陳海峰周印梅 郝曉東 王競雷

（山西陽煤化工機械有限公司)

反應(yīng)器現(xiàn)場施工技術(shù)方案

陳海峰*周印梅 郝曉東 王競雷

（山西陽煤化工機械有限公司)

某大型反應(yīng)器是70萬t/a煤制烯烴項目聚乙烯裝置上的核心設(shè)備。詳細介紹了該反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)及其現(xiàn)場組裝焊接工藝，分析了現(xiàn)場裝焊的難點，有針對性地提出了解決難點的特殊工藝方案，并記錄了實際制造經(jīng)驗數(shù)據(jù)，這對于類似設(shè)備的現(xiàn)場裝焊有著重要的參考價值。

反應(yīng)器 制造工藝 現(xiàn)場裝焊 熱處理 水壓試驗 焊接

1 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)

本文所述的反應(yīng)器是PE（聚乙烯）裝置中的核心設(shè)備，稱之為PE反應(yīng)器。該反應(yīng)器的工作原理是將精制后的乙烯（C2H4）、氫（H2）、氮氣（N2）、丁烯-1（C4H8）、己烯-1（C6H12）在催化劑的作用下生成聚乙烯粉料，并通過自動卸料程序自動卸料。該PE反應(yīng)器的主要技術(shù)參數(shù)見表1，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，為裙座支撐式的大直徑厚壁圓筒結(jié)構(gòu)。該反應(yīng)器因結(jié)構(gòu)及運輸?shù)脑颍缮轿麝柮夯C械有限公司采取現(xiàn)場裝焊方式安裝?，F(xiàn)場裝焊前制定了詳細的現(xiàn)場施工方案，本文將進行詳細介紹。

2 現(xiàn)場工作量及難點分析

2.1 各部件運輸情況介紹

（1）裙座筒體分六節(jié)卷制成形，筒體從下起第一節(jié)、第二節(jié)組焊成第一段，第三節(jié)與第四節(jié)組焊成第二段，第六節(jié)包括下封頭組件組焊為第三段，第五節(jié)筒體為單體。筒體在其內(nèi)部采用“井”字形鋼架支撐加強后立式運輸。整臺設(shè)備在現(xiàn)場組焊完成。

表1 反應(yīng)器主要技術(shù)參數(shù)

圖1 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)

（2）上球形封頭分12瓣壓制，直接發(fā)往用戶現(xiàn)場組焊。

（3）下球形封頭球殼板分8瓣壓制，在陽煤公司內(nèi)組焊成形，與第六節(jié)裙座筒體組對后發(fā)往現(xiàn)場。

（4）變徑段分四節(jié)壓制成形，1#變徑段分4瓣成形，2#、3#、4#變徑段各分3瓣成形，預(yù)組裝合格后做好標(biāo)記，按瓣片形式運至現(xiàn)場。

（5）筒體Ⅰ、Ⅲ在廠內(nèi)卷制，立式運輸。

（6）筒體Ⅱ分四節(jié)卷制，組焊成形。每節(jié)分別立式運輸。

（7）分布板在廠內(nèi)制作成形，整體運輸。

（8）基礎(chǔ)環(huán)在廠內(nèi)制作成形，分兩瓣運輸至現(xiàn)場。

（9）鍛管法蘭組件除下封頭接管在公司內(nèi)裝焊外，其余在現(xiàn)場與設(shè)備組焊。

2.2 現(xiàn)場工作量

現(xiàn)場施工的工作量包括反應(yīng)器裙座筒體組對焊接、設(shè)備下段筒體組對焊接及檢測、下段設(shè)備整體熱處理、分布板裝配、設(shè)備上段錐段裝焊及檢測、上球形封頭裝焊及檢測、設(shè)備上段熱處理、設(shè)備水壓試驗、設(shè)備防腐處理等。

2.3 難點分析

（1）由于反應(yīng)器設(shè)備直徑及壁厚較大，現(xiàn)場分段裝焊以及熱處理實施的難度均較大，現(xiàn)場檢測工作量也較大；另外，施工時正面臨冬季，戶外作業(yè)困難重重。

