七冶壓力容器制造有限責(zé)任公司 （貴州貴陽(yáng) 550014） 何禹科

1.概述

變壓吸附作為一種氣體提純或混合氣體分離的工藝方法，近年來(lái)其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣。工藝過(guò)程為：帶有一定壓強(qiáng)的混合氣體進(jìn)入吸附塔，吸附塔內(nèi)裝填的吸附劑，選擇性地吸附混合氣中的一種或多種氣體組分，未被吸收的氣體組分流出吸附塔；吸附劑吸附的氣體量達(dá)到一定值后，進(jìn)行吸附劑的再生。變壓吸附工藝中的每個(gè)吸附塔在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)都要經(jīng)歷吸附、降壓、升壓、終升幾個(gè)環(huán)節(jié)。下面以我們?yōu)槟彻局圃斓奈剿槔瑢?duì)整個(gè)制作過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)論述。

2.主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)

（1）吸附塔直徑為3200mm，總高約19 680mm，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 吸附塔技術(shù)參數(shù)

從設(shè)備技術(shù)參數(shù)看出，吸附塔的工作壓力在0～2.27MPa之間交變，每16min循環(huán)1次，屬二類壓力容器，顯然按常規(guī)設(shè)計(jì)規(guī)范GB150進(jìn)行設(shè)計(jì)是不能滿足該工況要求的，而JB4732—1995（2005年確認(rèn)）《鋼制壓力容器-分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》恰好能解決這一難題。由于分析設(shè)計(jì)采用了塑性失效準(zhǔn)則，并根據(jù)詳細(xì)的應(yīng)力分析報(bào)告對(duì)薄弱環(huán)節(jié)的細(xì)部結(jié)構(gòu)做了合理的設(shè)計(jì)，減少了盲目性。因此，分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了較高的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度值，降低了基本安全系數(shù)，但對(duì)選材、制造、檢驗(yàn)等方面，分析設(shè)計(jì)相對(duì)常規(guī)設(shè)計(jì)就較為嚴(yán)格了。

（2）吸附塔由筒體、吸附劑、半球形封頭、加強(qiáng)管、人孔蓋和彎頭等主要受壓元件組成，如圖1所示。

（3）主要受壓元件材料及規(guī)格如表2所示。

表2

3.制造技術(shù)難點(diǎn)及控制項(xiàng)目

（1）材料 ①封頭、筒體材料為Q345R（正火），板材應(yīng)符合GB713—2008的要求，正火狀態(tài)供貨，并按JB/T4730逐張進(jìn)行超聲波檢測(cè)，Ⅱ級(jí)合格；應(yīng)逐張進(jìn)行－10℃低溫沖擊試驗(yàn)，AKV≥34J。②Q345鍛件按JB4726的要求驗(yàn)收，鍛件正火狀態(tài)供貨，不允許采用模鍛。鍛件具有6級(jí)或更細(xì)的晶粒度等級(jí)（G）；鍛件中脆性?shī)A雜物、塑性?shī)A雜物均≤2.5級(jí)，且兩者總和≤4.0級(jí)，管整體補(bǔ)強(qiáng)鍛件應(yīng)逐件進(jìn)行－10℃低溫沖擊試驗(yàn)，AKV≥34J。③所有鋼管材料應(yīng)符合GB/T6479高級(jí)的規(guī)定，鋼管和彎頭應(yīng)正火狀態(tài)供貨。④對(duì)主要受壓元件用材按《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第25條對(duì)三類壓力容器主要受壓元件用材的要求進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，并符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求后方能使用。

圖1 吸附塔

（2）封頭和筒體的成形 封頭我公司沒(méi)有專用設(shè)備，因此進(jìn)行外委；但是對(duì)外委廠家進(jìn)行如下要求：封頭必須整體成形，成形后的最小厚度為26mm，封頭拼接焊縫必須與封頭開(kāi)孔錯(cuò)開(kāi)500mm以上，成形前封頭拼接焊縫內(nèi)外表面打磨與母材平齊，成形后封頭拼接焊縫打磨至Ra=6.3μm。封頭拼接焊縫按JB/T4730進(jìn)行100%X射線（B級(jí)）檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格，并按JB/T4730進(jìn)行100%超探（C級(jí)）復(fù)驗(yàn)，Ⅰ級(jí)合格。

筒節(jié)長(zhǎng)度根據(jù)封頭的實(shí)際尺寸進(jìn)行下料，要上刨邊機(jī)加工坡口，坡口表面進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，按JB/T4730Ⅰ級(jí)合格。筒體經(jīng)過(guò)卷板、焊接、校圓、無(wú)損檢測(cè)等工序，菱角度≤2.5mm，樣板間隙≤2mm，對(duì)口錯(cuò)邊量≤2mm。

（3）焊接質(zhì)量控制 質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定：本設(shè)備的焊接按JB/T4709—2000《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》和JB/T4710—2005《鋼制塔式容器》中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，并遵照我公司的焊接工藝評(píng)定進(jìn)行焊接。

無(wú)損檢測(cè)要求：按JB/T4730—2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》對(duì)焊接接頭進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，施焊前設(shè)備所有A、B類焊接坡口應(yīng)進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格；A、B類焊縫均做100%X射線（B級(jí)）檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格；并做100%超探（C級(jí)）復(fù)驗(yàn)Ⅰ級(jí)合格。裙座與封頭焊縫（圖1所示D1）做100%超聲波（C級(jí)）檢測(cè)，Ⅱ級(jí)合格；D類焊縫及直徑小于250mm的接管焊縫做100%磁粉檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格。

