加氫反應(yīng)器等大型石化容器制造的發(fā)展現(xiàn)狀

1、技 術(shù) 綜 述加氫反應(yīng)器等大型石化容器制造的發(fā)展現(xiàn)狀聶潁新(合肥通用機(jī)械研究院,安徽合肥 230031摘 要:結(jié)合石化裝置大型容器的制造難點(diǎn)及特點(diǎn),介紹了我國壓力容器行業(yè)近年來在建設(shè)格局、工廠加工能力方面的變化以及材料、制造工藝、無損檢測技術(shù)、設(shè)計(jì)等方面的技術(shù)進(jìn)步及發(fā)展現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞:壓力容器;大型化;機(jī)械制造業(yè)中圖分類號:TQ051.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1001-4837(201008-0033-07Current Situati on ofM anufacturing of Large Petroche m icalPressure VesselsN IE Y i n g-xin(

2、H efe iGeneralM ach i n ery Research I nstitute,H efe i230031,Ch i n aA bstract:M anu facturing d ifficu lti e s and characteristics of large petroche m ical equip m ent and pressure vesse ls w as set f o rth.Tec hnical pr ogress i n recen t years of the do m estic pressure vesse l i n dustry i n co

3、n structi o n struct u re,change o f facto r y process capability,m aterials,m anufacturi n g process,non-de structi v e testi n g techno l o gy and design w as a lso summ arized.K ey words:pressure vesse;l larger;m ach i n ery m anufacturi n g1 概述近年來,國內(nèi)石油化工和煤化工發(fā)展迅速。為追求最佳經(jīng)濟(jì)規(guī)模,裝置的規(guī)模趨于大型化。目前多套1000萬t煉油

4、、100萬t乙烯等大型石化裝置已建成投產(chǎn),為我國石化機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展提供了機(jī)遇。反應(yīng)器作為石化裝置的核心設(shè)備,大型化、高參數(shù)化的傾向日趨顯著。2007年,世界上最大的、重達(dá)2044t的煤制油加氫反應(yīng)器在神華馬家塔年產(chǎn)煤制油500萬t的煤液化工程現(xiàn)場制造完成;2007年,在獨(dú)山子石化改擴(kuò)建工程60萬t/a全密度聚乙烯裝置,2臺高達(dá)43m、最大直徑8m的全密度聚乙烯反應(yīng)器現(xiàn)場制造完成;2008年,世界煉油裝置最大的加氫裂化反應(yīng)器,單臺運(yùn)輸重量達(dá)1703t(包括裙座,不含內(nèi)件重量的中石油廣西石化1000萬t煉油, 220萬t/a蠟油加氫裂化反應(yīng)器在大連棉花島滾裝上船。裝置的大型化給中國石化機(jī)械制造業(yè)

5、帶來機(jī)遇的同時(shí),也在悄然地改變著中國大型壓力容器制造廠的裝備水平并給制造方式帶來挑戰(zhàn)。2 石化機(jī)械制造業(yè)建設(shè)格局的變化2.1 靠海建廠解決運(yùn)輸問題20世紀(jì)90年代末,中國最大的重型機(jī)械制造企業(yè) 中國第一重型機(jī)械制造集團(tuán)公司(簡稱一重率先在大連棉花島建立分廠,同時(shí)將設(shè)33計(jì)院遷往大連,擺脫了工廠在偏遠(yuǎn)地區(qū)運(yùn)輸不便的困境,解決了材料或備件入港和制造設(shè)備的海運(yùn)出港。為企業(yè)的做大、做強(qiáng)邁出戰(zhàn)略性的一步。中國第二重型機(jī)械制造集團(tuán)公司(簡稱二重近年來開始涉足壓力容器制造業(yè),并在幾年內(nèi)快速發(fā)展,頗具規(guī)模,成為目前國內(nèi)第二個(gè)生產(chǎn)鍛焊加氫設(shè)備的廠家。但大件運(yùn)輸需要通過約200km的公路運(yùn)輸?shù)綐飞酱a頭,還要受到長

6、江枯水期的影響。2008年,二重著手在江蘇鎮(zhèn)江的長江邊建立分廠,計(jì)劃2010年投產(chǎn)。其車間行車的軌道直接延伸架設(shè)到江面上,設(shè)備可以直接吊運(yùn)到船上。2009年,蘭州蘭石重型裝備股份有限公司(簡稱蘭石在山東黃島建設(shè)分廠;撫順機(jī)械設(shè)備制造有限公司(簡稱撫機(jī)在大連長興島建設(shè)分廠。后起的民營企業(yè)張家港市化工機(jī)械有限公司(簡稱張化機(jī)也在該市的長江邊建設(shè)碼頭和分廠。在臨海(江邊建廠,可以方便地解決材料入港和制造設(shè)備的水運(yùn)問題。2.2 普遍采用現(xiàn)場制作方式從2006年開始,張化機(jī)為承接內(nèi)蒙古大唐國際錫林郭勒煤化工煤基烯烴項(xiàng)目的3臺大型聚丙烯反應(yīng)器和直徑8m、高達(dá)100多m的C3塔的制造任務(wù),將工廠建到內(nèi)蒙古多

