丁粉娥

(云南大為化工裝備制造有限公司，云南 曲靖655338)

1 概述

本文所述的脫水塔，是為某化工集團(tuán)承制的年產(chǎn)200萬焦化工程炭黑尾氣脫水裝置項(xiàng)目的塔式容器。該設(shè)備的特點(diǎn)是直徑大、高度高、壁薄、噸位重。受制造廠與施工現(xiàn)場運(yùn)輸路線的限制，本臺塔器只能采取分段制造，運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行組對焊接。由于現(xiàn)場組焊施工條件差,并且大多為空中組對,塔器的直線度控制和塔盤支承圈水平度控制是現(xiàn)場組焊施工的難點(diǎn)之一。因此需要制定嚴(yán)密的制造工藝及現(xiàn)場組裝方案，嚴(yán)格控制各關(guān)鍵點(diǎn)工序，最終才能使產(chǎn)品的制造質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)和相關(guān)技術(shù)條件的要求。

2 設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要技術(shù)參數(shù)

2.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該塔殼體內(nèi)直徑為φ5000 mm ,總高約 32207 mm，凈質(zhì)量 95170 kg。由于設(shè)備直徑較大，受運(yùn)輸條件的限制，將脫水塔分9段制造，立式放置，高度控制在 3600 mm 以內(nèi)。裙座和下封頭為第一段(因?qū)挾瘸?，接管暫不?，筒體 3600 mm 長為一段(筒體板幅為 1800 mm)，上封頭與最后一截 1800 mm 筒體為一段。內(nèi)件在廠內(nèi)制造，現(xiàn)場安裝，在安裝現(xiàn)場完成合攏環(huán)焊縫的組對焊接、無損檢測、內(nèi)件安裝、管口組焊及設(shè)備的最終安裝，設(shè)備結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

2.2 設(shè)備技術(shù)參數(shù)

脫水塔的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

3 制造關(guān)鍵點(diǎn)的控制

3.1 材料復(fù)層保護(hù)

在塔器制造過程中，為保護(hù)不銹鋼層的耐蝕性能，必須避免不銹鋼復(fù)合鋼板被灰塵和鐵離子等污染及磕、碰、劃傷。因此在制造過程中必須遵守以下原則：

1)要設(shè)有專門的制造場地，且要求制造廠地清潔。2)不銹鋼劃線時不得采用硬印作標(biāo)記，且應(yīng)采用無氯無硫記號筆。3)不銹鋼朝下時，要墊干凈的木板；不銹鋼朝上時，上面應(yīng)覆蓋橡膠板或者牛皮紙。4)卷制前，筒節(jié)應(yīng)先預(yù)彎(壓頭)。進(jìn)行預(yù)彎時，預(yù)彎模表面應(yīng)光滑并將表面的雜物清除干凈。筒節(jié)應(yīng)在專用的卷板機(jī)上進(jìn)行卷制，也可在卷板機(jī)的軋輥表面或在材料表面覆蓋無鐵離子的材料。筒節(jié)卷制和校圓時，應(yīng)采用較少卷制次數(shù)快速成形，不得反復(fù)碾壓以免產(chǎn)生嚴(yán)重的加工硬化導(dǎo)致筒節(jié)開裂或兩端形成喇叭口。筒節(jié)卷制組對縱縫時嚴(yán)禁使用鐵器直接敲打其表面。5)凡進(jìn)入筒體內(nèi)工作的人員，應(yīng)換上干凈的工作服和軟底的工作鞋，嚴(yán)禁把泥土、油污等贓物帶入筒體內(nèi)。

表1 脫水塔技術(shù)參數(shù)

3.2 橢圓形封頭的制造

封頭材料為復(fù)合板S32168+Q345R，厚度(3+14)mm。封頭由我廠備料，材料發(fā)往封頭廠家成形，采用先拼板后成形；封頭拼接焊縫在封頭成形后進(jìn)行100%RT檢測，符合NB/T47013.2-2015中Ⅲ級合格，檢測技術(shù)等級AB級。

封頭回廠后按要求對封頭進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn),需滿足：1)封頭直邊傾斜度:向外≤2.5 mm,向內(nèi)≤1.5 mm；2)內(nèi)直徑公差-5～+6 mm； 3)封頭圓度公差≤25 mm； 4)封頭總深度公差-10～30 mm；5)封頭內(nèi)表面公差：①樣板與封頭內(nèi)表面的最大間隙：外凸≤62.5 mm，內(nèi)凹≤31.25 mm；②樣板輪廓曲線線性尺寸的極限GB/T1804-2000中的m級的規(guī)定。6)封頭直邊高度 40 mm,直邊高度公差為-2～4 mm[1]。經(jīng)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)封頭局部地方 100 mm 范圍內(nèi)有復(fù)合層分層現(xiàn)象及凹坑。采用對凹坑進(jìn)行焊補(bǔ)，分層處去除復(fù)合層后再進(jìn)行堆焊的方法，這樣既節(jié)約了工期，又保證了封頭質(zhì)量。

