97m高大型甲醇洗涤塔现场制造技术.pdf

第 4 4卷第 6 期 2 0 1 5年 1 1月 石油化工设备 PE TR CHEMI CAL EQUI PMENT Vo1 4 4 NO 6 NOV 2 01 5 文 章 编 号 1 0 0 0 7 4 6 6 2 O 1 5 0 6 0 0 6 6 0 5 9 7 I l l 高大型甲醇洗涤塔现场制造技术 叶海 夏涵月 兰州兰石能源装备工程研究 院有 限公 司 甘肃 兰州 7 3 0 0 5 0 摘要 国内最大煤制天然气单体工程净化装置q 的 2台甲醇洗涤塔 高 9 7 m 是 目前亚洲最 高的低 温 净化塔 受长度 直径 质量 等 因素 的影 响 通过 分段 制造 现场 组焊 完成 了设备 的制 造 介 绍 了 大型 甲醇洗 涤塔 制造 过程 中遇 到的难 点及 解决 方 法 如 分段 筒 体 的组 对 焊接 预 热 后 热温 度 的控 制 热处理的防变形控制等 实际证明所采取的工艺方法对设备质量控制是有效的 对于同类设备 的现 场组焊 具有 一定 的借鉴 意 义 关键 词 甲醇洗涤塔 组对 焊接 热处理 控制措施 现场制造 中 图分类号 TQ o 5 3 5 T E9 6 2 文献 标志 码 B d o i l O 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 5 0 6 0 1 5 Te c hn i qu e o f Fi e l d M a n u f a c t u r e a b o u t 9 7 m Hi g h La r g e M e t ha n o l W a s h i n g Co l u m n YE Ha i XI A Ha n y u e La n z h o u LS En e r g y E q u i p me n t En g i n e e r i n g Re s e a r c h I n s t i t u t e Co Lt d La n z h o u 7 3 0 0 5 0 Ch i n a Ab s t r a c t Th e h e i g h t o f t h e t WO me t h a n o l wa s h i n g c o l u mn s we r e 9 7 m wh i c h we r e t h e l a r g e s t s i n g l e p r o j e c t o f c o a l t o S NG p u r i f i c a t i o n p l a n t i n Ch i n a a n d t h e h i g h e s t c r y o g e n i c p u r i f i c a t i o n t o we r i n As i a u p t o no w Af f e c t e d by l e ngt h d i a me t e r q ua l i t y a n d o t h e r f a c t o r s t he t o we r s we r e ma nu f a c t u r e d by s e g me nt e d ma nu f a c t u r i ng a nd f i e l d a s s e m b l y we l di n g The e x i s t e d d i f f i c u l t i e s a nd s o l vi ng me t ho ds we r e i nt r o d uc e d i n t h e ma nu f a c t u r e pr o c e s s o f t h e l a r ge m e t ha no l wa s h i ng c o l umn s uc h a s t he a s s e mbl y i n g o f t h e s u bs e c t i o n s he l l t he c o nt r o l l i ng o f pr e he a t a nd po s t he a t t r e a t m e nt t he d e f o r m a t i o n c on t r ol o f h e a t t r e a t me n t The r e s u l t s s ho we d t ha t t he m e a s u r e o f t he LI W e i ZHOU Xi n r