崔顯華，馬眾穎

(1.山東齊魯石化機械制造有限公司，山東 淄博 255400；2. 中化環(huán)境科技工程有限公司，北京 100071)

0 引言

S-Zorb脫硫技術(shù)最先由美國Phillips石油公司研發(fā)，后被中國石化整體收購，由中國石化工程建設(shè)公司(SEI)等單位經(jīng)過攻關(guān)實現(xiàn)技術(shù)再創(chuàng)新的S-Zorb催化加氫轉(zhuǎn)化脫硫技術(shù)，裝置主要靜設(shè)備包括脫硫反應器、再生器和吸附進料換熱器。S-Zorb(催化汽油吸附脫硫)技術(shù)消耗氫量相比其他脫硫技術(shù)低、脫硫率高且辛烷值損失小的特點，具備直接產(chǎn)出硫含量低于10 μg/g的超低硫汽油，對我國對因汽車尾氣排放造成的大氣污染具有很好的改善作用，對我國的油品質(zhì)量升級起到重要作用[1]。

脫硫反應器是S-Zorb催化汽油吸附脫硫裝置的核心靜設(shè)備。頂部設(shè)置過濾器，通過接管焊接連接與反應器接收器和還原器組合在一起，錐體上方通過橫梁懸掛反吹氣體聚集器。反應器錐體是反應器主體的主要結(jié)構(gòu)之一，結(jié)構(gòu)復雜、制造難度較大，因此是同類產(chǎn)品生產(chǎn)中在制造工藝和質(zhì)量控制方面需要著重進行管理的節(jié)點之一[2]。

1 脫硫反應器錐體制造要點

反應器錐體主體材料為鉻鉬鋼[12Cr2Mo1R(H)]。12Cr2Mo1R(H)鋼板在焊接過程中非常容易產(chǎn)生淬硬組織(馬氏體)減小金屬的塑性儲備，而且反應器錐體厚，焊接量大、焊縫多，焊接殘余應力使焊縫受拉，同時焊接接頭金屬內(nèi)含有較多原子態(tài)的氫。焊縫焊接量大、焊接殘余應力和氫三者共同作用使焊縫在冷卻至馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms點(200～300 ℃)以下產(chǎn)生冷裂紋，因一般是在焊后一段時間(幾小時、幾天甚至更長)才出現(xiàn)，故又稱延遲裂紋。在焊接后進行中間消除應力熱處理時，焊接接頭再次處于高溫(550～650 ℃)下。焊接熱影響區(qū)的過熱粗晶區(qū)產(chǎn)生晶界開裂(沿晶開裂)的再熱裂紋?；谏鲜龅拇阌残院屠淞褍A向，因此在焊接時要按照工藝評定合理選擇焊接參數(shù)，并采用合適的溫度預熱和后熱，采取保溫措施減小冷卻速度，焊接過程中控制電流和電壓，防止過高焊接熱量輸入[3]。若預熱溫度過高和焊接電流過大，會造成焊縫熱影響區(qū)和過熱區(qū)的組織脆化，設(shè)備長期在350～500 ℃下運行易發(fā)生回火脆性，造成不可預估的影響。

鑒于以上特點，設(shè)備錐體的分瓣壓制、組裝成型、焊接是設(shè)備制造的關(guān)鍵。要嚴格控制設(shè)備錐頂和錐底的內(nèi)徑、橢圓度以及錐體整體的直線度等公差，同時錐體的分瓣壓制熱處理工藝方法對確保設(shè)備質(zhì)量也很關(guān)鍵。

2 脫硫反應器錐體制造工藝

脫硫反應器錐體成型后最小厚度為92 mm,大端內(nèi)徑4620 mm，小端內(nèi)徑2450 mm，總高度3138.3 mm，具體尺寸如圖1所示。

圖1 脫硫反應器錐體詳圖

2.1 錐體瓜瓣下料控制

先下出每張鋼板的復驗樣坯，并做好對應的標記移植及標識，復驗樣坯氣割后進行材料復驗和性能試驗，試驗合格后方可進行后續(xù)工作。在錐體鋼板無損檢測、復驗合格后，進行后續(xù)切割下料。根據(jù)錐體下料排料圖中的尺寸要求先劃線，并做好對應的標記移植及標識，做好每個瓜瓣的編號標記，保持對照性和可追溯性，并經(jīng)檢驗人員驗收，確認合格后氣割。氣割工藝要求如下：板坯氣割下料割口應平滑，表面粗糙度小于Ra25，不得有尖銳缺口，割完后應立即打磨去除溝槽，同時打磨去除鋼板的棱邊和切割處的氧化物。錐體板坯在割面還應對割口按NB/T 47013—2015《承壓設(shè)備無損檢測》進行100%MT檢測，Ⅰ級合格。

