胡開龍

（陜西升力科技能源服務(wù)有限公司，陜西咸陽 712000）

0 引言

大型塔器是石油化工、新能源行業(yè)必不可少的重要設(shè)備，常用于熱量交換、氣體分離、化學(xué)反應(yīng)等過程，一般具有耐高壓、耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)。大型塔器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要由筒體和管道組成，常用材料為Q345R，制造過程中焊接成型量大、開孔接管多、生產(chǎn)周期長，所以生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制尤為重要。

以國內(nèi)某新能源項(xiàng)目中的大型吸附塔生產(chǎn)制造為例，該塔器涉及到大量焊接，并且需要進(jìn)行無損檢測(cè)、焊后熱處理，檢測(cè)合格后方可進(jìn)行水壓試驗(yàn)，必要時(shí)進(jìn)行氣壓實(shí)驗(yàn)和氣密試驗(yàn)。所以塔器質(zhì)量控制要點(diǎn)就在制造前塔器結(jié)構(gòu)分析，制造過程中劃線開孔、組對(duì)焊接、無損檢測(cè)、熱處理，制造完成后壓力試驗(yàn)。本文將從這3 個(gè)方面分析其制造過程中的質(zhì)量控制。

1 塔器結(jié)構(gòu)分析

塔器的結(jié)構(gòu)多種多樣，有的結(jié)構(gòu)簡單，僅分為筒體和內(nèi)件兩大部分，如精餾塔；有的塔器結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，有筒體、半管、翅片管、匯管，如活性炭吸附塔。本文將從參與過的項(xiàng)目活性炭吸附塔入手，該塔直徑3.3 m，直筒段高14.0 m，上封頭高度1.2 m，下封頭及底座3.0 m，設(shè)備總高近22 m。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)復(fù)雜的塔器有很多部件，很難全部把控到位，一些影響產(chǎn)品質(zhì)量的一定要嚴(yán)格把關(guān)，而對(duì)一些輔助結(jié)構(gòu)件，則可以依靠程序文件內(nèi)控。這就要求對(duì)塔器結(jié)構(gòu)非常熟悉，明白主次，做到避輕就重。

1.1 筒體

結(jié)構(gòu)上，活性炭吸附塔筒體的成型比較簡單，但功能卻很重要。筒體就是設(shè)備本體，主要是作為承壓容器，利用活性炭吸附分離氫氣中的氯化氫、氯硅烷，提純氫氣濃度。氫氣是易燃、易爆炸氣體，泄漏危害特別大，所以筒體對(duì)密封性要求很高。

筒體一般由一定數(shù)量的筒節(jié)組成，筒節(jié)是由鋼板卷制而成，根據(jù)筒體長度，再把一定數(shù)量的筒節(jié)組對(duì)在一起形成筒體，筒節(jié)縱縫和筒體環(huán)縫都是埋弧焊接。需要注意的是，筒節(jié)組對(duì)時(shí)，相鄰兩縱縫需相隔180°，目的有兩個(gè)：一是防止環(huán)縫對(duì)接時(shí)縱縫接頭搭接，二是防止筒體劃線開孔時(shí)孔開在縱縫上。這也是國家標(biāo)準(zhǔn)不允許的情況。另外，塔器筒體有好多接管，在筒節(jié)組對(duì)時(shí)需要整體結(jié)構(gòu)考慮，避免劃線開孔開在焊縫上，影響筒體焊接質(zhì)量。

1.2 夾套半管

半管即一定直徑鋼管的1/2，呈螺旋狀環(huán)繞在筒體上，它作為冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，能快速冷卻筒體溫度，同時(shí)也承受一定壓力。為了滿足換熱面積，半管在筒體上均布有42 圈，總長度約430 m，焊縫總長度約860 m，這是非常大的焊接量，而且半管還要避開筒體上的接管孔，還得考慮半管進(jìn)水口和出水口在筒體上角度位置，與外接管定位尺寸。這就要求半管組裝時(shí)整體考慮接管位置、角度，避免出現(xiàn)半管進(jìn)出水接口位置變化，實(shí)際上也出現(xiàn)過類似問題，半管組裝時(shí)沒有考慮螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，先定位進(jìn)水口還是先定位出水口？導(dǎo)致進(jìn)出水接管口位置出現(xiàn)變化，最終經(jīng)過很大調(diào)整才符合圖紙要求。