on g ZONG M i ng we i e t a 1 Te c hno l o gy a n d Sa f e t y of Lar g e Ex c a v a t i on Cr o s s i ng C o n s t r u c t i o n f o r Ru Ri v e r o f Pi n g t a i P r o j e c t o f S e c o n d We s t e a s t N a t u r a l Ga s T r a n s mi s s i o n P i p e l i n e E J P e t r ol e um a n d Ch e mi c a l Con s t r u c t i on 2 O1 3 4 98 1 01 石长峰 长输管道 大开挖 穿越河 流堤 坝保护措 施 J 硅 谷 2 0 0 9 7 8 7 SHI Cha n g s hu n Pr o t e c t i on M e a s ur e s o f Ri ve r Da m f o r La r g e e x c a v a t i o n Cr o s s i n g o f Lo n g d i s t a n c e Pi p e l i n e J S i l i c o n Va l l e y 2 0 0 9 7 8 7 姜伟 北大河大开挖穿越设计 J 科技促 进发展 2 0 1 0 S1 93 0 J I ANG We i De s i g n o f I a r g e Ex c a v a t i o n Cr o s s i n g f o r B e i d a R i v e r J S c i e n c e Te c h n o l o g y f o r D e v do p m e n t 2 0 1 0 S 1 9 3 0 1 4 邱训兵 大型钢板桩 围堰施工 设计 的思考 J 铁道 建 筑 2 0 0 5 9 1 2 1 4 QI U Xu n b i n g I d e a o f La r g e S t e e l S h e e t Pi l e C o f f e r d a m C o n s t r u c t i o n De s i g n J Ra i l wa y E n g i n e e r i n g 2 0 0 5 9 1 2 1 4 1 5 李学 民 赵飞 张万 虎 深水 基础双 臂钢 围堰施 工技术 E J 铁路技术创新 2 0 0 4 2 1 4 1 7 LI Xn e rai n ZH AO Fe i ZHANG W a n hu Cof f e r da m Con s t r u c t i on Te c hn ol ogy oI De e p W a t e r Ba s e Do ub l e a r m s t e e l J R a i l wa y Te c h n i c a l I n n o v a t i o n 2 0 0 4 2 1 4 1 7 张 编 收 稿 日期 2 0 1 5 0 6 2 2 作者简介 叶海 1 9 8 6 一 男 甘肃武威人 工程师 学士 从事压力容器的制造及设计研发工作 第 6期 叶海 等 9 7 m 高大型甲醇洗涤塔现场制造技术 q ua l i t y c o nt r o l t o t he e qu i p m e nt wa s e f f e c t i ve a nd h a s r e f e r e n c e v a l ue t o t h e f i e l d a s s e mbl y we l d i ng of s i mi l a r e q ui pme n t Ke y wo r d s me t h a n o l wa s h i n g c o l u mn a s s e mb l y we l d h e a t t r e a t me n t c o n t r o l me a s u r e f i e l d m a n uf a c t u r e 某 大 型煤 化工 项 目是 目前在 建 的国 内最大 煤制 天然气 单 体工 程 该 项 目净 化 工 艺 引 进德 国林 德 低 温 甲醇洗 技术 净 化装 置 中的 2台 甲醇洗 涤塔 是 目 前亚洲最高的低温净化塔 塔高 9 7 2 8 5 mm 烟 囱高 1 0 1 m 且 烟 囱 以捆 绑 式结构 依 附于塔 设 备上 