7、倫的工地。更多的是采用在工廠將設(shè)備分段或分片制作完成后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行組焊的方式。一重對神華煤液化加氫反應(yīng)器和獨(dú)山子1000萬t煉油、200萬t/a加氫裂化裝置加氫反應(yīng)器也是將單個(gè)筒節(jié)或分段筒節(jié)運(yùn)到現(xiàn)場,在現(xiàn)場完成環(huán)縫焊接、焊縫局部熱處理和水壓試驗(yàn)。獨(dú)山子60萬t/a全密度聚乙烯裝置的2臺反應(yīng)器設(shè)備也是在工廠單片制作成型后運(yùn)到現(xiàn)場組焊。不同的是,單片制作是工廠(蘭石球罐公司完成,現(xiàn)場組焊則由安裝公司(中石化第五建設(shè)公司完成,這使質(zhì)量管理和控制的環(huán)節(jié)更多一些。2.3 工廠的大型裝備建設(shè)神華煤液化加氫反應(yīng)器(單重2044,t壁厚335mm是煤液化加氫反應(yīng)器的世界之最;廣西石化加氫裂化反應(yīng)器承壓殼體(

8、重1594t是煉油裝置加氫裂化反應(yīng)器的世界之最。一重和二重承制的四川石化300萬t/a渣油加氫裂化裝置的反應(yīng)器直徑4900mm,厚度300mm左右,最大單個(gè)鋼錠重量超過250,t參數(shù)接近神華煤液化加氫反應(yīng)器。由于設(shè)備高度較小,單臺設(shè)備重量約為14001500t。為滿足大型鍛焊筒節(jié)的綜合尺寸,鋼包的澆注通常是2包合澆,甚至是3包合澆。但筒節(jié)的外徑受到水壓機(jī)開檔尺寸的制約。一重1.5萬t 水壓機(jī)立柱間的最大距離為7000mm,二重160MN水壓機(jī)立柱臨時(shí)拆除護(hù)套后最大距離可達(dá)7100mm。目前國內(nèi)設(shè)計(jì)的筒節(jié)內(nèi)徑一般限制在5000mm左右。但考慮到壁厚較大及加工余量和鍛造尺寸的精度,筒節(jié)毛坯外徑可達(dá)

9、6000 mm。如二重為四川石化渣油加氫項(xiàng)目制作的筒節(jié)鍛件毛坯的實(shí)測外徑接近6000mm。產(chǎn)品大型化帶來了工廠制造裝備及加工方法的變化:(1大直徑和大噸位的筒節(jié)鍛件毛坯的粗加工給立車加工造成壓力目前國內(nèi)最大的16m立車在大連棉花島上的一重分廠,但鍛件粗加工在黑龍江省的富拉爾基本部。盡管本部有6.3m以上的10多臺大型立車,但對超過200t的筒節(jié)毛坯的粗加工,能夠承重的立車為數(shù)不多。一重對四川石化的4臺渣油加氫反應(yīng)器大型鍛件的粗加工采用的是在少量承重能力較大的立車上做半段粗加工減重后,轉(zhuǎn)至其他立車再掉頭加工的方式。二重的情況類似。近年來盡管新裝備了10多臺大型立車,但對四川石化6臺渣油加氫反應(yīng)器

10、的制造瓶頸之一也是立車粗加工的匱乏。目前該廠采用的是對鍛件外圓進(jìn)行粗銑加工減輕重量以滿足立車的承重要求和外協(xié)加工相結(jié)合的辦法。(2鍛造水壓機(jī)和起重設(shè)備的大型化在鍛造能力上,一重、二重的水壓機(jī)都是15000t的規(guī)模。張化機(jī)在建的水壓機(jī)噸位為200MN(約20000t。在起重能力方面,一重富拉爾基鍛造車間的2臺行車,單勾起吊都是550,t棉花島上容器車間的最大單勾起吊為560t。二重的鎮(zhèn)江分廠,最大單勾起吊為550t。在建的青島蘭石重型機(jī)械設(shè)備有限公司和張化機(jī)的長山基地分廠,最大單勾起吊能力均為600t。正在大連長興島建設(shè)的大連撫機(jī)廠,單勾起吊能力達(dá)到650t。(3射線探傷、熱處理爐及卷板機(jī)能力的

