梁飛艷

摘要：本文介紹了鋯鋼復(fù)合板反應(yīng)器研制過程中的一些關(guān)鍵工藝措施和質(zhì)量控制要點，以此保證設(shè)備的加工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：鋯鋼復(fù)合板;醋酸反應(yīng)器;制造工藝;可靠性

引言

在掌握先進的甲醇羰基化法合成醋酸、醋酐工藝技術(shù)之后，伴隨天然氣和新型煤化工的蓬勃發(fā)展，醋酸、醋酐已成為近年來有機原料的投資熱點。國內(nèi)多個天然氣或煤化工基地都以碳化學作為重要的產(chǎn)業(yè)鏈，新建或擴建了多套醋酸、醋酐項目。在這些項目的生產(chǎn)工藝過程中，鋯材耐腐性方面占有優(yōu)勢，但鋯材相對昂貴，鋯鋼復(fù)合板比較經(jīng)濟，鋯鋼復(fù)合板設(shè)備將會占有較大的比重。

1.鋯的化學成分性能

容器中常用的鋯材有： 鋯R700 、鋯R702 、鋯 R705 ，其化學成分及力學性能見表 1

表 1?? 常用鋯材化學成分及力學性能

2.鋯鋼復(fù)合板特性

鋯，鋼復(fù)合板爆炸成形結(jié)合區(qū)通常是基、復(fù)板之間的成分、組織和性能的過渡區(qū)，具有金屬的塑性變形、熔化、擴散和波形的明顯特征。過渡區(qū)一般在0.01—1ITI/n范圍，其組織和性能直接與復(fù)合工藝有關(guān)，也直接影響基、復(fù)板之間的結(jié)合強度和使用性能。正確的復(fù)合參數(shù)可以控制波形狀態(tài)，避免或最小程度產(chǎn)生連續(xù)的熔化層和金屬間化合物，高質(zhì)量的鋯鋼復(fù)合板結(jié)合界面。

由于爆炸復(fù)合過程極短，當爆炸載荷作用后，除了結(jié)合區(qū)有一定程度的硬化和強化外，鋯復(fù)板和鋼基板的原有化學成分、力學性能、耐蝕性能均不發(fā)生變化。成形復(fù)合板經(jīng)過消除應(yīng)力熱處理，適當恢復(fù)延伸率，完全可承受容器制造所需的校平、卷筒、切割、焊接、沖壓等后續(xù)加工。試驗表明：采用中等強度的容器用鋼和鋯組合，可獲得良好的復(fù)合質(zhì)量。但隨著鋼基板強度提高或鋯復(fù)板厚度增加（>10mm），復(fù)合難度相應(yīng)加大，此時即使復(fù)層選用低氧鋯（氧含量不超過1000mg·L），從工藝角度仍很難實現(xiàn)復(fù)合質(zhì)量穩(wěn)定、綜合性能達標要求。因此高質(zhì)量的鋯鋼復(fù)合都采取在兩者間增加復(fù)合一層厚度為2—3m的純鈦板作為過渡層。至于純鈦和鋼的復(fù)合，已掌握的成熟工藝可充分保證復(fù)合質(zhì)量。

3.鋯鋼復(fù)合板的焊接接頭形式

3.1鋯鋼復(fù)合板對接接頭

因鋯與鋼不相溶性，使用墊板結(jié)構(gòu)將復(fù)層構(gòu)件結(jié)合起來。在焊接鋼板之前，需要在焊接區(qū)域?qū)?fù)層的鈦鋯去除。鋼基層焊接完成后，再采用墊板來填充復(fù)層空缺部分。墊板的作用是在蓋板里面提供機械支撐，以便抵擋內(nèi)部介質(zhì)造成的壓力。去除復(fù)層后會在耐蝕襯里中引起缺口或空隙，必須采用蓋板與復(fù)層金屬焊接起來。必須在基層上鉆Φ6的通氣孔，以便為蓋板焊縫的背面提供氬氣進行保護。同時，也作為裝置生產(chǎn)過程中的檢漏系統(tǒng)。

3.2鋯鋼復(fù)合板角接接頭

先焊接襯管與襯環(huán)，加工襯環(huán)密封面，再焊接襯管與蓋板或復(fù)層。 右為接管插入筒體內(nèi)，鋼面焊接時不影響復(fù)層，復(fù)層須剔邊10-15mm寬 ，剔邊處填鈦板，鈦板下面加焊一層寬約50mm鋯蓋板，襯管與蓋板，蓋板與復(fù)層焊接成型。