1.3 夾套翅片管

夾套翅片管是由規(guī)格Φ88.9×8 mm 和Φ60.3×5 mm 的無縫管套在一起，兩支鋼管壁間隙為6 mm，兩支鋼管形成一個(gè)閉合循環(huán)，外套管周向間隔60°焊接有2000 mm 的翅片，整個(gè)14 m長的外套管分布焊接翅片，應(yīng)力比較集中，外套管壁厚比較薄，導(dǎo)致外套管焊縫容易開裂，所以在焊接翅片時(shí)注意焊接線能量，盡量減少能量集中，減少應(yīng)力集中。整臺(tái)吸附柱有66 支夾套翅片管，這種結(jié)構(gòu)就需要焊接完成后必須進(jìn)行整體退火熱處理，防止翅片焊縫開裂，翅片管變形。

1.4 進(jìn)出水匯管

吸附柱底部有兩層環(huán)形匯管，每層有4 圈匯管，上面一層匯管和66 支夾套管的內(nèi)套管連接，下面一層匯管和66 支夾套管的外套管連接，這樣內(nèi)外套管通過兩層匯管串聯(lián)起來，形成一個(gè)閉合回路，飽和熱水從下面一層匯管進(jìn)入外套管，流經(jīng)內(nèi)套管，再從上面一層匯管流出。因?yàn)槊恳恢Лh(huán)形匯管都與夾套翅片管通過接管焊接連接，最內(nèi)圈匯管要焊接4 支接管，最外圈匯管要焊接21 支接管，焊接量非常大，對(duì)接難度也很大，所以在焊接前匯管劃線開孔很重要，如果孔的位置沒有定位好，在接管組對(duì)時(shí)就很難找正，影響匯管焊接質(zhì)量。

2 制造過程質(zhì)量控制

從以上對(duì)吸附柱結(jié)構(gòu)分析可以看出，在生產(chǎn)過程中有大量的劃線開孔、組對(duì)焊接，那么焊縫的焊接、無損檢測(cè)及焊后熱處理就是我們制造過程中質(zhì)量控制的重點(diǎn)。

首先是劃線開孔，塔器筒體上有溫度計(jì)接管，需要?jiǎng)澗€開孔，半管上有進(jìn)出水接管，需要?jiǎng)澗€開孔，匯管要和夾套翅片管連接，也需要?jiǎng)澗€開孔。劃線開孔的位置尺寸、角度直接決定組對(duì)質(zhì)量，在劃線時(shí)一定要先和圖紙核對(duì)確認(rèn)，孔的位置、角度、直徑，這道工序非常重要，要專門作為關(guān)鍵停止點(diǎn)。塔器設(shè)備尺寸很大，筒體上的好多接管位置、角度很接近，比如相同位置上30°和45°上各有一個(gè)接管，很容易將兩個(gè)孔混淆，一旦開錯(cuò)孔，這節(jié)筒體很可能就報(bào)廢。而且孔要用油漆筆畫出，標(biāo)出中心位置不能簡單用石筆畫，很容易磨損掉。