2.2 錐體瓜瓣成形控制

按錐體規(guī)格尺寸準備上下模具及工裝，按圖紙要求及 GB/T 25198—2010 《壓力容器封頭》標準制作單片樣板，樣板輪廓曲線尺寸偏差≤0.5 mm。沖壓成形：設(shè)備采用12500 t 油壓機，壓制前上模具必須打磨干凈，無影響錐體瓜瓣成形質(zhì)量的各種缺陷。成形要采取防劃傷措施，錐體瓜瓣采用熱壓一次壓制成型，進行精校形。錐體瓜瓣成形后應放在平整的場地，瓜瓣要單獨擺放，不要摞起一起，以防劃傷、瓜瓣變形。錐體瓣片坯料裝爐，坯料離爐底距離應大于300 mm，以保證錐體坯料加熱溫度均勻。錐體瓣片裝入爐內(nèi)在有效加熱區(qū)內(nèi)，火焰禁止噴射到毛坯上，坯料標識要朝外，并檢查是否清晰完整，錐體瓣片裝爐后應核對確認后方可加熱。

2.3 錐體預組裝與組裝質(zhì)量控制

分瓣壓制的殼體瓜瓣，按照技術(shù)條件要求對封頭幾何尺寸進行檢驗，預組裝后用樣板檢查形狀偏差及間隙。錐體成型后表面不得有深度≥0.5 mm的壓痕，深度＜0.5 mm的壓痕應打磨圓滑過渡，修磨范圍的斜度至少為1∶3。壓制完畢的瓜瓣采用檢測合格的樣板進行檢測，合格后切割去除瓜瓣縱縫邊余量，按圖紙要求切割瓜瓣間的縱縫坡口，氣割要求同上所述，在氣割后打磨去除割淬硬層且符合MT要求。將切割后的瓜瓣進行預組裝，預組裝時所有拼縫應以內(nèi)壁齊平，要求坡口處間隙0～2 mm，焊縫錯邊量＜2.4 mm，尺寸滿足工藝要求。對瓜瓣進行編號，編號標注在瓜瓣外表面明顯位置。如坡口尺寸未滿足要求，可采用重新局部打磨坡口的方法解決；如焊縫錯邊量未滿足要求，采用在工裝模具上局部調(diào)整的方法，使其達到圖1錐體詳細尺寸要求。

分瓣壓制成形的殼體瓜瓣預組裝后，以圖紙精加工線處的內(nèi)直徑為對接基準，在精加工線處分別實測等距離分布的8個內(nèi)直徑，取其平均值，內(nèi)直徑應滿足+3～+5 mm，且 8 個內(nèi)徑最大值與最小值之差≤15 mm。測量圖紙精加工線處的直徑符合圖紙要求。測量瓜瓣間縱縫處的焊縫錯邊量，要求對口錯邊量＜2.4 mm，并將錯邊量記錄在預組裝圖上。用檢測樣板進行檢測殼體內(nèi)、外表面的形狀公差，檢查時應使樣板垂直于待檢測面，其形狀應符合以下要求：樣板與封頭外表面的最大間隙：其最大間隙不得大于15 mm。樣板輪廓曲線尺寸的極限偏差：按 GB/T 1804—2000 《一般公差 未注公差的線性和角度尺寸的公差 標準》中的 m 級的規(guī)定。檢查成形后封頭瓜瓣的厚度，要求每件瓜瓣至少均布測量5處，最小厚度應滿足圖樣的規(guī)定，測量點還應符合GB/T 25198—2010《壓力容器用封頭》的要求。錐體預組裝尺寸檢查合格后，分別進行標識、編號，同時將標識、編號繪制在預組裝圖上，檢查瓜瓣的編號標記清晰，與預組裝圖一致。圖2為最終焊接成型的錐體，經(jīng)過檢驗，符合設(shè)計尺寸要求，待進行焊后的熱處理。

