脫水塔制造中常見問題的探討

丁粉娥

(云南大為化工裝備制造有限公司，云南 曲靖655338)

1 概述

本文所述的脫水塔，是為某化工集團承制的年產200萬焦化工程炭黑尾氣脫水裝置項目的塔式容器。該設備的特點是直徑大、高度高、壁薄、噸位重。受制造廠與施工現場運輸路線的限制，本臺塔器只能采取分段制造，運至現場進行組對焊接。由于現場組焊施工條件差,并且大多為空中組對,塔器的直線度控制和塔盤支承圈水平度控制是現場組焊施工的難點之一。因此需要制定嚴密的制造工藝及現場組裝方案，嚴格控制各關鍵點工序，最終才能使產品的制造質量達到設計和相關技術條件的要求。

2 設備結構特點和主要技術參數

2.1 設備結構特點

該塔殼體內直徑為φ5000 mm ,總高約 32207 mm，凈質量 95170 kg。由于設備直徑較大，受運輸條件的限制，將脫水塔分9段制造，立式放置，高度控制在 3600 mm 以內。裙座和下封頭為第一段(因寬度超限，接管暫不焊)，筒體 3600 mm 長為一段(筒體板幅為 1800 mm)，上封頭與最后一截 1800 mm 筒體為一段。內件在廠內制造，現場安裝，在安裝現場完成合攏環焊縫的組對焊接、無損檢測、內件安裝、管口組焊及設備的最終安裝，設備結構見圖1。

圖1 設備結構

2.2 設備技術參數

脫水塔的主要技術參數見表1。

3 制造關鍵點的控制

3.1 材料復層保護

在塔器制造過程中，為保護不銹鋼層的耐蝕性能，必須避免不銹鋼復合鋼板被灰塵和鐵離子等污染及磕、碰、劃傷。因此在制造過程中必須遵守以下原則：

1)要設有專門的制造場地，且要求制造廠地清潔。2)不銹鋼劃線時不得采用硬印作標記，且應采用無氯無硫記號筆。3)不銹鋼朝下時，要墊干凈的木板；不銹鋼朝上時，上面應覆蓋橡膠板或者牛皮紙。4)卷制前，筒節應先預彎(壓頭)。進行預彎時，預彎模表面應光滑并將表面的雜物清除干凈。筒節應在專用的卷板機上進行卷制，也可在卷板機的軋輥表面或在材料表面覆蓋無鐵離子的材料。筒節卷制和校圓時，應采用較少卷制次數快速成形，不得反復碾壓以免產生嚴重的加工硬化導致筒節開裂或兩端形成喇叭口。筒節卷制組對縱縫時嚴禁使用鐵器直接敲打其表面。5)凡進入筒體內工作的人員，應換上干凈的工作服和軟底的工作鞋，嚴禁把泥土、油污等贓物帶入筒體內。

表1 脫水塔技術參數

3.2 橢圓形封頭的制造

封頭材料為復合板S32168+Q345R，厚度(3+14)mm。封頭由我廠備料，材料發往封頭廠家成形，采用先拼板后成形；封頭拼接焊縫在封頭成形后進行100%RT檢測，符合NB/T47013.2-2015中Ⅲ級合格，檢測技術等級AB級。

封頭回廠后按要求對封頭進行質量檢驗,需滿足：1)封頭直邊傾斜度:向外≤2.5 mm,向內≤1.5 mm；2)內直徑公差-5～+6 mm； 3)封頭圓度公差≤25 mm； 4)封頭總深度公差-10～30 mm；5)封頭內表面公差：①樣板與封頭內表面的最大間隙：外凸≤62.5 mm，內凹≤31.25 mm；②樣板輪廓曲線線性尺寸的極限GB/T1804-2000中的m級的規定。6)封頭直邊高度 40 mm,直邊高度公差為-2～4 mm[1]。經檢驗，發現封頭局部地方 100 mm 范圍內有復合層分層現象及凹坑。采用對凹坑進行焊補，分層處去除復合層后再進行堆焊的方法，這樣既節約了工期，又保證了封頭質量。

