large chemical PTA device was introduced, and the reasons for these problems and the countermeasures were analyzed. And a new type of the cylinder body coiling anti-deformation tooling was putforward to solve the above problem.The application of this tooling greatly reduces the deformation of the cylinder body coiling. The new type of cylinder body coiling anti-deformation tooling can be debugged according to the diameter and length of the equipment, and another method of anti-deformation of the cone welding assembly was proposed. The design of the new type of tooling improves production efficiency, satisfies the requirement of water level after the cylinder body rolling, thus ensuring the manufacturing quality of the equipment.

PTA; Cylinder; Prevent deformation; tooling

甘肅省市場監督管理局科技項目 （項目編號：GZJ2017012、GZJ2017013）。

2020-07-30

張正棠（1989-），男，甘肅省蘭州市人，工程師，碩士， 2016年畢業于蘭州理工大學化工過程機械專業，研究方向：壓力管道、壓力容器制造、檢驗檢測，非金屬管道研究。

孫寶財（1981-），男，高級工程師，博士，研究方向：壓力容器、壓力管道檢驗檢測，非金屬管道研究。

TQ050.6

A

1004-0935（2021）01-0060-04