11、大34CPVT 加氫反應(yīng)器等大型石化容器制造的發(fā)展現(xiàn)狀 V o l27 N o82010型化射線探傷用9M e V加速器的使用已很普遍。熱處理爐的大型化建設(shè)也不例外。沿海(江有關(guān)廠家的裝備能力情況見表1。表1 沿海(江各廠的裝備能力情況工廠名稱起重能力/t卷板機(jī)能力(厚度!板幅/mm熱處理爐尺寸(寬!高!長/m碼頭泊位/t備注大連一重560+160150/1801!300010!10!24300050001針對2.25Cr1M o材料的卷板厚度鎮(zhèn)江二重1550+300160!30008!9!309!10!15500001計(jì)劃于2010年三季度建成青島蘭石600!212602!30008!9!3

12、020001一期建設(shè)600t,二期600t2針對2.25Cr1M o材料的卷板厚度張化機(jī)1600!2200/280!30008!10!30500080001計(jì)劃于2011年建成大連撫機(jī)650!213002!30007!7!26500012臺650t天車同期建設(shè),計(jì)劃于2011年建成2針對2.25Cr1M o材料的卷板厚度,機(jī)器暫時(shí)在撫順本廠大型裝備的建設(shè)耗資巨大,不是多數(shù)壓力容器廠可以效仿的,尤其是大型卷板機(jī)也無必要重復(fù)建設(shè)。對180200mm以上的部件,直接選用鍛件更為經(jīng)濟(jì)、便捷,而且大型卷板機(jī)一般很難有提供外協(xié)服務(wù)的需求。工廠建設(shè)如何反映經(jīng)濟(jì)適用和超前意識,需要決策者在平衡中把握商機(jī)、正確

13、決策。3 機(jī)械制造業(yè)的技術(shù)進(jìn)步3.1 采用更高強(qiáng)度級別和綜合性能更好的新材料由于3Cr1M o0.25V鋼強(qiáng)度指標(biāo)增值有限,沖擊韌性明顯降低,只走過短暫的過渡階段。1999年,國內(nèi)第一臺采用3C r1M o0.25V鋼、由一重制造的加氫反應(yīng)器在中石油克拉瑪依公司投用; 2002年,采用2.25Cr1M o0.25V鋼制造的加氫反應(yīng)器在鎮(zhèn)海煉化投用。據(jù)API941石油煉廠和石油化工廠用高溫高壓臨氫作業(yè)用鋼#中的納爾遜曲線,2.25C r1M o0.25V使用溫度上限可達(dá)510。按AS M E規(guī)范,該材料使用溫度上限是482,比2.25Cr1M o鋼的使用溫度上限454提高了28。加上強(qiáng)度級別高且

14、抗氫、抗回火脆性和沖擊韌性好等綜合性能,現(xiàn)在2.25C r1M o0.25V 較多用于煤化工和大型鍛焊加氫設(shè)備。對2.25C r1M o0.25V材料的理化性能指標(biāo),目前中石化兩大設(shè)計(jì)院北京SE I和洛陽石化工程公司參照采用的是AS ME規(guī)范。從保證制造返修熱處理和現(xiàn)場返修熱處理時(shí)間的設(shè)計(jì)思想出發(fā),最新的(附加要求最大熱處理時(shí)間m axP WHT已從26h增加到34h。其技術(shù)措施是在原2.25Cr1M o0.25V的基礎(chǔ)上,適當(dāng)提高C含量到0.17%(常規(guī)C%0.15%,提高材料淬硬性和淬透性,同時(shí)調(diào)整其他微量元素,增加材料的強(qiáng)度。當(dāng)然這也意味著對材料的韌性指標(biāo)做出讓步。焊接接頭性能的實(shí)現(xiàn)就更

15、困難。這不僅意味著要進(jìn)一步降低鋼材和焊接材料中的S,P等雜質(zhì),從而增加了制造成本,還意味著鋼材的焊接冷裂紋、特別是再熱裂紋敏感性將大幅提高。目前一重已在出口伊朗的反應(yīng)器上實(shí)現(xiàn)了上述新的設(shè)計(jì)指標(biāo),二重正在中石化長嶺石化、中石油四川石化渣油加氫反應(yīng)器的制造項(xiàng)目上實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)指標(biāo)。國內(nèi)一些廠家多采用進(jìn)口2.25Cr1M o0.25V 鋼板制造加氫反應(yīng)器。2003年,大連金重為中石油撫順石化制造了國內(nèi)第一臺板焊式加氫反應(yīng)器;2006年,蘭石為克拉瑪依石化制造30萬t/a 潤滑油加氫裝置的加氫處理反應(yīng)器;2007年,一35第27卷第8期 壓 力 容 器 總第213期重為青島石化制造1000萬t/a煉油、

