李瑞東

中國石化集團第十建設公司 山東淄博 255438

大型耐熱鋼焦炭塔的現(xiàn)場組焊

李瑞東

中國石化集團第十建設公司 山東淄博 255438

文章介紹了某延遲焦化裝置中焦炭塔的現(xiàn)場組裝和焊接，尤其是對筒體復合鋼板和封頭復合鋼板坡口形式的改變，減少了復層鋼板焊縫及熱影響區(qū)的開裂及碳化。采用現(xiàn)場組裝平臺上立式組焊，大大降低了現(xiàn)場的占地面積，同時筒節(jié)組對成段時采用了倒裝法，可以減少吊耳的使用數(shù)量，對保護母材保證工期非常有利。

焦炭塔 組對 焊接 工藝

1 前言

焦炭塔是煉油工業(yè)中焦化裝置的核心設備，能夠?qū)崿F(xiàn)將價值低的劣質(zhì)油轉(zhuǎn)化為價值高的汽油和中鎦分油的工藝轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。因此國內(nèi)焦化裝置的生產(chǎn)能力不斷增大，焦炭塔的直徑也不斷增加，目前已經(jīng)直徑已達到9.6m，高度36m，成為須在現(xiàn)場組焊的大型壓力容器。

由于延遲焦化的工藝特點，使焦炭在工作中不斷經(jīng)歷升溫、降溫循環(huán)，介質(zhì)也由氣態(tài)到液態(tài)再到固態(tài)不斷變化。為了滿足設備在如此惡劣的工作環(huán)境下安全運行，無論是設計、選材，還是制造安裝，要求都在逐漸提高，例如，焦炭塔所用材料從過去普通的20g、20R、15CrMoR發(fā)展到現(xiàn)在的14Cr1MoR；過渡段采用鍛件整體加工成型取代了傳統(tǒng)的手工焊堆焊。這種情況下，如何在施工現(xiàn)場保證設備組焊安裝的質(zhì)量成為了各方關注的焦點。

2 組焊實例

某石化廠的延遲焦化裝置中焦炭塔設備規(guī)格明細（見表1）。焦炭塔的供貨形式如下：

（1）鉻鉬鋼鋼板（包括復合鋼板的基層鋼板）和鍛件供貨狀態(tài)均應為正火+回火。

（2）14Cr1Mo鍛件、14Cr1MoR的鋼板以及復合鋼板中的基層鋼板其化學成分和力學性能、尺寸、外形及允許偏差除應符合GB713-2008的規(guī)定外，還應滿足8071D0204－70-002/N1《焦炭塔制造及驗收工程技術條件》。

（3）錐形封頭的上過渡段為整體供貨，殼體的帶板均為分片坡口加工完畢并按弧度要求成型后供貨到現(xiàn)場。

（4）球形封頭、錐形封頭供貨形式為：坡口加工完畢并按弧度要求成型，廠內(nèi)預組裝檢驗合格后供貨到現(xiàn)場，錐體下段應在廠內(nèi)組焊并與出焦口法蘭焊接，檢驗合格并消除應力熱處理后成品供貨到現(xiàn)場。所有接管法蘭均應制作成部件消除應力熱處理后供貨到施工現(xiàn)場。

表1 焦炭塔技術規(guī)格明細表

3 施工方法及組焊要求

3.1 半成品驗收

供貨到組焊現(xiàn)場的半成品應同時具有制造單位的產(chǎn)品質(zhì)量證明書和當?shù)靥胤N設備監(jiān)督檢測部門的監(jiān)檢報告；所有對材料的復驗均已在制造廠內(nèi)進行完畢并附檢驗報告。半成品應經(jīng)報檢合格后方可進行組焊。供貨到組焊現(xiàn)場的封頭和錐體的瓣片、筒體帶板上應有明顯的組裝標記，且應與排板圖相符。