甲醇洗涤塔为 类容器 主体材质 0 9 Mn Ni D R 设 计 压 力 3 9 MP a 设 计 温 度 一 6 5 5 0 c 直 径 4 7 0 0 mm 壁 厚 6 6 mm 全 体 积 1 5 2 5 m 净 重 约 8 5 2 t 不含 内件 受长度 直径 质量等因素 的影 响 设备整体运 输 受 限 故 制造 厂通 过分 段制 造 现场 组焊 完成 了洗 涤塔的制造 文 中对制造过程 中遇到的难点及解决 方 法进 行 简述 l 甲醇洗涤塔分段及组焊方法 根据 甲醇洗涤塔质量 运输条件及现场 吊车的 规格 将 甲醇洗涤塔分为 A B C D E F共 6段在 厂内进行制造 出厂前在每段塔 体端 口设置撑 圆工 装后 进行 分 段热 处理 甲醇洗 涤塔 结 构 简 图及 分 段 明 细 见 图 1 分 段 筒体 的组 对顺 序及 组 焊方 法见 表 1 量1 5 0t 长1 8 3 1 6m 最1 5 2 t 长 1 8 6 9 5 m1 量 1 5 9 t 长 1 9 3 9 0 i n 图 1 甲醇洗涤塔结构简 图及分段 明细 表 1 甲醇洗涤塔分段 简体 组对顺序及 组焊方法 2 甲醇洗涤塔现场组焊制造难点 2 1 卧式组焊时筒体在滚轮架上的窜动及偏重控 制 卧式 组焊 时筒体 在滚 轮架 上产 生轴 向窜 动 的主 要影 响因素是滚轮各轴线与筒体轴线的平行度l 1 在施 工现 场布置 滚 轮 架 时无 法 达 到 绝 对水 平 而且 各 滚轮 的轴 线与 筒 体 的 轴线 也 无 法 达 到绝 对 平 行 因此筒 体在 滚轮 架 上 按 照 同一 方 向旋转 时 会 在 筒 体轴向方向产生窜动 导致焊道逐渐跑偏 直接影 响焊接 质量 另 外 甲醇洗 涤 塔 部 分分 段 筒 体上 大 型 锻制 接 管 以及 法 兰集 中分 布 在某 一 方 位 筒 体 的 重 心偏 离 轴 线就会 产 生偏 重 现 象 导致 筒 体 在 滚 轮架 上旋 转 时重心 侧通 过 圆周 最 高点一 段距 离后 会 突然加 快旋 转 焊接 速度 在这 一 过程 中不受 控制 严重 影 响焊接 质 量 2 2 环焊缝焊接温度控制 在 甲醇洗涤塔施工现场没有大量 的加热气源供 应 用瓶 装燃 气火 焰 加 热 的方 法 对 厚 壁 简体 并 不 适 用 而且 无法 对 整 圈 焊缝 进 行 加 热 电磁感 应 加 热 工 装 的敷设 要求 比较 高 也很 难 用 于 现 场 制 造 的大 型 塔器上 红 外 线加 热 最适 用 于 现 场施 工 环境 红外 线 加 热 工装 由履 带式 红外 陶瓷 电加 热 片组 成 柔 性 可 变 能 力强 3 无 论是 卧式 组 对还 是 立 式 组 对 施 焊 时 需移开焊缝周边保温棉和加热片进行作业 同时 要 求加 热 片输 出稳 定 的热量 来保 证预 热温 度及 层 问 温度符合工艺要求 因此加热片与筒体的固定方式 是 需要解 决 的难题 2 3 热处理效果及防变形控制 在热处理温度下 材料的强度会发生降低 而筒 石油化工设备 2 0 1 5 年第 4 4 卷 体 自重对焊 缝加 热 区产 生 的 压应 力 很 大 该 压应 力 约束了加热区材料的 自由膨胀 难以使环焊缝处 的 焊 接残余 应力再 次 均 布 达不 到 消 除应 力 热 处 理 的 目的 塔体垂直度引起的偏心载荷 以及可能出现的风 载荷产 生 的弯 矩叠 加会在 热处理 之后 形成一 定 的残 余 变形 难 以再 次 消除 此 外 热处理 过程 中必须 确 保塔体 的稳 定性 良好 并 且 受热 均 匀 5 因此 尽 可 能减少 外力对 热处 理效 果 的影 响及 其 防变形控 制就 显 得尤 为重要 3 甲醇洗涤塔分段简体 组焊 甲醇 洗 涤塔 筒 体 的 卧式 组焊 立 式 组焊 方 法 分 别采 用 的是埋 弧 自动 焊 和焊 条 电弧焊 焊接 过 程 中 的焊接电流均为直流反接 具体 的焊接工艺参数详 见 表 2 表 2 甲醇洗涤塔简体 焊接工艺参数 3 1 卧 式组焊 3 1 1 组 对 A 段 与 B 段组对 端 口材质 为 Q3 4 5 R 卧 式组 焊 后 进行 该条 焊缝 的局 部 热处 理 之 后 吊装 至设 备 基 础 并找 正 卧式 组 对 C段与 D 段 简体 时 为 了解 决 筒体 轴 向窜 动和焊 道跑偏 的 问题 现 场采 用 3台滚 轮架 组 对 其中 2台为 5 0 0 t 的双驱动型滚轮架 均配有滚 轮顶 升装 置 另外 1台从 动滚 轮 架辅 助 将 C段置 于滚 