16、320萬t/a 蠟油加氫裂化裝置的加氫反應(yīng)器的壁厚均為140 mm,是目前國內(nèi)制造2.25C r1M o0.25V板焊加氫反應(yīng)器的最大厚度。近年來國內(nèi)舞陽鋼廠參照AS ME A542壓力容器用淬火加回火的鉻鉬和鉻鉬釩合金鋼板#開發(fā)了厚度范圍為30120mm的2.25C r1M o0.3V 鋼板,企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為Q/W TB23 2007壓力容器用鉻鉬釩合金鋼板#。其熔煉成分、力學(xué)性能包括高溫性能、抗回火脆化等指標(biāo)均達(dá)到較高水平。經(jīng)合肥通用機(jī)械研究院復(fù)驗(yàn),厚度120mm的鋼板實(shí)物在1/2,1/4不同厚度上的力學(xué)性能都比較穩(wěn)定,反映了舞陽鋼廠較高的熔煉和熱處理水平。2007年,該鋼種通過了全國鍋爐壓力容

17、器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)組織的技術(shù)評審,但工程上應(yīng)用較少,目前材料保證性能的m axP WH T時(shí)間是2628 h,另外鋼板的外觀質(zhì)量還有待提高。3.2 設(shè)備最終熱處理和水壓試驗(yàn)在現(xiàn)場完成現(xiàn)場組焊的施工,設(shè)備的整體或局部熱處理必須在現(xiàn)場完成。由于現(xiàn)場條件的限制,總體情況比制造廠內(nèi)的固定式爐差。經(jīng)多年來工程實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)積累,采用積木式電加熱爐、局部熱處理用履帶式紅外電加熱帶或燃油爐,大型設(shè)備的現(xiàn)場熱處理有多種工藝方案可供選擇。(1&內(nèi)燃法與電加熱相結(jié)合現(xiàn)場整體熱處理一直是大型球罐或直立設(shè)備熱處理的首選。多為&內(nèi)燃法即利用設(shè)備殼體在內(nèi)部加熱。上海傅氏和江蘇吳江兩個(gè)熱處理廠家現(xiàn)場整體熱處理業(yè)績較多。燃油加熱

18、或輔之以電加熱也比較成熟?？刂圃O(shè)備的整體熱膨脹和加熱的均勻性是熱處理技術(shù)的關(guān)鍵。大型球罐的熱處理通常在設(shè)備頂部布置回流擋板,擾動(dòng)煙氣以最大限度地加熱設(shè)備并使溫度均勻。對直立式反應(yīng)器,在軸向尺寸變化處或裙座處輔之以電加熱,解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)處的溫度控制。如江蘇吳江電熱電器廠對獨(dú)山子60萬t/a全密度聚乙烯裝置2臺反應(yīng)器的熱處理。由于設(shè)備大(最大直徑8000mm,外形有突變(筒體、錐段和球封頭,厚度不相同(分別為52,62,80,94 mm,且有大直徑分布板內(nèi)件,設(shè)備的熱處理有難度。為了保證分布板的整體平面度,在整體組裝時(shí),暫不安裝分布板,將上封頭和錐形筒體點(diǎn)焊后進(jìn)行整體熱處理,再開啟上封頭安裝分布板,

19、最后對上封頭與錐體的封閉環(huán)縫進(jìn)行局部焊后熱處理。整體熱處理采用內(nèi)燃法,將筒體整體加熱,在下封頭底部接管處設(shè)置燃燒器,在設(shè)備封頭底部設(shè)置輻射反光板,防止燒嘴區(qū)域局部過熱。在設(shè)備變徑處、材料厚度變化處及裙座結(jié)構(gòu)的突變處適當(dāng)布置電加熱片并附熱電偶。在內(nèi)外焊縫處附偶多達(dá)40多個(gè),記錄熱處理過程中附偶處溫度的變化情況。最終熱處理曲線顯示加熱溫度符合設(shè)計(jì)和工藝要求,徑向和軸向熱膨脹量在預(yù)期范圍,焊縫硬度檢測合格,這表明我國大型設(shè)備現(xiàn)場整體熱處理達(dá)到較高水平。(2現(xiàn)場積木式爐熱處理這種爐子因現(xiàn)場搭建,外形可以通過異型保溫磚隨意組裝,適用于尺寸大、開孔多、形狀復(fù)雜的設(shè)備?？梢愿鶕?jù)設(shè)備的尺寸將爐子分塊設(shè)計(jì)、制造