3.3 分段塔體的制造

基于該塔較高及運輸方面的考慮，采用筒體板寬為 1800 mm，兩段組合為一段塔體，每節筒體由兩塊板拼焊。因拼焊后板材長度較長，下料時找正誤差會較大，所以在購買板材時應把板寬加大至 1810 mm。下料后測量長度、寬度、對角線，偏差控制在± 1 mm。

對分段塔體各段幾何尺寸驗收項目：

1)筒體同一斷面上的最大內徑與最小內徑之差≤1%Di，且≤25 mm[2]。

2)外圓周長的檢查。 即使同樣尺寸的鋼板經過滾板機的滾圓后，加工出來的筒體直徑都不盡相同，因此外圓周長不可能完全一樣。在對口時，如果我們從第一點就保持錯邊量為 0 mm，那么最終的錯邊量將會超過允許值，并會產生縱縫棱角e值超差，更有甚者會造成嚴重錯口。首先必須測量出相鄰筒節端面外圓周長的差值，合理確定組對時應保留的錯邊量b，也就是說，使對口處的各點錯邊量均勻。卷圓時控制每節筒節的縱向焊接接頭復層對口錯邊量 ≤0.5 mm，組焊后棱角度 ≤3.0 mm。筒體下料周長應按實測封頭外圓周長換算展開后下料，以保證封頭與筒體處的環縫錯邊量。組對筒節時按筒節的序號及上、下心線進行組裝。

3) 筒體直線度檢查，應符合表2的要求。

表2 塔體允許直線度偏差[3]

4)檢查各段塔體制造過程中的八個方位上母線的定位標記(外表面的)。距端面 100 mm 處的筒體內表面也要劃一條基準環線，此基準環線作為內部支撐圈、開孔及現場組對分段端口處的基準。所有心線必須清晰，以便于現場組裝。

3.4 焊接

復合鋼板縱環焊縫焊接，采用先焊接基層：基層采用SAW埋弧焊，焊后背面清根打磨光滑。對焊縫進行≥20%RT檢測，符合NB/T47013.2-2015中Ⅲ級合格,檢測技術等級AB級，并做100%MT檢測，符合NB/T47013.4-2015中Ⅰ級合格。再焊接過渡層和面層：采用GTAW惰性氣體保護焊，焊后焊縫內表面打磨至與母材齊平并對焊縫進行100%PT檢測，符合NB/T47013.5-2015中Ⅰ級合格。焊接時要注意，基層焊縫不能熔透到復層金屬，以防止焊縫金屬發出脆化和裂紋。基層和復層之間，要選擇堆焊一層或多層過渡層，焊完基層，再焊過渡層，最后焊復層。

3.5 預組裝

各段塔體分別制造檢驗合格后，在制造廠內按NB/T47041-2014《塔式容器》的規定進行無間隙預組裝。為保證現場順利組對，嚴格控制分段端口處環向焊接接頭對口復層錯邊量≤0.5 mm 及分段端口圓度偏差≤20 mm。預組裝檢驗合格后，將每段塔體分段處外壁的八條心線，用白色油漆標記，并點焊現場組對定位工藝板，以利現場調整組對。在分段坡口表面及內、外邊緣 50 mm 范圍內涂可焊性防銹涂料，按要求對設備其余碳鋼外表面進行除銹油漆。

4 現場組裝關鍵點的控制

4.1 現場組裝方案

各段塔體立置發運至用戶現場經復驗合格后，就可以進行組裝。現場組裝一般有兩種方案。

第一種方案：各塔節現場臥式再組對成大段，并組裝各內件及接管等。具體分段數應根據現場的實際情況及吊車的起吊能力(起吊重量和起吊高度)確定。然后采用立式組裝，點焊定位后焊接合攏縫。