焊接：主體焊接材料及焊接參數(shù)如表3所示，焊接坡口形式及尺寸如圖2所示。

表3 焊接材料及焊接參數(shù)

由于本設(shè)備對(duì)焊縫的檢測(cè)要求高，所以筒體主體縱、環(huán)焊縫都采取埋弧焊，并對(duì)圖1所示的A1、A2、B1、B2、B3、D1都采取埋弧焊；A、B、D類焊接接頭都采取全焊透進(jìn)行施焊。

根據(jù)《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》要求，壓力容器主要受壓元件焊縫附近50mm處應(yīng)打上焊工代號(hào)鋼印，但該容器為應(yīng)力分析容器，不允許在母材上打焊工鋼印和材質(zhì)鋼印，應(yīng)用記號(hào)筆標(biāo)上。

圖2 A、B類焊縫對(duì)接接頭形式及尺寸

（4）組裝 接管、法蘭、彎頭組裝：法蘭面與接管垂直，垂直度≤3mm；法蘭螺栓孔與彎頭中軸線跨中分布。

封頭與筒體組裝：封頭中心線與筒體中心線重合，封頭拼接焊縫與筒體縱縫間距應(yīng)大于100mm，對(duì)口錯(cuò)邊量≤3.5mm，菱角度≤2.5mm。

加強(qiáng)管與封頭組裝：加強(qiáng)管中心線與封頭中心線重合，法蘭密封面垂直于筒體主軸中心線，其偏差不超過(guò)法蘭外徑1%且≤3mm，螺栓孔跨主軸中心線均布，法蘭面的水平誤差≤2.5mm，對(duì)口錯(cuò)邊量≤2mm。

（5）熱處理 組裝焊接完畢后應(yīng)對(duì)所有焊接接頭內(nèi)外表面打磨光滑，且A、B類焊接接頭表面應(yīng)與母材齊平（見(jiàn)圖2），不得有余高和凹坑；D類焊縫應(yīng)打磨圓滑過(guò)渡，不得有明顯的棱角，打磨的表面粗糙度要求為Ra=6.3μm。對(duì)整臺(tái)設(shè)備進(jìn)行全面檢查合格后對(duì)其進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，熱處理工藝曲線如圖3所示。

圖3 熱處理工藝曲線

（6）液壓試驗(yàn) 熱處理完成后按照?qǐng)D樣規(guī)定進(jìn)行水壓試驗(yàn)，由于吸附塔直徑大， 總高約19 680mm，在制作廠房?jī)?nèi)只能進(jìn)行臥試打壓，但是設(shè)備筒體上沒(méi)有接管口進(jìn)行排氣，當(dāng)往筒體灌水超過(guò)封頭兩端的接管口后無(wú)法排氣，這時(shí)水就不能繼續(xù)灌入筒體，導(dǎo)致筒體里一半水一半空氣，這樣試驗(yàn)時(shí)很難達(dá)到試驗(yàn)壓力。為了更好的做好液壓試驗(yàn)，達(dá)到圖樣要求，我們采用彎曲的鋼管一端放到筒體最高處，另外一端放到筒體外進(jìn)行排氣，用壓力泵把水壓進(jìn)筒體里把空氣排除，等到排氣口有水溢出時(shí)說(shuō)明筒體里已裝滿水，這時(shí)把排氣口的截止閥關(guān)上，壓力泵繼續(xù)加壓直到達(dá)到試驗(yàn)壓力，如圖4所示。

圖4 吸附塔臥式打壓

水壓試驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度不宜低于5℃，水壓試驗(yàn)的試壓用水必須是潔凈的，設(shè)備外表面應(yīng)保持干燥，當(dāng)設(shè)備壁溫與水溫接近時(shí)，才能緩慢升至設(shè)計(jì)壓力2.5MPa；確認(rèn)無(wú)泄漏后繼續(xù)升壓到規(guī)定的試驗(yàn)壓力3.27MPa，保壓30min，然后降至試驗(yàn)壓力的80%，保壓足夠的時(shí)間對(duì)所有焊縫和連接部進(jìn)行檢查，焊縫和密封部位等無(wú)滲漏，主體無(wú)可見(jiàn)異常變形為合格，如圖5所示。檢查期間壓力應(yīng)保持不變，不得采用連續(xù)加壓來(lái)維持試驗(yàn)壓力不變，試壓過(guò)程中不得向受壓元件施加任何外力。水壓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)通知鍋檢所的相關(guān)人員對(duì)打壓過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督檢查，并做好記錄。

圖5 液壓試驗(yàn)工藝曲線

4.結(jié)語(yǔ)

我公司采取如上工藝制作該公司的吸附塔，既保證了設(shè)備的質(zhì)量，又提高了制作效率，于2010年12月投產(chǎn)運(yùn)行至今良好。不但各項(xiàng)指標(biāo)都能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，而且取得的經(jīng)驗(yàn)對(duì)同類行業(yè)制作吸附塔或制作類似化工設(shè)備提供了借鑒和指導(dǎo)作用。