20、后運(yùn)到現(xiàn)場組裝。張化機(jī)在內(nèi)蒙多倫現(xiàn)場對直徑8m的C3塔的分段熱處理、一重對神華加氫反應(yīng)器環(huán)焊縫的局部熱處理都是采用這種爐子。部分小廠由于固定式爐較小,對大型設(shè)備在工廠內(nèi)的整體熱處理也有采用這種爐子的。該爐因積木式搭建而應(yīng)用靈活廣泛,但在保溫、加熱控制等需要比較精確的溫控場合,無法與工廠內(nèi)的固定式爐相比,尤其當(dāng)爐子尺寸較大時(shí),熱處理過程控制需要熱處理廠家有豐富的施工經(jīng)驗(yàn)。首先加熱爐的形狀設(shè)計(jì)應(yīng)能保證設(shè)備在爐內(nèi)熱量的輻射和對流中處于熱循環(huán)的良好狀態(tài)。對采用電加熱方式爐子的加熱功率和對加熱片的安裝數(shù)量、位置應(yīng)有細(xì)致的設(shè)計(jì)。另外,對重要的焊縫必須附熱電偶,由加熱曲線考察溫控效果。如對1條環(huán)縫可以選擇附

21、熱電偶4只,為內(nèi)、外部及上下水平方位布置。(3立式或臥式的現(xiàn)場局部熱處理現(xiàn)場組焊環(huán)縫的局部熱處理也有立式或臥式,多視焊縫的焊接工位選擇。對直徑大、相對壁厚薄、剛性小的筒節(jié)環(huán)縫,優(yōu)先采用垂直吊裝,環(huán)縫在橫焊位焊接。焊接完成后在高空采用紅外電加熱方式實(shí)現(xiàn)局部熱處理?，F(xiàn)場安裝公司多裝備有橫焊位的埋弧自動(dòng)焊機(jī),可以實(shí)現(xiàn)橫位焊縫的自動(dòng)焊接。制造廠多為手工橫位焊接,焊接難度比平焊位大。與自動(dòng)埋弧焊相比,因?yàn)槭止み\(yùn)條和焊縫熔池排渣的要求,坡口角度稍大,焊縫填充量大。設(shè)計(jì)應(yīng)考慮不同焊接方法的坡口差異,針對不同的施工方法做出相應(yīng)的坡口設(shè)計(jì)。36CPVT 加氫反應(yīng)器等大型石化容器制造的發(fā)展現(xiàn)狀 V o l27 N

22、 o82010對剛性較大的筒節(jié),組對采用臥位,環(huán)縫在平焊位焊接。焊接完成后采用燃油爐對焊縫進(jìn)行臥式局部熱處理。如一重為獨(dú)山子1000萬t/a煉油項(xiàng)目制造的加氫裂化反應(yīng)器,全部14個(gè)筒節(jié)有13條B類環(huán)縫,其中8條在工廠焊接。殼體分為6段運(yùn)輸,有5條環(huán)縫是在現(xiàn)場臥裝、平焊并經(jīng)局部熱處理。神華煤液化2臺加氫反應(yīng)器的28條環(huán)焊縫,全部在現(xiàn)場平焊并完成局部熱處理。臥式局部熱處理爐也可用簡易燃油爐。無論橫位或臥位,均應(yīng)在筒體內(nèi)部用保溫棉(磚設(shè)置隔熱保溫墻,使熱量集中于受處理的焊縫;同時(shí)焊縫兩側(cè)的內(nèi)外保溫層還應(yīng)有一定的厚度和軸向長度,以保持溫度梯度,減少局部熱處理引發(fā)的溫差應(yīng)力。(4現(xiàn)場水壓試驗(yàn)大型設(shè)備的現(xiàn)

23、場水壓試驗(yàn)也是一個(gè)難點(diǎn)。如大型焦炭塔充滿水后重量可達(dá)2500t以上。國內(nèi)最大的焦炭塔為惠州大煉油項(xiàng)目,直徑9800mm。在制造廠只是采用了氣壓試驗(yàn),通過海運(yùn)到現(xiàn)場。如果在制造廠水壓試驗(yàn),基礎(chǔ)地能否均勻沉降關(guān)系到設(shè)備的安全,需要對基礎(chǔ)地耐力進(jìn)行強(qiáng)度核算,為此將提高工廠的制造成本。對大型臥式容器的水壓試驗(yàn),除了對基礎(chǔ)的處理和計(jì)算外,還需要計(jì)算支撐鞍座的數(shù)量和位置。實(shí)踐中有采用砂袋減少鞍座支撐力的辦法。3.3 TOFD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用TOFD技術(shù)是利用超聲波衍射的時(shí)差對缺陷定位的新技術(shù),最先應(yīng)用于歐洲。結(jié)合爬波(C W掃查和脈沖回波(RASTER掃查(PE,對容器深厚焊縫采用TOFD檢測。它具有對埋