轮架上 吊车 吊起 D 段 通 过旋 转 C段 按 四心 位置 组对 j 为了使简体旋转过程 中保持足够的稳定性 筒 体组对完成并用拉筋板加强后 移出组对端 口下部 的从动滚轮架 使 2台主动滚轮架与简体外壁充分 接触 增大摩擦力 同时 为了保持 2台滚轮架的旋 转速度一致 将其中 1台滚轮架上 的驱动联轴器拆 除 只保 留顶升装置 使简体旋转时的驱动方式变为 一 主一从 启动滚轮架 通过旋转简体确定轴 向窜 动的方 向 并启动顶升电机调整滚轮位置 使筒体的 轴向窜动位移控制到最小 甲醇洗涤塔筒体卧式组对示意图见图 2 图 2 甲醇洗涤塔筒体 卧式组对示 图 3 1 2焊接 温 度控 制 低温钢的焊接关键是避免焊缝金属以及热影响 区形 成 粗 晶组 织 导 致韧 性 降低 应 对 措 施 主要 体 现 于温度 的可 控性 简体 按指 定 的焊 接 速度 旋 转 1 周需 要 近 3 0 mi n 若 在 组 对 端 口下 部 采 用 局 部 预 热 已焊 部位再 次 旋转 至 埋 弧 自动 焊 机 头 时 温度 已 经低于预热温度 层间温度更无法 达到工艺要求 为 了提 高整个 焊缝 的焊 接质 量 获得 无 冷 裂 纹 的较 理想焊缝 决定适当加大预热宽度 采用焊接前整圈 加热 焊接 时辐射 供 热 的方 法 保 证 预热 温 度 和 层 间 温度 引 甲醇洗 涤塔 卧式组 焊加 热工装 见 图 3 图 3 甲醇 洗 涤 塔 卧 式 组 焊 加 热 工 装 将 2 3片规格 为 6 6 0 mm 3 3 0 mr n的履 带式 电 加热 片分 2组 串接 上 部 加热 片总 共 1 5片 下 部 加 热 片总共 8片 分 别 包 裹 在 组 对 端 口处 上 部 加 热 片 下 部加 热 片 各 配 有 1台 L W K 一 3 6 0型 温 度 控 制 柜控 温 开机加 热 用 红 外 线测 温 仪 在 加 热 源背 面 测量 简体 壁温 9 测 温点 距 坡 口 中心 处 1 0 0 mm 以 上 达到预 热温度后关闭上部加热 源并将 其拆除 调 整升 降杆 使 下部 加热 源刚 离开筒 体外 壁 即可 提 第 6 期 叶海 等 9 7 m 高大型 甲醇洗涤塔现场制造技术 高 外部 辐射 源 的设 定 温 度后 开 动 滚 轮 架 按 预 定 的 焊 接速 度使 筒体 旋转 1 周 再 次测量 预 热温 度 使 其 刚达到 预 热 温度 即可 尽 量 采 用 低 热 输 入 焊 接 1 以防止 焊接 时热 输 入 导致 层 间温 度 过 高 使 焊 接 接 头 韧性 变差 1 埋弧 自动焊所需的焊剂由专用的焊剂烘干箱烘 干 目的是 降低扩 散 氢含量 降低冷 裂纹 产生 的可 能 性 清 根后 用 热 磁 粉 按 照 J B T 4 7 3 0 2 0 0 5 承 压 设备 无损 检 测 口 中的 工级 要 求 进 行 磁 粉 检 测 焊 接完 成后 用 上 下 部 加 热 片包 裹 整 圈焊 道 进 行 消 氢 热处 理 整个焊接及消氢热处理过程在搭建防风 防雨 棚 的条件 下完 成 3 2 立 式组 焊 吊车 吊起 C D 段 并 缓 慢 靠 近 AB 段 端 口 确认 方位之后用龙门工装将销轴逐个插在定位块的销轴 孔 内 定位 块 在组 对 前按 照对 应 方 位 事 先 焊 接 在组 对端 口上 用楔铁将各组对尺寸调整合格之后 用 拉筋板在筒体外壁加 固并且保持 吊车不松钩 拆 除 龙 门铁工装 保 留定位块 将 2 3片 串联的电加 热片 通 过定 位 块 的销轴 孔 固定 并 用 钢 丝 紧绳 器 将 保 温 棉紧贴加热片 达到预热温度之后在筒体内对称施 焊 以确保 整 条 环 缝 受 热 收 缩 均 匀 焊 接 外 部 时电加热片仍然采用 内部撑圆工装 固定 焊 接完毕 后 直接 进行 后 热处 理 按 照 与上述 相 同 的方法 分别组 焊 甲醇洗 涤 塔 的 E段 F段筒 体 甲醇 洗涤塔 简 体立式 组对 示 意 图见 图 4 图 4 甲 醇洗 涤塔 简 体 立 式 组 对 不 图 在消氢热处理完成之后对 甲醇洗涤塔的环焊缝 进行 1 0 0 衍 射 时差 法超声 波检测 I I级合格 l O O 9 6 超 声 波检测 I 级合 格 1 0 0 磁 粉 检 测 I 级 合 格 1 2台甲醇洗涤塔总共有 8条环焊缝 检测发现 只有 1条环 焊缝 局部 存在 返修 并且 无裂 纹缺 陷 为 清根不 彻底 造成 的 微 小 夹渣 所 有 焊 缝 的焊 接合 格 率 为 9 9 4 