附件均應有產(chǎn)品合格證書,并經(jīng)檢查合格后方能使用。出焦口法蘭密封槽的橢圓度允許偏差不得大于1mm，出焦口的鋼墊圈的橢圓度允許偏差不得大于0.5mm。所有法蘭、法蘭蓋及八角墊密封面不得有碰傷、縱向劃痕等降低法蘭強度和密封性能的缺陷。出焦口法蘭及焊接在一起的錐體段應在自由狀態(tài)下熱處理、機加工，且應在自由狀態(tài)下供貨到現(xiàn)場。

3.2 基礎驗收

焦炭塔現(xiàn)場組焊分段吊裝施工前，塔基礎應進行交接驗收?；A上應明顯地標出標高基準線、方位基準線（縱橫中心線），相應的建筑（構筑）物上應標有坐標軸線；基礎上應有沉降觀測水準點?；A各部尺寸及位置的偏差數(shù)值不得超過規(guī)范的要求。

3.3 組焊現(xiàn)場的平面布置

組焊施工現(xiàn)場設在焦炭塔框架旁的預制現(xiàn)場內(nèi)。預制現(xiàn)場應路面平齊，并將吊車行走道路和吊車站位處進行硬化處理，以滿足吊裝需要。場地應平整夯實，并鋪設碎石。

組焊現(xiàn)場搭設一個10×20m的平臺和兩個10×10m平臺，其中10×20m平臺作為筒節(jié)組焊及錐體過渡段組焊平臺用；一個10×10m平臺作為分段筒體組焊平臺用，另一個平臺為封頭組焊占用平臺時，組焊分段筒體。平臺底層鋪設300的槽鋼，間距為1m。槽鋼應鋪設平整牢靠，兩端用L50×5角鋼連接，槽鋼上表面應水平。槽鋼上鋪設δ12mm的鋼板，鋼板間距為500mm，采用定位焊連接，鋼板的上表面保持水平（用水平儀找正），平臺平面度允許偏差不大于3mm，水平度允許偏差不大于5mm。

3.4 組對技術要求及操作要點

3.4.1 球形封頭的組對

封頭采用由成形的瓣片和頂圓板拼接制成。頂圓板和瓣片均采用冷壓成形，冷壓成形的頂圓板和瓣片應按排版圖進行預組裝，組對焊接應在找平的剛性平臺上進行，以保證圓度及端面不平度。組對封頭時，應保證封頭不相交的拼焊焊縫中心線間距離不小于100mm，并且焊縫方向只允許是徑向和環(huán)向的。

3.4.2 錐體組對

錐形封頭的大端由成形的瓣片拼接焊制成形時，拼焊焊縫方向只允許是徑向焊縫，其拼焊焊縫中心線間距離不小于100mm。成形后的錐形封頭還應檢查厚度，其最小厚度不得小于名義厚度減去鋼板厚度的負偏差(0.25mm)。

錐體采用倒裝法組對，先組對過渡段與中段錐體，再組對下錐體。全部組焊檢驗合格后，與裙座組焊。因過渡段為鍛造后機械加工，因此與之相連的筒體均應以過渡段端口周長為組對依據(jù)，并留出適當?shù)暮缚p收縮量才能保證該處環(huán)縫的對口錯邊量不超標。

封頭與筒體的組裝應嚴格按排版圖進行。筒體組裝時，其筒節(jié)長度應不小于300mm。組裝時，相鄰筒節(jié)A類接頭焊縫中心線間外圓弧長以及封頭A類接頭焊縫中心線與相鄰筒節(jié)A類接頭焊縫中心線間外圓弧長應不小于100mm。

復合鋼板14Cr1MoR+0Cr13段和14Cr1MoR鋼板段的A類焊接接頭對口錯邊量和B類焊接接頭對口錯邊量允許偏差（見表 2）。

復合鋼板組對應以復層為基準，焊縫處的復層對口錯邊量不得大于復層厚度的50%，且不大于1mm，錯邊修整后斜度至少應為3:1。焊接接頭檢查（見圖1），并符合下列要求：