圖2 最終焊接成型錐體實物

3 錐體焊接熱處理工藝與質(zhì)量控制

3.1 熱處理工藝設(shè)計

錐體正式焊接之前應按NB/T47014—2011 《承壓設(shè)備焊接工藝評定》進行焊接工藝評定，試板焊接溫度的控制要嚴格按焊接規(guī)范執(zhí)行，主要是焊前的預熱、焊接層間溫度的控制和焊后消氫或焊后消應力熱處理。焊前預熱溫度為200～250 ℃，層間溫度≤300 ℃且不低于預熱溫度，焊接完成后在300～350 ℃溫度下消氫3 h，保溫緩冷。焊后消應力熱處理按升溫速度55～65 ℃/h至640～660 ℃保溫4 h緩冷。對錐體焊接時，錐體所有縱焊縫應同時進行焊接，避免焊接不同步造成收縮變形。錐體焊接采用整體加熱，定時測量板材和焊縫間的溫度，避免產(chǎn)生溫差，同時焊接過程采取局部加熱的方法使錐體保持在預熱溫度范圍內(nèi)。焊后立即消氫或進爐進行中間消應力熱處理，避免產(chǎn)生延遲裂紋。

3.2 焊接過程的熱處理

脫硫反應器在整個制造過程中，設(shè)備錐體焊接接頭應進行多次熱處理，主要熱處理如下：焊后消氫處理(DHT)、中間消除應力熱處理(ISR)、最終焊后熱處理(PWHT)。消氫處理一般按350 ℃至少2 h。若焊后直接進行中間消除應力熱處理，可直接省去消氫處理過程。中間焊后熱處理的主要目的是消除焊接內(nèi)應力，應注意以下方面：(1)接頭焊后若未進行消氫處理，則應立即進行中間焊后熱處理；若無法立即進行中間焊后熱處理，該處理零(部)件和焊接接頭溫度應一直保持在預熱狀態(tài)，溫度＞150 ℃。(2)中間消除應力熱處理推薦溫度為620 ℃，保溫時間不宜小于2 h。由于此時設(shè)備未全部成型，零部件結(jié)構(gòu)約束較小，為防止產(chǎn)生過大變形，應采用低溫裝爐，應嚴格控制升溫速度和熱處理溫度。

3.3 焊后最終熱處理

脫硫反應器錐體的最終熱處理溫度推薦為690 ℃±14 ℃時間為8 h，最終熱處理是整個制造過程中質(zhì)量控制相當重要的工序，必須在反應器錐體所有的焊接工作全部完成，并經(jīng)檢驗合格確認不再施焊之后方可進行。每條縱焊縫至少布置2支熱電偶(1支在內(nèi)表面、1支在外表面)來測量金屬實際溫度。任何一支熱電偶的讀數(shù)不得超過690 ℃±14 ℃，同時應用連續(xù)式記錄儀記錄溫度變化。對于脫硫反應器錐體來說，最終熱處理不僅是消除焊接應力、結(jié)構(gòu)應力，更是需要通過最終熱處理以獲得最佳的母材、焊縫的抗回火脆化性能和優(yōu)秀的力學性能。

4 錐體制造過程的質(zhì)量控制

脫硫反應器錐體生產(chǎn)制造工藝復雜，產(chǎn)品自身質(zhì)量要求高，且材質(zhì)選材特殊，無損檢測必須貫穿從材料采購、入廠檢驗、投料施工直到設(shè)備交付的整個過程，無損檢測需按NB/T 47013—2015運用各種檢驗方法和手段，來確保產(chǎn)品整體質(zhì)量滿足設(shè)計和使用要求。如母材、焊材等原材料的化學成分檢驗和力學性能檢驗，包括X、J系數(shù)確認、步冷試驗等，同時產(chǎn)品焊接試板的檢驗、試驗和焊縫化學成分實物抽查應符合設(shè)計要求。圖3為檢驗人員對錐體的焊縫進行化學成分檢驗，確保焊縫成分滿足焊接工藝規(guī)程的要求。

圖3 焊縫化學成分檢驗

5 結(jié)語

脫硫反應器的用材12Cr2Mo1R(H)比較特殊，結(jié)構(gòu)比較復雜，制造過程中容易出現(xiàn)問題。應嚴格按照標準和設(shè)計制造技術(shù)條件要求執(zhí)行，為S-Zorb裝置的穩(wěn)定運行、產(chǎn)出合格的產(chǎn)品和保障設(shè)計使用年限提供基礎(chǔ)保障。