（2）分布板外徑與筒體內(nèi)徑之差僅有19 mm左右，裝配行程高度約14.5 m。設(shè)備下段現(xiàn)場熱處理完成后，從分段處（筒體Ⅲ上端）裝入分布板，裝配技術(shù)難度大。

3 現(xiàn)場施工

現(xiàn)場施工前應(yīng)進行場地檢查、基礎(chǔ)驗收、平臺搭設(shè)、工具及工裝檢查、墊鐵安裝，并對到場的零部件按要求驗收合格。其中上下封頭球殼板按球形儲罐標(biāo)準(zhǔn)[1-3]要求進行現(xiàn)場復(fù)驗，確保符合設(shè)計圖樣要求。根據(jù)現(xiàn)行壓力容器法規(guī)、規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)[4-6]，制定設(shè)備現(xiàn)場裝焊工藝流程，詳見圖2。

3.1 上封頭組對及焊接

上封頭所用的球殼板是由外協(xié)單位分12瓣壓制成形的，由我公司在現(xiàn)場進行組對裝焊?？紤]到分瓣裝焊的難度，我們準(zhǔn)備了組對胎具工裝，詳見圖3。上球形封頭組對和焊接要求規(guī)定如下所述。

（1）球形封頭組裝時應(yīng)對每塊球殼板和焊縫進行編號。球殼板的編號宜沿球形封頭0°→90°→180°→270°→0°進行編排，編排號為1的球殼板宜放在0°位置上或緊靠0°向90°方向偏轉(zhuǎn)的位置上，并應(yīng)標(biāo)出球殼板標(biāo)號和焊縫編號。

（2）球形封頭組裝時，可采用工卡具調(diào)整球殼組對間隙和錯邊量，不得進行強力組裝。

（3）球殼組對間隙、錯邊量和棱角應(yīng)符合下列規(guī)定：利用定位塊和組裝胎具，通過其上的圓錐銷和斜鐵分別對錯變量和組對間隙進行調(diào)整，要求分片對口間隙2～3 mm，分片對口錯變量≤3 mm，封頭口面圓度允許偏差≤25 mm，直徑允許偏差為±3 mm，高度允許偏差為2.5 mm，棱角度≤3 mm。

圖2 設(shè)備現(xiàn)場裝焊工藝流程

圖3 上球形封頭組對用胎具

（4）考慮到上封頭是由12片球殼板加1塊極蓋板組成的，為減少焊接變形及焊接殘余應(yīng)力，采取先由12名焊工在12條縱縫上分別向同一方向焊接，再由4名焊工均布在四個位置向同一方向焊接極蓋板的環(huán)縫。

3.2 變徑段組對焊接

3.2.1 組裝順序

（1）在平臺上分別組對2#、3#變徑段，各自組對完成后將兩變徑段組焊成整體。

（2）4#變徑段與筒體Ⅲ在平臺上組對完成。

（3）組對1#變徑段完成后，將其與上球形封頭組件進行組對、焊接、檢測，裝焊接管法蘭組件后與設(shè)備組對。

3.2.2 焊接順序

考慮到錐體是由4片或3片瓣片組成的，為減少焊接變形和焊接殘余應(yīng)力，采取先由3名或6名焊工在每條縱縫上分別向同一方向焊接，再由4名焊工均布在四個位置向同一方向焊接兩段錐體間環(huán)縫的方法。

3.2.3 技術(shù)要求

各節(jié)錐段上下口圓度允許偏差≤15 mm，錐段縱縫對口錯邊量≤5.7 mm，環(huán)縫對口錯邊量≤8 mm，縱、環(huán)縫棱角度均≤5 mm。