24、藏缺陷檢測靈敏度高,缺陷定位、定量精度高,有成像記錄可查,無需現(xiàn)場防護(hù)等各種優(yōu)點(diǎn)。近年來TOFD技術(shù)發(fā)展很快,在國外已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、電力工業(yè)、石油天然氣化工工程等領(lǐng)域,在一些大型設(shè)備的制造中甚至有取代RT檢測的趨勢。在國內(nèi),該技術(shù)最先應(yīng)用于西氣東輸和三峽工程等大型建設(shè)項(xiàng)目。2004年,一重在獨(dú)山子60萬t/a餾分油加氫反應(yīng)器的現(xiàn)場組焊中應(yīng)用了TOFD技術(shù)。此后一重對大慶、長慶、茂名石化、廣西石化、神華(厚壁335mm等大型加氫反應(yīng)器的現(xiàn)場組焊環(huán)縫均采用TOFD技術(shù)。同時(shí),一重結(jié)合RT檢測,進(jìn)行兩種檢測方法的比對試驗(yàn)。2009年,全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)對一重的TOFD檢測的企業(yè)

25、標(biāo)準(zhǔn)升級版予以審查通過。隨著TOFD技術(shù)在AS ME規(guī)范中的案例認(rèn)可,該技術(shù)已逐漸應(yīng)用于制造或使用過程中設(shè)備的維護(hù)與檢查。合肥通用機(jī)械研究院不僅與制造家廠合作采用TOFD檢測對在制設(shè)備檢測;而且在多臺大型(包括對大型原油儲罐底部缺陷或重型在役設(shè)備的檢測。中國特種設(shè)備檢測研究院也在先期采用TOFD檢測方面做了大量工作。以往該技術(shù)的應(yīng)用是一事一議地向國家技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局報(bào)批,取得認(rèn)可。2008年已改為征得設(shè)計(jì)和業(yè)主同意,即可進(jìn)行TOFD檢測。新版的固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程#已將TOFD檢測納入檢測規(guī)程。TOFD檢測企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)也在制訂和完善之中。3.4 碾環(huán)機(jī)的研制碾環(huán)機(jī)是將筒節(jié)由

26、大型鋼錠鍛壓成型改為碾壓或軋制成型。這類設(shè)備多采用德國瓦格納技術(shù),液壓傳動(dòng)和電腦數(shù)控,鍛件沖孔并加熱到溫后可以在數(shù)分鐘內(nèi)由碾環(huán)機(jī)一次碾制成型。產(chǎn)品精度高,生產(chǎn)效率高,國內(nèi)已經(jīng)有若干鍛件生產(chǎn)廠使用這類設(shè)備生產(chǎn)環(huán)狀鍛件,但碾制成的環(huán)高度尺寸較小。如蘭石鍛熱公司的碾環(huán)機(jī)輥高僅為500 mm。碾環(huán)機(jī)多為立式,其固定機(jī)座上有1對(軋輥,其中外輥為主動(dòng)輥,碾壓過程中帶動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)并逐漸向內(nèi)輥靠近向環(huán)外壁施壓使其減薄。另一移動(dòng)機(jī)座上伸出1對帶錐度的壓輥,可以對環(huán)的上下端面成型。同時(shí)機(jī)座向外移位,以適應(yīng)環(huán)脹大。固定機(jī)座上還有一對支持在環(huán)外側(cè)的壓輥。隨著環(huán)脹大,壓輥張開角度(位置也在同步變化,以控制環(huán)的成圓尺寸。成

27、型過程中還有噴水機(jī)構(gòu)對軋輥冷卻并清除環(huán)件表面的氧化皮。目前一重、二重正在致力于對碾環(huán)機(jī)(筒節(jié)軋機(jī)的研制。其中一重的筒節(jié)軋機(jī)已經(jīng)在安慶石化反應(yīng)器項(xiàng)目上開始批量生產(chǎn)筒節(jié)鍛件。一重研制的筒節(jié)軋機(jī)為臥式,與立式機(jī)械相比,大尺寸筒節(jié)的圓度控制難度可能會(huì)大一些。2010年6月28日,一重研制的筒節(jié)軋機(jī)軋制首件筒節(jié)試驗(yàn)成功,其壁厚均勻,表面質(zhì)量和尺寸精度均較好。據(jù)悉該筒節(jié)軋機(jī)可軋制的筒節(jié)最大直徑達(dá)8000mm,長度范圍20003700mm,壁厚37第27卷第8期 壓 力 容 器 總第213期CPVT 加氫反應(yīng)器等大型石化容器制造的發(fā)展現(xiàn)狀 V o l27 N o8 2010 230 640 mm。 3 5

28、空心鋼錠技術(shù)的發(fā)展 . 20世紀(jì) 60年代, 針對設(shè)備大型化, 國外開發(fā)了 空心鋼錠技術(shù)。空心鋼錠冷卻快, 晶粒細(xì)小, 偏析 少, 材料的均質(zhì)性好。另外, 取消了通常筒節(jié)鍛件的 沖孔工序, 減少了鋼錠重量、 提高了鋼材利用率。 世界上采用空心鋼錠技術(shù)生產(chǎn)鍛焊筒節(jié)最多 的廠家是法國法馬通核電集團(tuán)的克羅索鍛造廠, 一重曾向其購買鍛件筒節(jié), 用于神華煤制油項(xiàng)目 加氫反應(yīng)器的制造。 20世紀(jì) 80 年代, 日本川崎 制造了世界上最大的空心鋼錠, 用于沸水堆壓力 殼, 重達(dá) 320 t 目前, 一重、 。 二重都在進(jìn)行這方面 的研究。一重 的空心 鋼錠已 用于長 慶石 化 120 萬 t/ a 加氫裂化