甲醇洗涤塔环焊缝热处理 环焊缝局部热处理的防变形控制影响着设备的 成 型质 量 若 发生 局 部 变 形则 与 消除 应 力 热处 理 的 目的相违 背 若焊 接环 焊缝 后再进 行 临时焊 接加 固 反而会产生附加应力和残余变形口 同时 由于缺 少 低温 钢在 热处理 温度 下 的力 学 性 能数 值 现 场 无 法预估塔壁强度下降引起的安全风险n 因此决定 对 吊车不 松 钩并施 加 拉力 进 行 热 处理 操 作 C D 段 环 焊缝 3 9 B 由吊车施 加 1 4 0 0 k N 的 拉力 进 行 热 处 理操 作 E 段 环焊 缝 2 2 B F 段 环 焊缝 1 1 0 B 由 吊车 施加 8 0 0 k N 的拉力进行热处理操作 尽量降低筒 体 自重对 加热 环焊 缝 产 生 的 约束 防止 在 热 处 理 过 程 中产生 较大 的压 应力 根据 图 5所示 的 甲醇洗 涤塔环 焊缝 热处 理工 艺 曲线 延长 4 0 0 C前 的升温时间为 4 h 保温结束后 再 次延长 4 0 0 后 的空 冷 时间 为 4 h 确保 加 热 保 温 冷却阶段不产生大的温度梯度 使热处理后焊缝 周 围的应 力分 布更 加均 匀 本 次施 工单 个环 焊缝 热 处理 工序 共耗 时约 2 4 h 温 5 6 0 4 0 0 图 5 甲醇洗涤塔环焊缝 热处理工艺曲线 在 甲醇洗 涤塔 环 焊 缝 热 处 理 完毕 3 6 h之后 按 照相关要求进行磁粉检测 未发现再热裂纹等缺陷 说 明甲醇洗 涤塔 的制 造质 量 良好 5 结论 1 运 用双驱 动 双顶 升型 的滚 轮架 可 以有 效 防 止 甲醇洗涤塔筒体的轴向窜动 对于埋弧 自动焊操 作时产生的焊缝跑偏 可提前进行焊缝外形纠偏 有 效防止超重型简体 因偏重产生 打滑现象 使简体旋 转速度和焊接速度更加稳定 同步 2 对低温钢厚板焊接 通过采取整体预热及加 大焊件 预 热宽度 的方 法 可 以有 效 降低 焊 件 之 间 的 温度梯 度 显著 降低 焊接 应力 对提 高整 个焊 接接 头 7 O 石油化工设备 2 0 1 5年第 4 4卷 的抗 裂性非 常重 要 3 对于厚 壁塔 器 立 式 组焊 之 后 环焊 缝 的局 部 热处理 如果塔体的自重过大 通过减小 自重产生的 压应力 并且延 长 升温 时 间 和 降温 时 间 可 以使 焊 接 残余应力再分布速度得到提高 使应力消除得更为 彻 底 参考文献 E 1 罗生梅 陈利 焊接滚轮架上工件轴向窜 动防窜机理研 究 J 机床 与液压 2 0 0 7 3 5 8 7 4 7 5 7 8 LUO She n g me i CH EN Li St ud y o n t he Ant i f l oa t i ng M e c ha n i s m f or t he Axi a l Dr i f t i ng of t he Cy l i nde r o n a We l d i n g R o l l e r B e d J Ma c h i n e To o l Hy d r a u l i e s 2 0 0 7 3 5 8 7 4 7 5 7 8 E 2 陈利 智能防轴向窜动滚轮架系统的研究与开发 D 兰州 兰州理工大学 2 O 0 7 CH EN Li The Exp l o i t a t i o n a n d Res e a r c h on t he An t i a xi a l Dr i f t i n g of t he I nt e l l i ge n t Ro l l e r Be d Sy s t e m D L a n z h o u L a n z h o u Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y 2 0 07 3 王大勇 王波 高强度钢结构 焊接 预热 和后热工装 的设 计 J 电焊机 2 0 1 2 4 2 2 3 4 3 9 9 6 W ANG Da y o n g W ANG B o De s i g n o f Pr e h e a t i n g a n d Af t e r He a t i n g J i g o f Hi g h S t r e n g t h S t e e l f o r S h i p S t r u c t u r e s J E l e c t r i c We l d i n g Ma c h i n e 2 0 1 2 4 2 2 3 4 3 9 9 6 4 王志刚 