3.3 塔體各段的空中組對

組裝前先在基礎(chǔ)面上畫好安裝基準(zhǔn)線，并用油漆作好0°、90°、180°和270°的標(biāo)記。

3.3.1 底段塔體的吊裝控制

（1）底段塔體吊裝前在每個地腳螺栓的兩側(cè)各預(yù)先擺放好一組墊鐵。墊鐵的高度應(yīng)能保證設(shè)備安裝后基礎(chǔ)環(huán)底面標(biāo)高與基礎(chǔ)上的標(biāo)高基準(zhǔn)線的距離要求。

（2）塔體吊起后，以基礎(chǔ)上的中心線為基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)塔體，直到塔體上的0°、90°、180°和270°方向標(biāo)記和基礎(chǔ)上的中心線一致，然后使塔底座環(huán)上的地腳螺栓孔對準(zhǔn)基礎(chǔ)地腳螺栓，慢慢放下塔體。

（3）以塔體中心線為基準(zhǔn)線，利用經(jīng)緯儀測定四個方向的上下兩點，并通過調(diào)整墊鐵使底段塔體的垂直度小于其長度的1/1000。

（4）塔體找正與找平后，擰緊地腳螺栓的螺母，固定塔體。

3.3.2 上部筒節(jié)、錐體吊裝控制

（1）組對時，先在下段筒體的上口內(nèi)側(cè)每隔1000 mm焊一塊定位板，然后再吊裝筒體。

（2）塔體吊裝到位后，要注意上、下段的0°、90°、180°和270°方向標(biāo)記，調(diào)節(jié)其四條方位母線，使其對正，且偏差小于5 mm；再用調(diào)節(jié)絲杠和間隙片調(diào)整其上下段的間隙基本一致后，利用卡子、斜尖調(diào)整錯邊量≤6.5 mm，符合要求后方可點焊。

（3）用經(jīng)緯儀測量塔體鉛垂度，設(shè)備整體安裝垂直度不得大于30 mm，合格后才可進行定位焊接。點焊要求點50 mm跳200 mm，點焊時的工藝與正式焊工藝相同。點焊牢固后，方可松開吊車，進行焊接。焊接后，環(huán)縫棱角度應(yīng)≤5 mm。

（4）自下而上依次將每段中各個筒節(jié)組對完，將各個控制參數(shù)控制在允許偏差范圍內(nèi)。

（5）每段組對完成前后必須認(rèn)真測量總長度、底端標(biāo)高、頂端標(biāo)高以及端口外形尺寸等數(shù)據(jù)，以作為下一段安裝的依據(jù)，以便及時消除焊接收縮等引起的偏差。

（6）設(shè)備安裝完成后，采用經(jīng)緯儀測量設(shè)備整體的垂直度，垂直度應(yīng)≤30 mm。然后再次調(diào)整墊鐵，緊固螺栓，進行二次灌漿。

3.4 設(shè)備整體組裝及技術(shù)要求

3.4.1 整體組裝步驟

設(shè)備的整體組裝步驟按工藝流程進行。

（1）利用吊車將裙座及下封頭組件就位，并依次立式逐節(jié)裝焊筒體Ⅰ、筒體Ⅱ。組對過程中利用絲杠調(diào)整組對間隙，用卡子、銷子調(diào)整錯邊量，直線度和垂直度采用經(jīng)緯儀測量。

（2）按裝配圖上的尺寸及方位圖位置復(fù)查筒體上各管口位置線，檢查合格后組對各接管。

（3）下段熱處理完成并檢測復(fù)驗合格后，先將環(huán)形錐導(dǎo)流板裝入下封頭，再裝入分布板，并組焊分布板擋環(huán)等。分布板裝配采用160 t汽吊，用吊環(huán)作為吊具。起吊過程中應(yīng)注意速度均勻，并保持平穩(wěn)，與設(shè)備對正后緩慢放入。