29、聯(lián)合裝置、 大港石化 100萬 t / a加 氫裂化裝置 等項(xiàng)目的加氫 反應(yīng)器鍛焊筒 節(jié)。目 前, 一重最大的空心鋼錠重量為 160 , 技術(shù)指標(biāo) t 滿足國內(nèi)加氫反應(yīng)器的制造要求?？招匿撳V對鋼 水純凈度要求高, 但由于鋼錠空心結(jié)構(gòu)的原因澆 注過程只能在大氣下完成, 不能實(shí)現(xiàn)熔煉澆注雙 真空, 對鋼水中氣體成分的控制有難度。另外, 冷 卻技術(shù)也有待完善或突破。如果空心鋼錠的澆注 和冷卻技術(shù)取得突破, 將會(huì)提高筒節(jié)鍛件的材料 利用率, 鍛焊反應(yīng)器的制造成本將大幅度降低。 3 6 雙絲窄間隙焊接技術(shù)的研究和應(yīng)用 . 神華煤制油加氫反應(yīng)器的壁厚為 335 mm, 即 將投料生產(chǎn)的金陵石化的 180萬

30、 t / a渣油加氫裝 置的反應(yīng)器的最大壁厚 340 mm。設(shè)備大型化造 成深厚焊縫增加, 焊接效率的提高就成為關(guān)鍵環(huán) 節(jié)之一。雙絲窄間隙焊接技術(shù)因兩根焊絲同時(shí)進(jìn) 行焊接, 具有效率高的特點(diǎn)。同時(shí), 因?yàn)閮筛附z 的空間交叉布置, 后道焊縫可以作為回火焊道對 前道焊縫進(jìn)行后熱處理, 焊縫質(zhì)量更好。但雙絲 焊接難度大, 對焊絲的位置及其跟蹤、 焊接參數(shù)的 選擇等由于其對焊道成型及其排渣等工況的影響 要求比較苛刻。該技術(shù)正在發(fā)展, 一重已經(jīng)在神 華煤制油加氫反應(yīng)器的焊接中采用、 二重等也在 積極開發(fā)該技術(shù)。 4 對設(shè)計(jì)、 標(biāo)準(zhǔn)等的要求 ( 1 設(shè)計(jì)規(guī)范的選用 由于設(shè)備直徑超大超重且難以探傷, 立式

31、容 器裙座與設(shè)備連接處的角焊縫結(jié)構(gòu)已不采用, 現(xiàn) 38 多采用鍛件過渡段, 改裙筒與筒節(jié)之間的角接焊 縫為與過渡段的對接焊縫。對于焦炭塔, 由于最 大直徑已超過 9 m, 為解決運(yùn)輸問題和降低造價(jià), 過渡段鍛件分片 鍛造、 分片加工后焊接 成一體。 焦炭塔因?yàn)檠h(huán)溫差應(yīng)力太大, 除了鍛件過渡段 的設(shè)計(jì)以外, 還有采用鋼板分塊彎制變形后焊接 成與下錐 段角度一 致呈 & 包 裹形 連 接的結(jié) 構(gòu)。 另外從減輕設(shè)備重量考慮, 這些大型設(shè)備的設(shè)計(jì) 也由常規(guī) GB 150設(shè)計(jì)改為 JB 4732分析設(shè)計(jì)。 ( 2 大型封頭拼接方式選擇 設(shè)備大型化使封頭制造困難。無論鋼板或鍛 板都有最大尺寸的限制。如一

32、個(gè)內(nèi)直徑 5 m 的封 頭, 鋼板最小尺寸約為 8 m。目前, 德國迪林根供 貨的鋼板幅寬最大為 5 2 m。對直徑大、 . 壓力低 的大型容器如聚乙烯、 聚丙烯反應(yīng)器, 上下封頭均 采用球罐的拼板形式, 由極板 和一個(gè)極帶 ( 根據(jù) 尺寸不同為 8 12塊板拼成 組成半球封頭。通 常極板尺寸的設(shè)計(jì)取決于開孔位置和數(shù)量, 極板 在制造廠內(nèi)與接管鍛件焊接后, 到現(xiàn)場與組焊好 的極帶完成環(huán)焊縫焊接。對中壓及高壓容器如加 氫反應(yīng)器, 習(xí)慣上不采取封頭拼接的形式, 多將封 頭設(shè)計(jì)成球冠, 在兩端筒節(jié)上延伸出一段封頭圓 弧。對板焊結(jié)構(gòu)的加氫反應(yīng)器, 就必須增設(shè)鍛件 過渡段, 過渡段或封頭之間有 1個(gè)環(huán)焊