4.鋯鋼復(fù)合板的焊接工藝及熱處理

4.1基層鋼的焊接

鋯鋼復(fù)合板接頭的焊接次序是先焊基層鋼，一般選用自動埋弧焊接，基層鋼焊接時線能量不宜太大，過大的線能量會使鋯復(fù)層因溫度過熱發(fā)生氧化，或產(chǎn)生復(fù)合板界面結(jié)合強度下降和界面剝離等問題。同時，要避免電弧焊的飛濺造成鋯復(fù)層污染，所以基層鋼焊接時第一道焊縫應(yīng)用單面焊，雙面成形，以避免在鋯復(fù)層進行手工電弧焊。待鋼焊縫的外觀符合要求，并且射線拍片質(zhì)量檢驗合格后，才開始焊接鋯復(fù)層。

4.2鋯復(fù)層的焊接

鋯設(shè)備的焊接和裝配應(yīng)在相對封閉的工作車間或相對隔離區(qū)域，與其它材料的制造車間分開，保持清潔，且空氣中無鐵，不允許采用鐵質(zhì)工具。

在鋯焊接前，應(yīng)用試驗方法來證明空氣中不含鐵。用二氮雜菲（C12H8N2）試驗方法來檢驗。

從事鋯容器加工工作的操作者應(yīng)穿戴適宜的不會造成鐵離子污染點防護衣和鞋套，專用的防護衣和鞋套應(yīng)隔離放置并保存在鋯制造區(qū)域邊的房中。

4.3復(fù)層焊接質(zhì)量控制

嚴格控制焊縫中氧、氫、氮等有害雜質(zhì)含量也是確保鋯焊縫質(zhì)量的又一重要措施，主要從以下幾方面入手：①母材和焊絲中的雜質(zhì)含量控制在允許范圍之內(nèi);②焊前仔細清理工件、填條、焊絲的表面，防止污染物質(zhì)在焊接過程中進入;③焊接過程中氣體保護措施要嚴格，焊縫正面采用噴嘴加拖曳保護罩，焊縫背面采用通氣孔通入氬氣保護。焊接完畢，可以通過外觀檢驗，觀察焊縫區(qū)域的顏色來確定鋯焊接區(qū)域被氧化的程度，以初步確定焊接接頭質(zhì)量是否合格。銀白色表示保護良好;淺黃色、深黃色、淡藍色表明焊縫已被氧化，需要用不銹鋼絲刷清除表面;深藍色、藍灰色、灰色、白色表示焊縫被強烈氧化，需打磨并修補。

4.4設(shè)備熱處理

由于反應(yīng)器在焊后的殘余應(yīng)力較大，在特定的使用介質(zhì)中容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕，一般鋯鋼復(fù)合板容器通常在鋯壓條焊接完畢后進行熱處理。復(fù)合板容器的熱處理工藝及溫度的選擇依據(jù)基層鋼板熱處理工藝進行。

4.5表面處理與檢驗鐵污染的清理

鋯容器的表面若有鐵和碳化物顆粒存在，易產(chǎn)生點腐蝕，在制造過程中，如果鋯及有色金屬表面（包括內(nèi)表面）被鐵離子污染，可采用如下方法中一種方法進行徹底清理。

a ） 用氧化鋁或石英砂（必須不含鐵質(zhì)）進行噴砂處理;

b ） 用粘有不含鐵質(zhì)磨料的布拋輪拋磨;

c ） 用不含鐵質(zhì)的砂紙砂布打磨;

d ） 用含3-5%氫氟酸和不小于30-50%的硝酸（均以容積計）的水溶液進行酸洗，時間2-5分鐘，然后用潔凈水沖洗干凈;

e ） 機械加工;

再采用鐵氰化鉀溶液法對鋯表面及焊縫進行鐵離子污染試驗，時間不超過15S 。

5.結(jié)束語

綜上所述，鋯鋼復(fù)合板反應(yīng)器制造過程中，關(guān)鍵工藝措施和質(zhì)量控制要點的實踐結(jié)果表明，由于工藝措施得當，各工序環(huán)節(jié)嚴格執(zhí)行規(guī)范要求，因此保證了該反應(yīng)器制造質(zhì)量。近年來，通過科研單位、使用單位與壓力容器制造廠商的共同努力，在鋯鋼復(fù)合板醋酸反應(yīng)器的國產(chǎn)化方面做了大量的工作，無論在制造理念、制造工藝以及制造技術(shù)等諸方面均取得了長足進步。

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