梁飛艷

摘要：本文介紹了鋯鋼復合板反應器研制過程中的一些關鍵工藝措施和質量控制要點，以此保證設備的加工質量。

關鍵詞：鋯鋼復合板;醋酸反應器;制造工藝;可靠性

引言

在掌握先進的甲醇羰基化法合成醋酸、醋酐工藝技術之后，伴隨天然氣和新型煤化工的蓬勃發(fā)展，醋酸、醋酐已成為近年來有機原料的投資熱點。國內多個天然氣或煤化工基地都以碳化學作為重要的產業(yè)鏈，新建或擴建了多套醋酸、醋酐項目。在這些項目的生產工藝過程中，鋯材耐腐性方面占有優(yōu)勢，但鋯材相對昂貴，鋯鋼復合板比較經濟，鋯鋼復合板設備將會占有較大的比重。

1.鋯的化學成分性能

容器中常用的鋯材有： 鋯R700 、鋯R702 、鋯 R705 ，其化學成分及力學性能見表 1

表 1?? 常用鋯材化學成分及力學性能

2.鋯鋼復合板特性

鋯，鋼復合板爆炸成形結合區(qū)通常是基、復板之間的成分、組織和性能的過渡區(qū)，具有金屬的塑性變形、熔化、擴散和波形的明顯特征。過渡區(qū)一般在0.01—1ITI/n范圍，其組織和性能直接與復合工藝有關，也直接影響基、復板之間的結合強度和使用性能。正確的復合參數(shù)可以控制波形狀態(tài)，避免或最小程度產生連續(xù)的熔化層和金屬間化合物，高質量的鋯鋼復合板結合界面。

由于爆炸復合過程極短，當爆炸載荷作用后，除了結合區(qū)有一定程度的硬化和強化外，鋯復板和鋼基板的原有化學成分、力學性能、耐蝕性能均不發(fā)生變化。成形復合板經過消除應力熱處理，適當恢復延伸率，完全可承受容器制造所需的校平、卷筒、切割、焊接、沖壓等后續(xù)加工。試驗表明：采用中等強度的容器用鋼和鋯組合，可獲得良好的復合質量。但隨著鋼基板強度提高或鋯復板厚度增加（>10mm），復合難度相應加大，此時即使復層選用低氧鋯（氧含量不超過1000mg·L），從工藝角度仍很難實現(xiàn)復合質量穩(wěn)定、綜合性能達標要求。因此高質量的鋯鋼復合都采取在兩者間增加復合一層厚度為2—3m的純鈦板作為過渡層。至于純鈦和鋼的復合，已掌握的成熟工藝可充分保證復合質量。

3.鋯鋼復合板的焊接接頭形式

3.1鋯鋼復合板對接接頭

因鋯與鋼不相溶性，使用墊板結構將復層構件結合起來。在焊接鋼板之前，需要在焊接區(qū)域將復層的鈦鋯去除。鋼基層焊接完成后，再采用墊板來填充復層空缺部分。墊板的作用是在蓋板里面提供機械支撐，以便抵擋內部介質造成的壓力。去除復層后會在耐蝕襯里中引起缺口或空隙，必須采用蓋板與復層金屬焊接起來。必須在基層上鉆Φ6的通氣孔，以便為蓋板焊縫的背面提供氬氣進行保護。同時，也作為裝置生產過程中的檢漏系統(tǒng)。

3.2鋯鋼復合板角接接頭

先焊接襯管與襯環(huán)，加工襯環(huán)密封面，再焊接襯管與蓋板或復層。 右為接管插入筒體內，鋼面焊接時不影響復層，復層須剔邊10-15mm寬 ，剔邊處填鈦板，鈦板下面加焊一層寬約50mm鋯蓋板，襯管與蓋板，蓋板與復層焊接成型。

4.鋯鋼復合板的焊接工藝及熱處理

4.1基層鋼的焊接

鋯鋼復合板接頭的焊接次序是先焊基層鋼，一般選用自動埋弧焊接，基層鋼焊接時線能量不宜太大，過大的線能量會使鋯復層因溫度過熱發(fā)生氧化，或產生復合板界面結合強度下降和界面剝離等問題。同時，要避免電弧焊的飛濺造成鋯復層污染，所以基層鋼焊接時第一道焊縫應用單面焊，雙面成形，以避免在鋯復層進行手工電弧焊。待鋼焊縫的外觀符合要求，并且射線拍片質量檢驗合格后，才開始焊接鋯復層。

4.2鋯復層的焊接

鋯設備的焊接和裝配應在相對封閉的工作車間或相對隔離區(qū)域，與其它材料的制造車間分開，保持清潔，且空氣中無鐵，不允許采用鐵質工具。

在鋯焊接前，應用試驗方法來證明空氣中不含鐵。用二氮雜菲（C12H8N2）試驗方法來檢驗。

從事鋯容器加工工作的操作者應穿戴適宜的不會造成鐵離子污染點防護衣和鞋套，專用的防護衣和鞋套應隔離放置并保存在鋯制造區(qū)域邊的房中。

4.3復層焊接質量控制

嚴格控制焊縫中氧、氫、氮等有害雜質含量也是確保鋯焊縫質量的又一重要措施，主要從以下幾方面入手：①母材和焊絲中的雜質含量控制在允許范圍之內;②焊前仔細清理工件、填條、焊絲的表面，防止污染物質在焊接過程中進入;③焊接過程中氣體保護措施要嚴格，焊縫正面采用噴嘴加拖曳保護罩，焊縫背面采用通氣孔通入氬氣保護。焊接完畢，可以通過外觀檢驗，觀察焊縫區(qū)域的顏色來確定鋯焊接區(qū)域被氧化的程度，以初步確定焊接接頭質量是否合格。銀白色表示保護良好;淺黃色、深黃色、淡藍色表明焊縫已被氧化，需要用不銹鋼絲刷清除表面;深藍色、藍灰色、灰色、白色表示焊縫被強烈氧化，需打磨并修補。

4.4設備熱處理

由于反應器在焊后的殘余應力較大，在特定的使用介質中容易發(fā)生應力腐蝕，一般鋯鋼復合板容器通常在鋯壓條焊接完畢后進行熱處理。復合板容器的熱處理工藝及溫度的選擇依據(jù)基層鋼板熱處理工藝進行。

4.5表面處理與檢驗鐵污染的清理

鋯容器的表面若有鐵和碳化物顆粒存在，易產生點腐蝕，在制造過程中，如果鋯及有色金屬表面（包括內表面）被鐵離子污染，可采用如下方法中一種方法進行徹底清理。

a ） 用氧化鋁或石英砂（必須不含鐵質）進行噴砂處理;

b ） 用粘有不含鐵質磨料的布拋輪拋磨;

c ） 用不含鐵質的砂紙砂布打磨;

d ） 用含3-5%氫氟酸和不小于30-50%的硝酸（均以容積計）的水溶液進行酸洗，時間2-5分鐘，然后用潔凈水沖洗干凈;

e ） 機械加工;

再采用鐵氰化鉀溶液法對鋯表面及焊縫進行鐵離子污染試驗，時間不超過15S 。

5.結束語

綜上所述，鋯鋼復合板反應器制造過程中，關鍵工藝措施和質量控制要點的實踐結果表明，由于工藝措施得當，各工序環(huán)節(jié)嚴格執(zhí)行規(guī)范要求，因此保證了該反應器制造質量。近年來，通過科研單位、使用單位與壓力容器制造廠商的共同努力，在鋯鋼復合板醋酸反應器的國產化方面做了大量的工作，無論在制造理念、制造工藝以及制造技術等諸方面均取得了長足進步。

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