33、縫, 從而提 高了制造成本。隨著設(shè)備的大型化, 封頭制造難 度的增加, 封頭拼接成為設(shè)計(jì)和制造所需要面對 的問題。 是否選用分瓣封頭, 應(yīng)比較造價(jià)指標(biāo)。如果 用兩塊相同尺寸的鋼板拼接, 人孔開在封頭中央, 拼接焊縫與人孔焊縫形成丁字焊縫, 是符合現(xiàn)行 規(guī)范的。而且, 這種拼接焊縫與過渡段環(huán)焊縫相 比因?yàn)橥耆驅(qū)ΨQ而受力狀況更好。封頭熱成型 并調(diào)質(zhì)完成后可將焊縫去除, 重新焊接, 最終焊肉 不涉及封頭的恢復(fù)性能的熱過程。需要重視的是 將拼板焊肉去除后的坡口處理, 既要將原焊肉包 括熱影響區(qū)完全除凈, 還要使坡口尺寸適合于封 頭成型后的再次焊接。對不對稱拼縫習(xí)慣做法是 避開開孔位置。 國內(nèi)對此已經(jīng)

34、重視, 并且有關(guān)部門正在開展 這方面的研究?？梢灶A(yù)計(jì), 隨著設(shè)備大型化, 加氫 等高壓設(shè)備的分瓣封頭必將成為設(shè)計(jì)的一種經(jīng)濟(jì) 選擇。 ( 3 大型設(shè)備單片構(gòu)件的驗(yàn)收問題 第 27卷第 8期 壓 力 容 器 總第 213期 獨(dú)山子石化 2臺全密度聚乙烯反應(yīng)器由于設(shè) 備直徑大, 全部筒節(jié)、 錐段、 裙座都是分片制造、 現(xiàn) 場組焊。半片筒節(jié)剛性小, 在運(yùn)輸中極易變形, 在 制造廠也因?yàn)闆]有驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)而無法驗(yàn)收。對大型 球罐來說, 單個(gè)球片和現(xiàn)場組裝都有驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn), 但 對于大型立式或臥式容器, 如果安裝單位或業(yè)主 有要求, 多采用預(yù)組裝、 進(jìn)行單片驗(yàn)收。經(jīng)過長途 運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場還有變形問題, 給現(xiàn)場組裝造成困

35、難、 相互推諉, 從而影響設(shè)備的安裝質(zhì)量。 GB 151中換熱器的設(shè)計(jì)制造 的最大直徑為 2600 mm。現(xiàn)在很多石化裝置用換熱器直徑超過 3000 mm。近年來, 大型乙烯項(xiàng)目采用國 外專利 設(shè)計(jì)的環(huán)氧乙烷裝置用反應(yīng)器, 為換熱式結(jié)構(gòu), 直 徑多在 5000 mm 以上, 最大達(dá)到 7000mm, 其設(shè)計(jì) 和制造難以參照 GB 151 。標(biāo)準(zhǔn)的拓展與更新已 提到日程。 5 結(jié)語 目前, 中國石化裝置大型化對機(jī)械制造業(yè)的 影響深遠(yuǎn), 壓力容器制造業(yè)也在發(fā)生巨大的變化。 新技術(shù)、 新工藝的采用也在對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、 規(guī)范產(chǎn)生 沖擊。在世 界經(jīng)濟(jì)危機(jī)和 中國經(jīng)濟(jì)建設(shè) 的發(fā)展 中, 中國石化機(jī)械制造業(yè)近期

36、的發(fā)展令世人矚目, 但風(fēng)險(xiǎn)和機(jī)遇并存。 應(yīng)該看到: 設(shè)備大型化提高了國內(nèi)對大型石 (上接第 18頁 大多數(shù)情況下是安全的, 可以推薦使用。 參考文獻(xiàn): 1 2 Standards of the Expansion Jo intM anufactures A ssoc i a tion S . Inc 9th 2008( Inc lud ing 2009 A ddenda. . A SM E Bo ile r and P ressure V esse l Code Section( , R ules for Construction. D iv is ion1, 2007ED ( Includ ing 2009 Addenda S . 3 A SM E Bo iler and Pressure V esse lCode Section M a , ter ia ls Part D: P roperties ( Custom ary , 2007ED ( In ( 上接第 23頁 參考文獻(xiàn): 1 2 3 D L /T 869 2004 火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程 S. , 董雷云. 長期高溫服役主蒸汽 管道現(xiàn)場檢 驗(yàn)及材質(zhì) 損傷分析 J . 壓力容器, 2002, 19(