（4）筒體Ⅲ及件號4#變徑段組焊為一體，檢測合格后起吊，再按要求與下段進行組對。

（5）2#變徑段與3#變徑段組焊為一體，檢測合格后起吊，再按要求與下段進行組對。

（6）上部球形封頭及1#變徑段裝焊成一體并裝焊接管法蘭組件，檢測合格后起吊，再按要求與下部設(shè)備進行組對。

（7）設(shè)備組對焊縫應(yīng)按工藝要求檢測合格。

（8）設(shè)備上、下段采用保溫棉隔離后，對上段進行消除應(yīng)力熱處理。

3.4.2 設(shè)備裝配技術(shù)要求

（1）反應(yīng)器筒體任意3000 mm長圓筒直線度偏差為3 mm；圓筒段直線度偏差為16.7 mm；設(shè)備本體安裝垂直度公差為30 mm。

（2）接管伸出高度偏差為±2.5 mm；接管標(biāo)高偏差為±5 mm，人孔標(biāo)高偏差為±10 mm。

（3）分布板安裝后，其上下表面的最終水平度不大于12.7 mm。

3.5 焊接

現(xiàn)場焊接由具有相應(yīng)資格的焊工擔(dān)任，且應(yīng)按照經(jīng)焊接工藝評定合格的焊接工藝進行焊接。

3.5.1 焊接規(guī)范參數(shù)

現(xiàn)場組對的B類焊接接頭手工焊進行定位點焊后，內(nèi)外面采用雙面縫埋弧自動焊；現(xiàn)場球殼板的拼接接頭、變徑段的拼接接頭、接管與設(shè)備的焊接接頭采用手工焊施焊。焊接接頭形式[7]和焊接參數(shù)分別詳見圖4和表2。

圖4 焊接接頭形式

表2 焊接參數(shù)

3.5.2 焊接技術(shù)要點

（1）焊接引弧應(yīng)在坡口內(nèi)進行，每層焊道引弧點依次錯開80～100 mm以上，宜采用后退引弧法，熄弧時應(yīng)填滿弧坑。如有弧坑缺陷，應(yīng)用砂輪機清除。在焊接過程中，每條焊縫宜一次連續(xù)焊完，如因故中斷，應(yīng)采取保溫緩冷的辦法防止裂紋產(chǎn)生。重新開始焊接前應(yīng)仔細檢查確認(rèn)無裂紋，并應(yīng)按原工藝進行預(yù)熱。多道焊或多層焊時，應(yīng)注意道間和層間清理，將焊縫表面熔渣、有害氧化物、油脂、銹跡等清除干凈后再繼續(xù)施焊。內(nèi)外焊接時，盡量采用對稱施焊，每側(cè)應(yīng)連續(xù)焊滿坡口深度的2/3以上，清根后再焊接另一側(cè)。

（2）焊后采用碳弧氣刨清根并用砂輪機修磨，必須將定位焊的熔敷金屬層清除干凈，清根后的坡口寬度保持一致。焊縫在清根完成后進行根部磁粉檢測，根部焊道要求無裂紋、夾渣、氣孔，合格后進行焊接。

（3）冬季施焊時，焊后為阻止溫度快速下降、熱量快速散失,特別是防止邊緣區(qū)域冷卻較焊縫中部冷卻過快的現(xiàn)象，最有效最直接的方法是加蓋保溫性能好、耐高溫的保溫棉，其厚度為4～8 cm，以阻止空氣流通,使其緩慢冷卻,達到常溫后方可除去保溫措施。

（4）Q345R板材定位焊或正式焊接前應(yīng)采用履帶式加熱器在內(nèi)外側(cè)進行預(yù)熱，兩側(cè)采用保溫棉進行保溫，預(yù)熱溫度≥100℃、層間溫度100～250℃。焊后應(yīng)立即采取加熱300～350℃、保溫1 h的消氫處理，并保溫緩冷。

3.6 無損檢測

（1）A、B類焊接接頭清根后應(yīng)進行磁粉檢測（干磁粉）；厚度為76 mm和92 mm的焊接接頭應(yīng)增加中間100%UT檢測，符合JB/T 4730.3—2005標(biāo)準(zhǔn)I級合格。

