超大型压力容器的现场组焊技术初探.doc

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资源描述

1、超大型压力容器的现场组焊技术初探【摘 要】:随着我国工业现代化的快速发展,压力容器逐渐向大型、超大型化发展,由于超大型化势必带来制造和运输过程中出现诸多困难, 造成制造成本增加。只有采用现场组焊或制造技术,才能降低制造成本。本文重点介绍了超大型压力容器的现场组焊技术,以供工程技术人员参考。 【关键词】:超大型压力容器; 现场组焊技术 中图分类号:TH49 文献标识码:A 文章编号: 前言 目前,随着化工行业的发展,压力容器逐渐向大型化、超大型化发展。由于运输和制造等诸多原因限制,大型、超大型设备只能采用现场组焊或现场制造。但造成了制造成本增加,施工条件差,对焊接、热处理和无损检测技术要求高,施

2、工难度大等问题。本文以某公司制造的超大型反应器为例,介绍了为降低生产成本,在现场组焊技术、质量控制及提高生产效率方面采取的有关措施。 1、反应器简介 该设备为板焊式结构。反应器本体由 18 节筒体、2 个封头、1 个裙座及 227 个接管、接缘组成。反应器主体材料为 15CrMoR+321 爆炸复合板,壁厚(94+3)mm,加强管材料为 15CrMo(III) ,内壁堆焊 347。主要技术参数:设计压力 3.5MPa;耐压试验压力 5.26MPa(立置) 、5.82(卧置) ;设计温度 300;最高/最低工作温度 280/240;工作介质为液体石蜡、水煤气等;全容积 1163m3;容器类别为类

3、。 该设备净重 7 2 0 吨, 总高 4 8 m , 内径 5800mm。由于设备组焊后超长、超高、超重,无法进行整体长途运输,在制造厂按 18 节筒体、上、下封头、接管(接缘) 、裙座预制后单独运到现场进行组焊,现场组焊成三大段进行整体消除应力热处理、安装内件后再立式组焊、对环焊缝局部消除应力热处理、最后立置试压。 2、焊接材料的选用 本设备基层主体材料为 15CrMoR,其力学性能及化学成分符合表 1、表 2 要求:根据表 1、表 2 要求,基层焊接材料选用:埋弧焊焊丝为H08CrMoA,焊剂为 SJ101,焊条为 R307B。根据设备运行的实际要求,经焊接工艺评定,过渡层焊条采用超低碳

4、不锈钢焊条 E309L-16,以提高过渡层熔敷金属的抗裂性,耐蚀层焊条采用 E347-16,除应满足焊材标准要求外,还对焊条熔敷金属的含碳量做了具体要求,即 C0.04%,同时要求热处理前耐蚀层熔敷金属的铁素体在 FN3FN8 之间,既提高了耐蚀层的抗裂性,同时也提高了对 H2S 的耐腐蚀性。 3、环缝及角焊缝坡口的设计 3.1 环缝坡口的设计 本设备环焊缝的焊接采用焊条电弧焊。从坡口加工周期、减小焊接填充量,缩短施焊周期等方面考虑,经计算及试验,最终选用如图 1 所示的坡口型式。实践证明,这种坡口形式,便于组对,节约焊材,焊接效率高,质量好,同时又能在焊接外侧焊缝的同时,实现内侧清根、焊接同

5、步进行,使每道焊缝的焊接节省约 2 天的时间,为整个工程的进度赢得了宝贵的时间。 3.2 角焊缝坡口的设计 通常情况下,设备本体与接管的坡口型式是一致的,这样做便于质量的控制,易于操作。鉴于本设备的特殊情况,即工期紧,任务急,本体上接管或接缘数量较多,并且分布在不同的方位上,若简单的设计成一种坡口型式,不能形成多工种、多人同时工作,满足不了工程进度的要求。制造过程中为方便交叉焊接作业,减小划线、开孔切割的时间,同时从减少焊材填充量等诸多方面的角度考虑,设备上所有接管(接缘)与筒体角焊缝的坡口采用如图 2、图 3 的两种型式。这种坡口形式,即保证了焊接质量,减小清根量,同时最大限度地发挥了焊工等

