劉娟李秀慧 李月 王冬梅

（大連金州重型機器集團有限公司)

?9600 mm超大型費托合成反應(yīng)器的制造

劉娟*李秀慧 李月 王冬梅

（大連金州重型機器集團有限公司)

主要介紹了?9600 mm超大型費托合成反應(yīng)器的制造工藝，包括厚壁筒體、封頭的壓制成型，反應(yīng)器的預(yù)組裝和現(xiàn)場組裝方法，以及焊接工藝和防變形的支撐工裝。

反應(yīng)器 焊接 組裝 封頭 支撐工裝 費托合成

1923年，德國科學(xué)家費歇爾和托普斯發(fā)現(xiàn)，合成氣在鐵基催化劑下可轉(zhuǎn)化成液體燃料。這一過程被稱之為F-T（費托）合成，實現(xiàn)這一反應(yīng)的裝置被稱為費托反應(yīng)器。

鑒于我國油氣資源貧乏而煤炭資源豐富的情況，可采用煤為原料制成合成氣，然后再經(jīng)費托法合成并精制為合成油，這一煤制油工藝能極大緩解我國油品緊張的情況。在煤制油工藝中，合成氣轉(zhuǎn)化為油的反應(yīng)是在費托反應(yīng)器中完成的，因而費托反應(yīng)器在煤制油過程中是非常關(guān)鍵的設(shè)備。

2013年，大連金州重型機器集團有限公司承攬了4臺費托反應(yīng)器。該反應(yīng)器是國內(nèi)首臺規(guī)格尺寸最大、制造精度高的超大型裝置。本文詳細介紹了該超大型設(shè)備——費托反應(yīng)器的制造工藝。

1 結(jié)構(gòu)特點

該超大型設(shè)備——費托反應(yīng)器不僅技術(shù)要求高，而且制造難度大。產(chǎn)品筒體材料為SA-387Gr11Cl2調(diào)質(zhì)鋼板，內(nèi)徑9600 mm，壁厚132 mm，由21節(jié)筒節(jié)組成，總高61 500 mm；封頭材料為SA-387Gr11Cl2調(diào)質(zhì)鋼板，壁厚92 mm，由15片組成。該反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 費托合成反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)

反應(yīng)器主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2 工藝方案確定

由于筒體和封頭直徑過大，制造和運輸都是難題。若在公司內(nèi)制造完成，然后再發(fā)運現(xiàn)場，陸地運輸受限；若全部在用戶現(xiàn)場制造，現(xiàn)場又缺少如刨邊機、油壓機、大型車床等制造設(shè)備。鑒于此種情況，最終確定在公司內(nèi)分片壓型，然后在現(xiàn)場組裝焊接。

表1 反應(yīng)器主要技術(shù)參數(shù)

3 公司內(nèi)制造

3.1 筒節(jié)瓦片的壓型

筒節(jié)采取分3片中溫成型。下料號出環(huán)縫坡口線，按圖2刨出環(huán)縫坡口，且控制好每一片的長度、對角線偏差、壓頭直邊預(yù)留量。根據(jù)鋼板厚度先將2000 t油壓機三輥間隙調(diào)好，上輥的升降應(yīng)與其它兩輥相平行，避免一端重一端輕。把鋼板吊到油壓機上預(yù)彎，預(yù)彎后的鋼板用半自動切割機切去壓頭的直邊部分，同時按圖3割出縱縫坡口，注意留出縱縫焊接收縮量，清理切口熔渣。將鋼板再次吊到油壓機上，在上下輥之間放正，使板材的邊沿與筒節(jié)的軸中心線平行，以防滾圓后瓦片的邊沿歪斜量過大。放好后可以繼續(xù)彎卷，彎卷時必須施加一定的過卷量，并在規(guī)定的曲率下往復(fù)卷動幾次。鋼板卷圓時，用（1/6）Di的圓弧樣板隨時檢查，以保證其間隙在2 mm范圍之內(nèi)。這樣三片瓦片全壓好了。

圖2 環(huán)縫坡口

圖3 縱縫坡口

為現(xiàn)場組裝方便，同時滿足幾何尺寸精度，先在公司內(nèi)預(yù)組裝單節(jié)筒節(jié)，檢查錯邊量要小于等于2.4 mm，圓度小于等于25 mm，端面平行度2 mm，若有不滿足要求的，應(yīng)再到油壓機上校型。筒節(jié)標(biāo)識出上下端，每條縱縫兩邊分別標(biāo)出A-A、B-B、C-C的字樣。用砂輪打磨筒節(jié)縱坡口，縱環(huán)焊縫坡口經(jīng)MT檢測合格后，分單片放在凹形工裝上發(fā)運至現(xiàn)場。

3.2 封頭瓣片的壓型

同筒體一樣，封頭的成型也要分瓣進行。采用球罐結(jié)構(gòu)將封頭分成溫帶和極帶兩帶，溫帶板共12片，極帶板包括2片極邊板、1片極中板。第1次下毛坯料，帶溫逐片油壓，隨時用（1/6）Di的圓弧樣板檢查，間隙要小于等于2 mm。形狀偏差符合要求后進行第2次下料。第2次下料采用該公司相同帶的板可以互換安裝的多點法技術(shù)，劃出切割線和檢查線?；鹧嬉淮吻懈畛鯴形坡口，檢查切割后的每片板長度、寬度、對角線及曲率偏差都滿足GB 12337—2008的要求。打磨瓣片坡口及周邊，經(jīng)UT、MT檢測合格即可發(fā)往現(xiàn)場。