（1）A類焊接接頭處形成的環(huán)向棱角E，其E值不得大于（δn/10+2）mm，且不大于5mm；

（2）B類焊接接頭處形成的軸向棱角E其E值不得大于（δn/10+2）mm，且不大于4mm。

表2 接接頭對口錯邊量允許偏差一覽表

筒體組對過程中，應使用工裝胎具，并嚴禁強力組裝，以避免機械損傷。工卡具、吊耳、引弧板等用14Cr1MoR材料統(tǒng)一設置，減少對母材的損傷。所有工卡具等拆除后，母材補焊后須打磨平滑，以進行磁粉或著色檢測。施工過程中應嚴格控制焦炭塔的制造安裝高度，筒體直線度檢查應通過測量筒體上相隔90°的四條母線來測量，即沿圓周0°、90°、180°、270°四個部位拉φ0.5mm的細鋼絲測量。測量位置離A類接頭焊縫中心線（不含球形封頭與圓筒連接以及嵌入式接管與殼體對接連接的接頭）的距離不小于100mm。當殼體厚度不同時，計算直線度時應減去厚度差。

制造中應避免鋼材表面的機械損傷。對于尖銳傷痕應予修磨，修磨范圍的斜度至少為1:3。修磨的深度應不大于該部位鋼材厚度的5%，且不大于2mm，所剩壁厚不得小于設計最小厚度，否則應予焊補。

對不同小流域生態(tài)工程進行滿意度調(diào)查，可以最大限度地得到整個工程對當?shù)鼐用竦挠绊懗潭?，從而對該工程進行全面評價。

對于復合鋼板的成形件，其修磨的深度應不大于該部位鋼材復層厚度的3%，且不大于0.1mm，所剩壁厚不得小于設計最小厚度，否則應予焊補。復合鋼板在加工過程中應防止復層表面的劃傷，并應注意加工器械造成的鐵污染。曾用于碳鋼件的砂輪等工具，不得用于復合鋼板的復層。

3.4.2 裙座組對

焦炭塔的裙座筒體分成3段，上段高度為485mm與鍛件為一體，材質(zhì)為14Cr1Mo；中段高度為2165mm，材質(zhì)為：14Cr1MoR；下段高度約為900mm ，材質(zhì)為：20R。裙座部分的組裝時，先把裙座筒體中段與錐體過渡段組焊，但必須保證與錐體過渡段的焊縫內(nèi)表面圓滑；裙座筒體下段先與裙座底座圈組焊，組焊完后再與裙座上段進行組焊。

裙座筒體上段與錐體過渡段焊接時，應先測量過渡段實際周長后，按照該尺寸進行裙座筒體的組對。焊縫應嚴格按圖紙要求，并保證全焊透。焊接完畢，焊縫外側均應打磨圓滑。裙座的底座圈、底板上地腳螺栓通孔應跨中均布，中心圓直徑允差、相鄰兩孔弦長允差和任意兩孔弦長允差均不得大于2mm。裙座筒體上段應與下段組焊焊縫以電加熱方式進行局部熱處理后，與錐形封頭一起進行組焊成段。

3.5 焊接工藝技術要點及質(zhì)量控制

3.5.1 確定坡口

施焊前應制定切實可行的焊接工藝，并根據(jù)施工方法確定坡口。坡口基本采用不對稱“X”型坡口；與過渡段焊接處采用的是“V”型坡口；埋弧橫焊的坡口為“K”型坡口。焦炭塔焊接選用的焊接方法、焊接材料及焊接工藝評定（見表3）。

3.5.2 缺陷的控制

作為低合金耐熱鋼，焊接時極易產(chǎn)生冷裂紋、延遲裂紋的缺陷。為防止該缺陷的出現(xiàn)，焊接時應采取預熱、后熱的措施。同時，焊接時要對稱施焊，保持收縮均勻，避免應力集中。

3.5.3 封頭、筒體縱縫、錐體及分段連接處的焊接

封頭、筒體縱縫、錐體及分段連接處均采用手工電弧焊的焊接方法，過渡段與裙座連接部位采用氬弧焊打底手工焊填充蓋面的焊接方式。筒體在組對平臺上組對成段時的焊縫采用埋弧橫焊焊接外側環(huán)縫，手工焊焊接內(nèi)側的焊接方式。焊接工藝參數(shù)（見表 4）。

