樊立強(qiáng)

(山西豐喜化工設(shè)備有限公司山西 永濟(jì) 044500)

硝酸吸收塔的作用是將來自冷卻器的NO2與塔內(nèi)的H2O、O2經(jīng)反應(yīng)后轉(zhuǎn)化為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63.5%左右的硝酸。其主體材質(zhì)為 S30403、S30403II。S30403具有優(yōu)秀的抗晶間腐蝕能力，使用溫度－196℃ ～800℃。該設(shè)備具有直徑大、壁薄、內(nèi)件重、易變形、冷卻盤管結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，制作質(zhì)量要求高。為保證制作及安裝過程中塔體圓度、直線度，塔盤的水平度、平面度，冷卻盤管成形后的圓度及其與連箱管板的內(nèi)孔焊接質(zhì)量等，本文對該設(shè)備的制造、組裝、焊接、無損檢測和水壓試驗、氣密性試驗的過程制定了工藝方案和控制措施。

1 設(shè)備制造工藝方案

1.1 設(shè)備技術(shù)特性及設(shè)計特點(diǎn)

1.1.1 設(shè)備技術(shù)特性(見表1和表2)

表1 硝酸吸收塔的規(guī)格

表2 硝酸吸收塔的技術(shù)特性

1.1.2 設(shè)備設(shè)計特點(diǎn)

該設(shè)備殼側(cè)介質(zhì)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)63.5%的硝酸。如果采用傳統(tǒng)的管穿入管板前端焊接而成的接頭，則因管板與管之間有間隙而容易產(chǎn)生縫隙腐蝕。為解決此問題，該設(shè)備設(shè)計要求管板與管的連接方式采用內(nèi)孔焊焊接。為保證內(nèi)孔焊焊接質(zhì)量，要求對內(nèi)孔焊焊接接頭進(jìn)行100%射線探傷。為防止硝酸可能引起的晶間腐蝕破壞，設(shè)計規(guī)定與介質(zhì)接觸的材料均選用超低碳Cr-Ni奧氏體不銹鋼，并對固熔狀態(tài)下的母材敏化試樣進(jìn)行晶間腐蝕試驗，對焊縫焊態(tài)下的試樣進(jìn)行晶間腐蝕試驗，試驗方法按GB/T 4334-2008進(jìn)行，合格指標(biāo)為5個周期的平均腐蝕率或3個周期的最大腐蝕率≤0.6 mm/a。

設(shè)計要求塔內(nèi)安裝37層塔盤，在第1層～第7層塔盤上，每層安裝4層復(fù)合盤管;在第8層～第10層塔盤上，每層安裝3層復(fù)合盤管;在第11層～第18層塔盤上，每層安裝雙層復(fù)合盤管;在第19層～第32層塔盤上，每層安裝單層復(fù)合盤管。

1.2 設(shè)備制造、檢驗和驗收的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

設(shè)備制造過程執(zhí)行TSG R0004《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、GB150.1～4-2011《壓力容器》、HG20652-1998《塔器設(shè)計技術(shù)規(guī)定》、JB/T4710-2005《鋼制塔式容器》和NB/T47015-2011《壓力容器焊接規(guī)程》等17個標(biāo)準(zhǔn)。各標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行時，優(yōu)先按就高和就嚴(yán)的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行;所采用的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和技術(shù)條件、施工圖紙及其技術(shù)要求等發(fā)生矛盾時，按要求較高者執(zhí)行;賣方對執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和技術(shù)條件、施工圖紙及其技術(shù)要求等的變更須征得買方及設(shè)計方的認(rèn)可。

1.3 設(shè)備材料的要求

1.3.1 板材

設(shè)備主體所用S30403板材應(yīng)滿足GB24511-2009《承壓設(shè)備用不銹鋼鋼板及鋼帶》中的規(guī)定，固熔狀態(tài)供貨。S30403鋼板化學(xué)成分、力學(xué)性能、供貨狀態(tài)、表面質(zhì)量及材料存放等按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

1.3.2 鍛件、鋼管的化學(xué)成分及力學(xué)性能

S30403鍛件和鋼管的制造、檢驗、驗收應(yīng)分別符合NB/T47010-2010《承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件》、GB13296-2007《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》的規(guī)定要求。

1.3.3 焊接材料

焊接采用電弧焊和埋弧焊。本設(shè)備主要材料為S30403、S30403Ⅱ鍛件，應(yīng)根據(jù)上述材料的化學(xué)成分、力學(xué)性能和其他相關(guān)要求選用或按NB/T47015-2011《壓力容器焊接規(guī)程》的規(guī)定選取焊接材料。