（2）反應(yīng)器現(xiàn)場的A、B類焊接接頭進行TOFD檢測，JB/T 4730.10—2005標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ級合格。

（3）對所有受壓元件之間的焊接接頭、受壓元件與非受壓元件之間的焊接接頭以及裙座與下封頭之間的焊接接頭均需按JB/T 4730—2005《承壓設(shè)備無損檢測》進行100%的磁粉檢測或滲透檢測，Ⅰ級合格。

（4）反應(yīng)器的A、B類焊接接頭在熱處理后按JB/T 4730.3—2005《承壓設(shè)備無損檢測第3部分：超聲檢測》B級技術(shù)進行100%的超聲波復(fù)驗，Ⅰ級合格。

（5）水壓試驗合格后，所有焊接接頭表面均按JB/T 4730.4—2005《承壓設(shè)備無損檢測第4部分：磁粉檢測》進行100%的磁粉檢測，Ⅰ級合格。

3.7 現(xiàn)場熱處理

反應(yīng)器采用筒體立置內(nèi)部燃油法對上、下段分別進行消除應(yīng)力熱處理。裙座筒體(包括下封頭)組件、筒體Ⅰ、筒體Ⅱ裝焊后進行下段熱處理，裝配分布板等內(nèi)件后再裝焊筒體Ⅲ、變徑段、上封頭組件，在筒體Ⅲ內(nèi)部中段處采用保溫棉隔離后進行設(shè)備上段消除應(yīng)力熱處理。表3所示為熱處理工藝參數(shù)。

3.8 水壓試驗

全部檢查合格后，以3.78 MPa的壓力進行立式水壓試驗。水壓試驗采用潔凈水，水溫不得低于5℃。試壓時反應(yīng)器頂部應(yīng)設(shè)排氣孔，充液時應(yīng)將反應(yīng)器內(nèi)的空氣排凈。試驗前，應(yīng)保證反應(yīng)器外表面干燥；水壓試驗完畢后，應(yīng)將水排凈，用壓縮空氣將反應(yīng)器內(nèi)部吹干。

表3 熱處理工藝參數(shù)

4 結(jié)束語

通過嚴(yán)格執(zhí)行上述工藝及現(xiàn)場裝焊要求，該設(shè)備于2014年初在蒲城現(xiàn)場裝焊完畢，并順利通過惠生工程蒲城項目部、用戶及國外相關(guān)單位的檢驗檢測，一致認(rèn)為該項工程質(zhì)量達到優(yōu)良。PE反應(yīng)器的現(xiàn)場成功裝焊，為我公司積累了現(xiàn)場裝焊大型設(shè)備的寶貴經(jīng)驗，也為同行進行該類設(shè)備的裝焊提供了參考。

參考標(biāo)準(zhǔn)

[1]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 12337—1998鋼制球形儲罐[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50094—2010球形儲罐施工規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2010.

[3]中華人民共和國工業(yè)和信息化部.SH/T 3512-2011石油化工球形儲罐施工技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國石化出版社，2011.

[4]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.TSG R0004—2009固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].北京：新華出版社，2009.

[5]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 150—2011壓力容器[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[6]國家發(fā)展和改革委員會.JB/T 4710—2005鋼制塔式容器[S].北京：新華出版社，2005.

[7]國家能源局.NB/T 47015—2011壓力容器焊接規(guī)程[S].北京：新華出版社，2011.

Technical Proposal for Site Operation of the Reactor

Chen Haifeng Zhou Yinmei Hao Xiaodong Wang Jinglei

The large reactor is the core equipment in the polyethylene unit of a 700 000 t/a coal to olefins project.Introduces the structure and field assembly welding process of the reactor in detail and analyzes the welding difficulties.Puts forward special processing plans to solve the difficulties and records the experience data of actual manufacturing,which can provide references for field assembly welding of similar equipments.

Reactor;Manufacturing technique;Field assembly welding;Heat treatment;Hydrostatic test; Welding

TQ 052.5

2014-08-31）

*陳海峰，男，1973年生，工程師。太原市，030032。