其次，劃線開孔下道重點(diǎn)工序就是就是焊縫組對(duì)檢查。劃線開孔一般要求機(jī)械加工開孔，但實(shí)際過程中塔器筒體上的孔無法機(jī)械加工，只能火焰切割開孔，氣割坡口無法做到和機(jī)加工一樣平整，承插接管組對(duì)時(shí)焊縫間隙不均勻，焊接工人也不好焊，同時(shí)由于開的是圓形孔，焊縫坡口也不容易打磨均勻，所以這個(gè)焊縫組對(duì)是焊接控制的第一個(gè)要點(diǎn)，需要專業(yè)的鉚工來完成。在實(shí)際生產(chǎn)我們發(fā)現(xiàn)焊縫組對(duì)間隙太小容易造成未焊透，間隙太大容易造成焊縫能量過于集中而產(chǎn)生缺陷，因此采取相關(guān)措施，加強(qiáng)焊縫組對(duì)檢查控制，對(duì)焊縫間隙小的部位重新打磨，對(duì)組對(duì)間隙大的部位先進(jìn)行長肉，這樣保證焊接時(shí)環(huán)縫連續(xù)性，最終水壓試驗(yàn)過程中接頭泄漏點(diǎn)大大降低，取得了很好的效果。

最后，要注意焊接過程的質(zhì)量控制。前面介紹了吸附塔的結(jié)構(gòu)和主要工序，可以看出該設(shè)備成型方式主要是焊接。因此焊接過程質(zhì)量控制是設(shè)備整個(gè)制造過程的重中之重，直接決定著設(shè)備最終能否合格、如期交付使用。焊接過程的控制點(diǎn)大體分為焊前檢查、焊接過程控制、焊縫無損檢測(cè)及熱處理4 個(gè)部分。下面對(duì)此過程就簡單展開分析。

（1）焊前檢查。焊接前的準(zhǔn)備工作很重要，是焊接合格的前提條件。焊前檢查主要是一些焊接準(zhǔn)備工作：首先要審核焊前相關(guān)資質(zhì)文件，必須提交焊工資格證、焊接設(shè)備的檢定證書、焊接材料的質(zhì)保書、焊接工藝規(guī)程（Welding Procedure Specification，WPS）及焊接工藝評(píng)定（Welding Procedure Qualification Record，PQR），滿足焊接相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)文件方可施焊；其次檢查焊接坡口，接管焊接坡口主要是氣割加工，氣割造成坡口有高溫氧化皮，需要徹底打磨出金屬光澤，保證組對(duì)間隙均勻；最后檢查焊材是否滿足焊接要求，焊條、焊絲是否無油污，焊條、焊劑是否烘干到指定溫度并保溫等。

（2）焊接過程。焊接過程的質(zhì)量控制主要在于焊工技術(shù)水平和焊接參數(shù)的控制，焊接檢查時(shí)：首先要檢查焊接工人是否與所提交的資格證書一致，是否定期復(fù)審；其次，焊接時(shí)組對(duì)焊縫要按照WPS 進(jìn)行預(yù)熱，塔器主要材料為Q345R、屬于普通碳鋼，一般厚度低于30 mm 無需預(yù)熱，厚度大于30 mm 的需要預(yù)熱80～100 ℃，而且也和當(dāng)?shù)貧夂蛴嘘P(guān)，當(dāng)?shù)囟嘤瓿睗駪?yīng)必須預(yù)熱，至少烘干焊縫水汽；最后是焊接過程的控制，主要是電流、電壓、速度等參數(shù)的控制，正確的做法是按照WPS 執(zhí)行。但是有些焊工為了加快焊接速度，私下把焊接電流調(diào)大，增加線能量來提高焊接速度，這表面上是增加了焊接速度，但是可能為焊接質(zhì)量埋下隱患，如熔化溫度不夠，易造成未熔合、焊縫成形不良等缺陷。