1.4 設(shè)備主要制造工藝

采取根據(jù)運(yùn)輸情況將塔分成4段分別制造、現(xiàn)場合攏組對的施工方案。分段要求如下:1)按焊接工藝要求加工、清理分段處坡口，進(jìn)行預(yù)組裝。組裝后的外形尺寸偏差應(yīng)符合工藝文件要求，分段處應(yīng)有明顯的組對標(biāo)記。同時，注明設(shè)備0、90、180、270°位置線。2)分段處相近塔盤支撐點(diǎn)焊，以利于現(xiàn)場組裝環(huán)縫。為防止焊接變形對口環(huán)焊縫組裝的影響，分段端面1 500 mm范圍內(nèi)的人孔和大接管應(yīng)在廠內(nèi)開孔，且待設(shè)備現(xiàn)場對口環(huán)縫組焊后再進(jìn)行焊接。3)為防止分段筒體運(yùn)輸變形，分段處采取支撐措施予以加固。

在用戶安裝現(xiàn)場使用吊車、轉(zhuǎn)臺完成三道合攏環(huán)焊縫的臥置組對、焊接、無損檢測，利用大吊車完成整體吊裝就位及設(shè)備的最終立置水壓試驗。

1.4.1 設(shè)備加工的一般要求

制造時應(yīng)開辟專用不銹鋼場地，并且保證場地干凈整潔。

1.4.2 繪制排版圖

根據(jù)圖樣、材料幅面尺寸及容器開孔位置合理用料，并以盡量減少焊縫的原則進(jìn)行排版。同時，對筒節(jié)的編號、尺寸等作出規(guī)定，并符合容器規(guī)范的要求。

1.4.3 下料

1)應(yīng)按圖樣及工序過程卡核對材料標(biāo)記、材質(zhì)、規(guī)格，檢查材料表面質(zhì)量。

2)筒節(jié)周長按封頭實測周長下料，遵循筒體內(nèi)壁對齊的原則，且留出焊縫收縮量。

3)不銹鋼下料時，禁止在切割線內(nèi)用針劃線打沖眼，不得用含硫和氯化物的記號筆、油漆涂寫字樣等，但可用紅、藍(lán)鉛筆及記號筆或粉筆彈線。

根據(jù)施工圖給定的筒體長度，采用定長、定寬雙定尺板，從合格供方單位采購材料。筒體A類焊接接頭的坡口均采用刨邊機(jī)刨出和立車加工，坡口型式采用經(jīng)評定合格的焊接工藝。由于該塔直徑大、壁薄、內(nèi)件重，剛度相應(yīng)不足，所以，從下料開始就必須控制筒體的變形。應(yīng)按中徑展開長度下料，并考慮一定的焊縫收縮量，每張鋼板對角線之差不得大于2 mm，每筒節(jié)的拼接鋼板對角線之差不得大于4 mm。筒體卷制前，用1 000 t油壓機(jī)進(jìn)行板頭預(yù)彎，并制作弦長不小于1 000 mm的樣板檢測，壓頭預(yù)彎的R值必須符合樣板要求。筒體卷制過程中，利用卷板機(jī)的計算機(jī)控制系統(tǒng)計算出每次的最佳下壓量，并用行車吊起托輥后托于筒體弧段的頂部，以減少筒體自重的影響。縱縫焊接后進(jìn)行校圓，保證每節(jié)筒節(jié)的圓度不大于25 mm。卷制及校圓過程中，應(yīng)利用樣板進(jìn)行筒體的圓度偏差檢驗，控制樣板與筒體內(nèi)壁的最大間隙不大于2 mm。每節(jié)筒體圓度、直線度檢驗合格后，在筒體兩端部150 mm處用內(nèi)支撐圈進(jìn)行加固，支撐圈與環(huán)焊縫之間的距離不可太大，以避免組對時因錯邊量太大而強(qiáng)行組對，同時增加環(huán)焊縫處筒體的剛性，減小焊接應(yīng)力變形。每段筒體的筒節(jié)全部組裝焊接、檢驗合格后，標(biāo)出每段筒體直線度偏差最大值的所在方位，以便后續(xù)分段筒體組對時每段筒體直線度偏差對稱分布，將設(shè)備總體直線度控制在許可范圍內(nèi)。