6、多个工种的协同工作能力,使人员的工作效率最大化。 4、现场制造前的施工准备 4.1 现场的选择 因整个工程施工场地比较紧张,而该台设备本身直径大,总体长度长,场地狭小会严重影响施工进度,在场地选择上,我们设计一条窄而长的场地,可以减小龙门吊车制造费用,同时满足反应器筒节、封头的卸车条件和场地内交叉作业。地面铺设碎砂石,解决了施工地区多土、多雨的不利因素。 4.2 机具设置 主要有六大方面:风管路的设置、窄间隙焊接防雨可移动机棚的设置、龙门吊车及线路的设置、防雨热处理炉的设置、电器柜的设置、射线现场透照防护措施的设置。因场地比较窄,整体机具设置要求做到:雨天施工,多而不乱,互不影响,施工方便。

7、5、现场装配及控制 5.1 环缝的组对及精度控制 该台设备环缝坡口形式单“U”型,采用窄间隙自动焊和手工电弧焊,板材为复合板,对组对要求较高,我们采用卧式组对,按要求分三段组焊,最终组对效果较好。各段数据见表 3。 5.2 接管及接缘的组对 因设备直径较大,放到组焊胎具上后,最高高度为 7 米多,对现场防护措施要求较高,且在罐顶上组对,工作效率低,占用时间长,雨季施工受影响,我们采用如下方案: 5.2.1 大接管采用外组对法; 5.2.2 接缘、小接管采用内组对法。 设备上大接管受重量限制必须采用外组对法,用吊车将接管吊至上部,调整高度及方位,达到满足图纸要求,因每次只能组对一个接管,造成大量

8、工作人员闲置,不能有效提高工作效率。鉴于以上考虑,设备上的小接管及接缘采用内组对法,这样的接管(接缘)的数量约占总数的 90%,采用这内组对方法的优点是可以保证多工种、多人次同时处于工作状态,避开外组对法依赖吊车的局限性,提高了组对效率,在实际焊接时可以使相隔 180的接管(接缘)同时处于焊接或清根状态,有效的提高了工作效率及焊接人员的上岗率,极大地缩短了施工周期,同时内组对时又可最大限度地保证工作人员的安全性。 6、现场焊接 6.1 环缝的焊接 本设备的制造现场多风、多雨,昼夜温差较大,而本台设备基层材质为 15CrMoR,对氢致冷裂纹敏感性较强,按焊接工艺规程,焊前预热温度为150,层间温

9、度控制在 150250之间,焊后或焊接中途停止施焊应立即进行消氢处理。为了满足上述条件,我们设计、制造了一个防雨、防风、同时可以实现保温的窄间隙焊机棚,窄间隙机头及电源固定于机棚上。经过实际焊接证明该机棚经受了大风、多雨考验,保温效果良好,焊接过程中运行平稳,在组对筒体及接管(接缘)时可移动,便于施工人员操作,为工作人员提供了适宜的工作环境,为保证组对、焊接质量提供了支持。为整台设备的顺利施工打下了基础。机棚简图见图 4、图 5。 6.2 预热、层间温度及消氢 本设备基层材料为 Cr-Mo 钢,焊后具有一定的延迟裂纹倾向,焊接过程中要采取预热、控制层间温度和焊后消氢处理的措施。经焊接工艺评定确定焊前要对焊接坡口两侧 300mm 范围内预热至不低于 150,焊接过程中层间温度控制在 150250之间,焊后要及时对焊接接头进行300350,保温 3 小时的消氢处理,以保证焊缝中的扩散氢能够充分地逸出,减小冷裂倾向。实际工作中采用液化汽简易加热器对焊接区域进行加热和保温,消氢处理时采用保温毡进行保温。加热时通过若干个气阀控制液化汽的流量。加热器简图见图 6。 参考文献 1 张金昌.超大型压力容器的现场组焊技术初探M.天津:天津科学技术出版社,1985. 2 GB/T 985.1-2008,气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口S

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