4 現(xiàn)場組裝焊接

4.1 筒體的制造

單節(jié)筒節(jié)在現(xiàn)場采用立式組裝。為方便人員的進出，在場地先設(shè)置好6個400 mm高的圓柱墊墩，按在公司內(nèi)標(biāo)識好的順序?qū)⑼补?jié)的1片吊到墊墩上立放，再吊第2片、第3片，慢慢調(diào)整位置，直到錯邊量小于等于2.4 mm。然后點焊，中間用兩層分別有6個腿的型鋼支撐固定，瓦片與支撐用拉筋板連接為一體，瓦片與瓦片之間也用拉筋連接定位，見圖4。

焊前預(yù)熱：從兩面將焊縫及兩側(cè)150 mm范圍用α加熱排包住，加熱到150℃以上。

焊接：縱縫內(nèi)外全采用手工立向上焊接，焊接順序為先焊接外側(cè)，內(nèi)部清根，再焊接內(nèi)部。焊接過程中要保持溫度不低于預(yù)熱溫度150℃，且不高于允許的最高層間溫度280℃。焊后立即進行300～350℃/3h消氫處理。消氫處理后立即用石棉覆蓋，保溫緩冷。

圖4 筒節(jié)內(nèi)支撐

探傷檢查：焊接完成24 h后打磨焊縫，進行100%UT、100%MT、100%TOFD檢測，按JB/T 4730—2005標(biāo)準(zhǔn)，級別分別為Ⅰ、Ⅰ、Ⅱ級檢驗合格。

如此21節(jié)筒體全部制造好。除第1節(jié)、第21節(jié)之外，其余分成5段組對焊接。筒體環(huán)縫的焊接除坡口形式為U形坡口、焊接方法內(nèi)外都采用埋弧焊、焊接位置為平焊之外，其余如焊前預(yù)熱、焊后消氫、清理和無損檢測等基本與縱縫相同，在此不再一一敘述。

對于5段筒體分別進行號線、開孔、組對焊接各接管，經(jīng)檢驗合格后，進爐進行最終熱處理，以消除焊接應(yīng)力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力，獲得最佳的母材、焊縫抗回火脆化性能和理想的綜合力學(xué)性能。熱處理工藝如圖5所示。

圖5 熱處理工藝

4.2 封頭的制造

組裝：在組對封頭瓣片之前，先在工作平臺上劃出?9600 mm的圓，將圓平分成12份，沿圓周點焊定位塊，圓周內(nèi)架支撐架，吊溫帶板按12等份位置立放在定位塊與支撐之間，調(diào)整每一塊板之間的間隙小于等于2 mm，錯邊量小于等于3 mm，大口圓度小于等于15 mm。用2 m的曲率樣板檢驗，任何部位的間隙小于等于2 mm。檢驗全部合格后，點焊背板固定焊縫。背板要選用與封頭材質(zhì)相同的材料，點焊前預(yù)熱到150℃。至此溫帶板組裝完畢，接下來可以準(zhǔn)備焊接。

焊接前預(yù)熱，用測溫槍檢查是否達到規(guī)定溫度。

焊接：溫帶板之間的焊接與筒體縱縫的焊接方法和順序相同，內(nèi)外都采用手工立向上焊，先外部再內(nèi)部。3片極帶板要先在工作臺上組對焊接好，再吊放到焊好的溫帶板上，同樣調(diào)整極帶板與溫帶板的間隙、錯邊量和圓度等幾何尺寸符合要求后就可以焊接了。焊后須消氫，并探傷檢查合格。

4.3 筒體與封頭合攏

將第1節(jié)、第21節(jié)筒節(jié)分別與上、下封頭組對焊接和檢驗，并按管口方位圖開孔焊接管。這樣上下封頭部件就制造好了。部件按圖5工藝進爐進行最終熱處理。

至此設(shè)備的7段已經(jīng)全制造好了，剩下就是合攏6道環(huán)縫了。先從下至上順序臥式合攏，最后立式合攏上封頭組件。6道環(huán)縫采用局部熱處理，其工藝如圖6所示。

圖6 局部熱處理工藝

5 結(jié)束語

對于超大型設(shè)備制造，采用制造廠內(nèi)分片壓型，現(xiàn)場焊接，既降低了制造難度又克服了運輸難題。同時我公司自行設(shè)計的筒體壓型及現(xiàn)場組對工裝，既能保證筒體組裝的尺寸精度，又能保證現(xiàn)場筒節(jié)組對時的安全。

這4臺費托合成反應(yīng)器的順利交貨，既填補了我國超大型設(shè)備制造運輸?shù)目瞻?，也?biāo)志著我公司具備了制造超大型設(shè)備的能力，其技術(shù)達到了世界先進水平。

Construction of the Super-large ?9600 mm F-T Reactor

Liu Juan Li Xiuhui Li Yue Wang Dongmei

The construction of a super-large ?9600 mm F-T reactor is described,including the forming of the thick shell and head,as well as its pre-assembly and field assembly,followed by the introduction of the welding process and support tooling.

Reactor;Welding;Assembly;Head;Support tooling;Fischer-Tropsch synthesis

TQ 052.6

2015-01-04）

*劉娟，女，1977年生，工程師。大連市，116100。