表4 焊接工藝參數(shù)

3.5.4 裙座焊接

裙座縱縫焊接時，應對稱施焊。每條焊縫的焊接采取等長兩段退焊，分段不易太多。焦炭塔裙座底座環(huán)的厚度比較厚，一般為40mm。如裙座焊接工藝不當，則產(chǎn)生的變形將不能修復。在裙座焊接時，采取先焊接裙座正面外圓100mm，焊完打磨平無損檢測合格后，組對群座帶板與底座環(huán)并點焊牢；然后同時焊接裙座與底座環(huán)的角焊縫；角焊縫焊接完畢后，將裙座支撐起來，仰焊底座環(huán)背面的對接焊縫。最后焊接剩余的底座環(huán)正面焊縫。焊接順序（見圖3）。

3.5.5 埋弧橫焊的焊接操作要點

埋弧焊坡口切割應打磨均勻，焊縫組對間隙要保持均勻并在間隙允許偏差范圍內(nèi)。焊接時應嚴格控制焊接參數(shù)，嚴格按照工藝評定的要求進行分層分道焊接，層間溫度不得超過預熱溫度，嚴格控制線能量，焊接采取對稱焊接，避免焊接應力的產(chǎn)生。焊接順序為先以埋弧焊焊接外側，手工焊焊接內(nèi)側時，埋弧焊側應以電加熱方式進行保溫緩冷。

3.5.6 復合鋼板焊接操作要點

復合鋼板焊接時，應先焊基層后焊過渡層，最后焊復層。復合鋼板復層的焊接，應在基層焊接完畢，對基層焊縫表面打磨平滑、清掃干凈,并經(jīng)磁粉檢測合格后方能進行過渡層和復層的堆焊焊接。焊接過程中嚴防用錯焊條，同時對復層進行保護，清理干凈落在復層面上的飛濺物。焊接過渡層時，為減少母材對過渡層焊材熔敷金屬合金元素的稀釋，嚴格按照焊接工藝規(guī)程規(guī)定的參數(shù)進行焊接。復層側的基層焊縫焊接時，基層焊縫金屬的高度宜低于貼合層1.5～2.5mm，過渡層高度應低于復層表面0.5～1.5mm。

3.5.7 預熱控制

14Cr1MoR鋼板及14Cr1MoR復合鋼板基層在焊接過程中，所有焊縫的焊縫坡口及兩側100mm 范圍內(nèi)焊前應采用電加熱方式進行預熱，在焊接過程中要嚴格控制預熱溫度，每條焊縫要連續(xù)焊完。母材應始終維持不低于預熱溫度（160℃～200℃），且不高于允許的最高層間溫度250℃。在焊接過程中，預熱范圍為坡口兩邊不小于150mm處并應均勻加熱，在焊接過程中，如某種原因需間斷焊接工作時，應以電加熱方式維持焊縫坡口及兩側150mm 范圍內(nèi)處于預熱溫度下，直至焊接工作重新開始。當中斷焊接工作而不能維持預熱溫度時，必須進行消氫處理后方可停止焊接工作，重新焊接時應先進行預熱。焦炭塔的施工地點在青島，屬多雨多風地帶，要制作防雨棚，嚴格做好防風防雨措施。

4 結束語

綜上所述，對于焦炭塔的施工，針對施工現(xiàn)場制作場地狹小的特點，應根據(jù)焦炭塔的結構和材質(zhì)特點，采取預制平臺上倒裝法組對成段，分段吊裝到設備平臺上正裝法組焊成整體，有效地控制塔體整體尺寸。在設備環(huán)縫焊接中首次采取了埋弧橫焊的焊接工藝，大幅度的提高了施工效率。過渡段與裙座連接處首次采用了氬弧焊單面焊雙面成型的工藝，保證了焊接質(zhì)量。

TE682

B

1672-9323（2012）02-0057-04

2011-12-11）