第二種方案：各塔節在現場不再臥式組對，直接采用立式組裝，塔節一段一段往上加。每加一段，相應完成該段的內件及接管組裝，拆除米字型支撐。

兩種方法各有優缺點，第一種方法適用于有大型起吊機、現場空曠、設備能設置起吊吊耳的場合；臥式組焊較立式組焊容易，但條件要求較高。第二種方法適用于無大型起吊機、現場空間狹窄、設備不能設置起吊吊耳的場合；條件要求較低，但立式組焊較困難。由于該設備筒體厚度只有 13 mm，若采用現場再組焊為2段起吊，下段塔體必須設置兩個軸式吊耳AXC-600[4]。該吊耳要求殼體厚度最小為 30 mm，所做設備殼體厚度不滿足起吊強度，需在設置吊耳處殼體上包覆一節長 2000 mm，厚 18 mm 的碳鋼筒體。如此將大大增加設備的制造成本，所以從經濟性等方面綜合考慮，該設備采用第二種現場組裝方案組裝。

4.2 組裝

現場組裝方案確定后，就可進行下一步的設備組裝工作。

1)檢驗基礎是否滿足安裝要求，確定后把基礎上表面清理干凈。將裙座下段吊裝到基礎上，利用工藝墊鐵進行主體找平、找正等相關工作。檢驗合格后做好檢驗記錄，擰緊地腳螺栓、螺母，搭建工作平臺。

2)組裝第二段塔體，將第二段塔體吊裝到裙座上，對口時，以對口基準環線為準，調整間隙及錯邊量，并將差值勻開，以免錯邊集中在局部而造成超標。采用經緯儀檢查筒體的垂直度，利用鋼尺檢測塔體對口間隙和錯邊量，保證環向焊接接頭復層對口錯邊量≤0.5 mm，任意 3 m 長度簡體直線度偏差≤3 mm，檢測合格后定位焊接，焊縫的強度至少能夠承受風載荷等其他外力，按焊接工藝卡要求焊接環向焊縫，并按要求進行無損檢測，符合NB/T47013-2015要求。

3)拆除設備塔節內十字支撐，以八條十字心線及筒體內表面基準環線為基準，劃各內件及管口位置及尺寸線，檢測合格后按要求開孔并組焊各內件及管口。

4)重復步驟2)和3)，完成其余各塔節的組裝。組裝時注意復合層的保護和施工人員的安全，必須做好各項安全防護措施。

4.3 塔盤水平度

為保證塔盤安裝水平度，現場安裝塔設備時應嚴格控制塔體的直線度，使其指標與塔盤水平度要求相匹配。塔體的直線度符合要求后，利用U型管水平儀測塔盤支承圈和塔盤支承梁的水平度，選擇塔體的一個角度為基準線，標注明顯標記。塔盤劃線時要嚴格控制劃線精度，組裝、焊接時要采取防變形措施，每組裝一層都要進行水平度測量，避免出現累積誤差。支撐圈與塔壁焊接后整個支撐圈上表面水平度允差≤3 mm，上表面在任意 300 mm 弦上的局部不平度≤1 mm，相鄰兩層支撐圈的間距允差為 3 mm，任意兩層支撐圈在20層塔盤內的距離允差為 10 mm。

5 結語

實踐證明，對于用不銹復合鋼板制造的塔設備，制定嚴格的工藝措施以防止鋼板復層被灰塵和鐵離子等污染及損傷，保護不銹鋼層的耐蝕性能是非常有必要的。通過采用控制橢圓形封頭的圓度等尺寸誤差，對筒體采用相同的下料方法及相同的制造工藝使筒體周長一致控制單節簡體的形狀誤差；嚴格控制好組對錯邊量、棱角度、直線度；在廠房內對塔節進行預組裝，作好標識；采取合理的焊接方法和焊接工藝等，可以有效保證分段塔體的直線度、橢圓度和錯邊量，為保證設備安裝后的直線度等打下良好的基礎。合理的現場組裝方案是保證設備制造質量的關鍵。組裝方案的選擇要考慮現場場地情況、吊車的起吊能力、起吊吊耳設置、制造成本等方面的因素，找出一種既經濟又能保證設備制造質量的合理方案。采用經緯儀檢測塔體直線度和利用U型管式水平儀檢測塔盤水平度的方式，具有準確度高，數據直觀可靠的特點。經生產實際驗證，本臺脫水塔取得了良好的效果。