（3）焊縫無損檢測(cè)。塔器設(shè)備有大量的焊接工作，夾套翅片管、夾套半管、匯管、接管等都有大量焊縫，雖然生產(chǎn)過程中嚴(yán)格控制質(zhì)量，但總是不可避免的出現(xiàn)一些缺陷，外部缺陷可以目視檢測(cè)出來，內(nèi)部缺陷需要通過無損檢測(cè)找出。按照技術(shù)要求，塔體所有AB 類焊縫，以及管口接管法蘭對(duì)接環(huán)縫，100%RT（Radiographic Testing，射線檢測(cè)），射線技術(shù)等級(jí)AB，NB/T 47013.2—2015《承壓設(shè)備無損檢測(cè) 第2 部分：射線檢測(cè)》Ⅱ級(jí)合格；所有C、D 類焊縫，吊耳和支耳根部焊縫，接管與接管對(duì)接接頭、接管與高頸法蘭對(duì)接接頭，在水壓試驗(yàn)前后，都要進(jìn)行100%PT（Penetrant Testing，滲透檢測(cè)）探傷，Ⅰ級(jí)合格；設(shè)備吊耳或耳座或支座與其墊板的焊縫、墊板與殼體間的焊縫，均應(yīng)按NB/T 47013.5—2015《承壓設(shè)備無損檢測(cè) 第5 部分：滲透檢測(cè)》進(jìn)行100%MT（Magnetic Particle Testing，磁粉檢測(cè)）或PT 檢測(cè)，不允許任何裂紋和分層存在，符合MT-Ⅰ級(jí)（或PT-Ⅰ級(jí)）合格。通過無損檢測(cè)可以有效的檢測(cè)出焊縫缺陷，及時(shí)在工廠返修處理。

（4）焊縫熱處理。這些焊縫存在巨大焊接應(yīng)力，在后期使用過程中，設(shè)備一直處于循環(huán)水冷熱交替中，就會(huì)把焊縫撕裂。所以設(shè)備所有焊接工作及無損檢測(cè)工作均合格后，設(shè)備進(jìn)行爐內(nèi)整體消除應(yīng)力熱處理。熱處理時(shí)，應(yīng)將設(shè)備裝入熱處理爐后按熱處理工藝卡要求點(diǎn)火升溫，達(dá)到620 ℃后保溫100 min，然后隨爐緩冷，設(shè)備出爐時(shí)，爐溫不得大于300 ℃，設(shè)備出爐后在靜止的空氣中繼續(xù)冷卻。在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)夾套翅片管彎曲變形，經(jīng)過熱處理侯恢復(fù)原狀。熱處理需要注意的是保溫溫度和時(shí)間，以及冷卻方式，都會(huì)影響焊縫質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)格按照熱處理工藝進(jìn)行。

3 設(shè)備壓力試驗(yàn)

塔器所有管路連接完成，水循環(huán)系統(tǒng)、氣循環(huán)系統(tǒng)組裝完畢后，進(jìn)行相應(yīng)的壓力試驗(yàn)。夾套翅片管、夾套半管等水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)介質(zhì)為氯離子含量小于20 mg/L 的清潔水，試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的2 倍，容器強(qiáng)度試驗(yàn)也采用水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為1.1 倍設(shè)計(jì)壓力。由于本項(xiàng)目設(shè)備體積龐大，水壓試驗(yàn)注水量大，焊接接頭總數(shù)有數(shù)百個(gè)，焊縫總長上千米，所以水壓試驗(yàn)時(shí)極微小的焊縫泄漏點(diǎn)難以識(shí)別，很容易造成漏檢，為此需要延長保壓時(shí)間，比如技術(shù)要求穩(wěn)壓30 min，實(shí)際中穩(wěn)壓60 min，通過焊縫100%檢查和觀察壓力表是否掉壓，確保焊縫無泄漏。在實(shí)際生產(chǎn)中，通過上面的三大措施，有效降低了水壓試驗(yàn)焊縫的泄漏點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 水壓試驗(yàn)焊縫漏點(diǎn)統(tǒng)計(jì)情況 處

4 總結(jié)

吸附塔是石油化工、新能源行業(yè)的重要設(shè)備，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，焊接量相對(duì)較大，具有一定的耐高壓、耐高溫、耐腐蝕功能，生產(chǎn)過程質(zhì)量控制非常重要。根據(jù)它的特性，采取了一系列措施，制造前分析結(jié)構(gòu)、抓重點(diǎn)，制造過程中嚴(yán)控焊接、探傷、熱處理，制造完成后進(jìn)行壓力試驗(yàn)，有效地控制設(shè)備的質(zhì)量，確保每臺(tái)出廠設(shè)備都是合格產(chǎn)品。