1.4.5 上、下球形封頭的制作

球殼板購買成品。球殼板的制造、檢驗、檢測應(yīng)符合GB12337-1998《鋼制球形儲罐》等規(guī)定?；貜S后，對球殼板按GB50094《球形儲罐施工規(guī)范》的要求進(jìn)行復(fù)驗。合格后，按鉚工工藝及焊接工藝組焊成形。表面質(zhì)量、幾何尺寸、焊接質(zhì)量等滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)為合格。

1.4.6 盤管成形

圖紙盤管彎曲半徑 R=60mm，管子規(guī)格Φ26.7 mm ×1.65 mm，R/d=2.25 ＜ 2.50。彎管采用輔助工裝，并采取一定的措施，以保證彎曲后的管子圓度符合要求。

1.4.7 塔盤安裝

應(yīng)確保塔盤的平面度、相鄰塔板之間的距離及任意兩塔盤板之間距離的允差滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求?，F(xiàn)場組裝部分按《現(xiàn)場組對工藝方案》。

經(jīng)濟(jì)是政治的基礎(chǔ)，政治是經(jīng)濟(jì)的集中表現(xiàn)。在此意義上，作為政治文明發(fā)展到一定時期出現(xiàn)的協(xié)商民主，也是經(jīng)濟(jì)形態(tài)演進(jìn)的必然產(chǎn)物。多樣化的經(jīng)濟(jì)形態(tài)和經(jīng)濟(jì)利益，是國內(nèi)外協(xié)商民主得以彰顯的內(nèi)在致因。

1.5 設(shè)備的焊接

施焊前，按NB/T47014《承壓設(shè)備焊接工藝評定》進(jìn)行合格的焊接工藝評定，并由持有相應(yīng)項目有效資質(zhì)的焊工按評定合格的焊接工藝施焊。

1.5.1 焊接材料

所有焊接材料均應(yīng)符合NB/T47018-2011相關(guān)規(guī)定的要求。

1.5.2 內(nèi)孔焊控制要點(diǎn)

1)端面加工:使盤管端面、管板孔端面分別與其中心軸線垂直度的偏差小于0.1 mm。

2)端面清理:裝配前，嚴(yán)格清理毛刺、油污、水分等，并用丙酮清洗待焊接區(qū)域。

3)裝配、定位:間隙≤0.2 mm，錯邊量≤0.3 mm。為了確保裝配盤管與管板的同心度，設(shè)計了一個專門的定位芯軸(見圖1)。定好位后，用TIG焊不加焊絲在連接處外側(cè)對稱地定位焊2點(diǎn)。

圖1 定位芯軸示意圖

4)焊接工藝:進(jìn)行各種工藝條件、焊接參數(shù)的對比試驗，制訂出最優(yōu)的焊接工藝方案。

5)焊接:從管板側(cè)送入內(nèi)孔焊槍頭，調(diào)整好焊接工藝參數(shù)以及鎢極與焊口的軸向距離和徑向距離，開啟氬氣保護(hù)，打開焊機(jī)電源進(jìn)行施焊，見圖2。

6)外觀檢查:觀察焊縫背面是否焊透，焊縫色澤是否正常，成形是否良好，有無明顯內(nèi)凹，有無氣孔、裂紋等缺陷。

圖2 焊接

1.5.3 殼體的焊接要求

設(shè)備A、B類焊接接頭的焊接基本要求及焊接規(guī)范參數(shù)的選取按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

1.5.4 盤管拼接

盤管長度不夠時需進(jìn)行對接，每根管子對接接頭不能多于1個。焊接采用旋轉(zhuǎn)氬弧焊。

1.6 無損檢測

A、B類焊縫坡口表面進(jìn)行100%PT及100%射線檢測，符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求為合格。

1.7 水壓試驗

容器及盤管的水壓試驗工藝執(zhí)行FS/T032-2004《壓力容器壓力試驗和氣密性試驗工藝規(guī)程》規(guī)定。水壓試驗及氣密性試驗壓力按圖紙要求進(jìn)行。設(shè)備水壓試驗后，應(yīng)將水漬清除干凈。試驗時，水中的氯離子質(zhì)量濃度不得超過25 mg/L。

1.8 設(shè)備防腐

設(shè)備水壓試驗合格后，不銹鋼表面需清除油污等污垢，并進(jìn)行酸洗鈍化處理，對所形成的鈍化膜進(jìn)行藍(lán)點(diǎn)檢查。無藍(lán)點(diǎn)為合格。

2 結(jié)論

實踐證明，采用本工藝方案與控制措施可以有效地保證硝酸吸收塔的制造質(zhì)量。