3.3 分段塔體的制造

基于該塔較高及運(yùn)輸方面的考慮，采用筒體板寬為 1800 mm，兩段組合為一段塔體，每節(jié)筒體由兩塊板拼焊。因拼焊后板材長度較長，下料時找正誤差會較大，所以在購買板材時應(yīng)把板寬加大至 1810 mm。下料后測量長度、寬度、對角線，偏差控制在± 1 mm。

對分段塔體各段幾何尺寸驗(yàn)收項(xiàng)目：

1)筒體同一斷面上的最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑之差≤1%Di，且≤25 mm[2]。

2)外圓周長的檢查。 即使同樣尺寸的鋼板經(jīng)過滾板機(jī)的滾圓后，加工出來的筒體直徑都不盡相同，因此外圓周長不可能完全一樣。在對口時，如果我們從第一點(diǎn)就保持錯邊量為 0 mm，那么最終的錯邊量將會超過允許值，并會產(chǎn)生縱縫棱角e值超差，更有甚者會造成嚴(yán)重錯口。首先必須測量出相鄰?fù)补?jié)端面外圓周長的差值，合理確定組對時應(yīng)保留的錯邊量b，也就是說，使對口處的各點(diǎn)錯邊量均勻。卷圓時控制每節(jié)筒節(jié)的縱向焊接接頭復(fù)層對口錯邊量 ≤0.5 mm，組焊后棱角度 ≤3.0 mm。筒體下料周長應(yīng)按實(shí)測封頭外圓周長換算展開后下料，以保證封頭與筒體處的環(huán)縫錯邊量。組對筒節(jié)時按筒節(jié)的序號及上、下心線進(jìn)行組裝。

3) 筒體直線度檢查，應(yīng)符合表2的要求。

表2 塔體允許直線度偏差[3]

4)檢查各段塔體制造過程中的八個方位上母線的定位標(biāo)記(外表面的)。距端面 100 mm 處的筒體內(nèi)表面也要劃一條基準(zhǔn)環(huán)線，此基準(zhǔn)環(huán)線作為內(nèi)部支撐圈、開孔及現(xiàn)場組對分段端口處的基準(zhǔn)。所有心線必須清晰，以便于現(xiàn)場組裝。

3.4 焊接

復(fù)合鋼板縱環(huán)焊縫焊接，采用先焊接基層：基層采用SAW埋弧焊，焊后背面清根打磨光滑。對焊縫進(jìn)行≥20%RT檢測，符合NB/T47013.2-2015中Ⅲ級合格,檢測技術(shù)等級AB級，并做100%MT檢測，符合NB/T47013.4-2015中Ⅰ級合格。再焊接過渡層和面層：采用GTAW惰性氣體保護(hù)焊，焊后焊縫內(nèi)表面打磨至與母材齊平并對焊縫進(jìn)行100%PT檢測，符合NB/T47013.5-2015中Ⅰ級合格。焊接時要注意，基層焊縫不能熔透到復(fù)層金屬，以防止焊縫金屬發(fā)出脆化和裂紋?；鶎雍蛷?fù)層之間，要選擇堆焊一層或多層過渡層，焊完基層，再焊過渡層，最后焊復(fù)層。

3.5 預(yù)組裝

各段塔體分別制造檢驗(yàn)合格后，在制造廠內(nèi)按NB/T47041-2014《塔式容器》的規(guī)定進(jìn)行無間隙預(yù)組裝。為保證現(xiàn)場順利組對，嚴(yán)格控制分段端口處環(huán)向焊接接頭對口復(fù)層錯邊量≤0.5 mm 及分段端口圓度偏差≤20 mm。預(yù)組裝檢驗(yàn)合格后，將每段塔體分段處外壁的八條心線，用白色油漆標(biāo)記，并點(diǎn)焊現(xiàn)場組對定位工藝板，以利現(xiàn)場調(diào)整組對。在分段坡口表面及內(nèi)、外邊緣 50 mm 范圍內(nèi)涂可焊性防銹涂料，按要求對設(shè)備其余碳鋼外表面進(jìn)行除銹油漆。

4 現(xiàn)場組裝關(guān)鍵點(diǎn)的控制

4.1 現(xiàn)場組裝方案

各段塔體立置發(fā)運(yùn)至用戶現(xiàn)場經(jīng)復(fù)驗(yàn)合格后，就可以進(jìn)行組裝?，F(xiàn)場組裝一般有兩種方案。

第一種方案：各塔節(jié)現(xiàn)場臥式再組對成大段，并組裝各內(nèi)件及接管等。具體分段數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況及吊車的起吊能力(起吊重量和起吊高度)確定。然后采用立式組裝，點(diǎn)焊定位后焊接合攏縫。

第二種方案：各塔節(jié)在現(xiàn)場不再臥式組對，直接采用立式組裝，塔節(jié)一段一段往上加。每加一段，相應(yīng)完成該段的內(nèi)件及接管組裝，拆除米字型支撐。

兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，第一種方法適用于有大型起吊機(jī)、現(xiàn)場空曠、設(shè)備能設(shè)置起吊吊耳的場合；臥式組焊較立式組焊容易，但條件要求較高。第二種方法適用于無大型起吊機(jī)、現(xiàn)場空間狹窄、設(shè)備不能設(shè)置起吊吊耳的場合；條件要求較低，但立式組焊較困難。由于該設(shè)備筒體厚度只有 13 mm，若采用現(xiàn)場再組焊為2段起吊，下段塔體必須設(shè)置兩個軸式吊耳AXC-600[4]。該吊耳要求殼體厚度最小為 30 mm，所做設(shè)備殼體厚度不滿足起吊強(qiáng)度，需在設(shè)置吊耳處殼體上包覆一節(jié)長 2000 mm，厚 18 mm 的碳鋼筒體。如此將大大增加設(shè)備的制造成本，所以從經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考慮，該設(shè)備采用第二種現(xiàn)場組裝方案組裝。

4.2 組裝

現(xiàn)場組裝方案確定后，就可進(jìn)行下一步的設(shè)備組裝工作。

1)檢驗(yàn)基礎(chǔ)是否滿足安裝要求，確定后把基礎(chǔ)上表面清理干凈。將裙座下段吊裝到基礎(chǔ)上，利用工藝墊鐵進(jìn)行主體找平、找正等相關(guān)工作。檢驗(yàn)合格后做好檢驗(yàn)記錄，擰緊地腳螺栓、螺母，搭建工作平臺。

2)組裝第二段塔體，將第二段塔體吊裝到裙座上，對口時，以對口基準(zhǔn)環(huán)線為準(zhǔn)，調(diào)整間隙及錯邊量，并將差值勻開，以免錯邊集中在局部而造成超標(biāo)。采用經(jīng)緯儀檢查筒體的垂直度，利用鋼尺檢測塔體對口間隙和錯邊量，保證環(huán)向焊接接頭復(fù)層對口錯邊量≤0.5 mm，任意 3 m 長度簡體直線度偏差≤3 mm，檢測合格后定位焊接，焊縫的強(qiáng)度至少能夠承受風(fēng)載荷等其他外力，按焊接工藝卡要求焊接環(huán)向焊縫，并按要求進(jìn)行無損檢測，符合NB/T47013-2015要求。

3)拆除設(shè)備塔節(jié)內(nèi)十字支撐，以八條十字心線及筒體內(nèi)表面基準(zhǔn)環(huán)線為基準(zhǔn)，劃各內(nèi)件及管口位置及尺寸線，檢測合格后按要求開孔并組焊各內(nèi)件及管口。

4)重復(fù)步驟2)和3)，完成其余各塔節(jié)的組裝。組裝時注意復(fù)合層的保護(hù)和施工人員的安全，必須做好各項(xiàng)安全防護(hù)措施。

4.3 塔盤水平度

為保證塔盤安裝水平度，現(xiàn)場安裝塔設(shè)備時應(yīng)嚴(yán)格控制塔體的直線度，使其指標(biāo)與塔盤水平度要求相匹配。塔體的直線度符合要求后，利用U型管水平儀測塔盤支承圈和塔盤支承梁的水平度，選擇塔體的一個角度為基準(zhǔn)線，標(biāo)注明顯標(biāo)記。塔盤劃線時要嚴(yán)格控制劃線精度，組裝、焊接時要采取防變形措施，每組裝一層都要進(jìn)行水平度測量，避免出現(xiàn)累積誤差。支撐圈與塔壁焊接后整個支撐圈上表面水平度允差≤3 mm，上表面在任意 300 mm 弦上的局部不平度≤1 mm，相鄰兩層支撐圈的間距允差為 3 mm，任意兩層支撐圈在20層塔盤內(nèi)的距離允差為 10 mm。

5 結(jié)語

實(shí)踐證明，對于用不銹復(fù)合鋼板制造的塔設(shè)備，制定嚴(yán)格的工藝措施以防止鋼板復(fù)層被灰塵和鐵離子等污染及損傷，保護(hù)不銹鋼層的耐蝕性能是非常有必要的。通過采用控制橢圓形封頭的圓度等尺寸誤差，對筒體采用相同的下料方法及相同的制造工藝使筒體周長一致控制單節(jié)簡體的形狀誤差；嚴(yán)格控制好組對錯邊量、棱角度、直線度；在廠房內(nèi)對塔節(jié)進(jìn)行預(yù)組裝，作好標(biāo)識；采取合理的焊接方法和焊接工藝等，可以有效保證分段塔體的直線度、橢圓度和錯邊量，為保證設(shè)備安裝后的直線度等打下良好的基礎(chǔ)。合理的現(xiàn)場組裝方案是保證設(shè)備制造質(zhì)量的關(guān)鍵。組裝方案的選擇要考慮現(xiàn)場場地情況、吊車的起吊能力、起吊吊耳設(shè)置、制造成本等方面的因素，找出一種既經(jīng)濟(jì)又能保證設(shè)備制造質(zhì)量的合理方案。采用經(jīng)緯儀檢測塔體直線度和利用U型管式水平儀檢測塔盤水平度的方式，具有準(zhǔn)確度高，數(shù)據(jù)直觀可靠的特點(diǎn)。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證，本臺脫水塔取得了良好的效果。