陈万申 大直径大厚度压力容器的现场组焊局 部热处理 J 石油化工设备 2 0 1 0 3 9 1 5 4 5 7 W ANG Z h i g a n g CHEN W a n s h e n Lo c a l Po s t W e l d He a t Tr e a t me n t o n S i t e f o r Pr e s s u r e Ve s s e l o f La r g e d i a me t e r a n d Th i c k e r Wa l l J P e t r o c h e mi c a l E q u i p me n t 2 0 1 0 3 9 1 5 4 5 7 5 田彦来 张洪涛 王荣青 等 新建 1 0 0万 t 年大型炼 化 装置工程焊接施工技术 J 电焊机 2 0 1 3 4 3 1 1 5 2 57 TI AN Ya n l a i ZHANG Hon g t a o W ANG Ron g q i n g e t a 1 W e l d i n g Co n s t r u c t i o n Te c h n o l o g y i n 1 M i l l i o n T o n s y e a r L a r g e R e f i n i n g D e v i c e E n g i n e e r i n g J E l e c t r i c W e l d i n g M a c h i n e 2 0 1 3 4 3 1 1 5 2 5 7 6 蔡宏光 才福胜 孙锦华 H s浓缩塔制造 J 石油化 工设备 2 0 1 2 4 1 增 刊 1 3 7 3 9 CAI Ho n g g u a n g CAI Fu s h e n g S UN J i n h u a Ma n u f a c t u r e o f H2 S C o n d e n s e C o l u mn J P e t r o c h e mi c a l Eq u i p me n t 2 0 1 2 4 1 S 1 3 7 3 9 7 才福胜 低 温甲醇洗涤 塔制造工 艺浅谈 J 石油 化工 设备 2 0 1 4 4 3 3 6 2 6 5 CAI Fu s he ng M a nu f a c t ur i n g Pr o c e s s e s Di s c u s s i o n o f C o l d Me t h a n o l S c r u b b e r J P e t r o c h e mi c a l E q u i p me ri t 2 0 1 4 4 3 3 6 2 6 5 8 党 战伟 石 伯 承 缪 平 等 一7 O 0 9 Mn Ni DR钢 制 2 0 0 0 m 乙烯球罐 的焊 接工艺 J 焊接 2 0 1 5 3 6 0 6 4 72 DANG Z h a n we i SHI B o c h e n g MI AO P i n g e t a 1 W e l d i n g Ex p e r i me n t s o f 0 9 M n Ni DR S t e e l f o r M a n u f a c t u r i n g o f 2 0 0 0 m E t h y l e n e S p h e r i c a l T a n k E J W e l d i n g J o i n i n g 2 0 1 5 3 6 0 6 4 7 2 9 N B T 4 7 O 1 5 2 o 压力容器焊接规程I s NB T 4 7 O l 5 2 O 1 1 We l d i n g S p e c i f i c a t i o n f o r P r e s s u r e V e s s e l s S 1 O 王 占英 马轶群 张 兰娣 等 低温 材料 0 9 Mn Ni D R的 焊接工艺 J 焊接 2 0 0 6 2 6 3 6 5 W ANG Z h a n y i n g M A Yi q u n Z HANG La n d i e t a 1 W e l di ng Pr o c e s s of Lo w Te mp e r a t ur e 0 9M n Ni DR S t e e l J We l d i n g 8 L J o i n i n g 2 0 0 6 2 6 3 6 5 1 1 李卫红 文成 0 9 Mn Ni D R钢的埋弧 焊工艺评定 J 热 加 工 工 艺 2 0 1 4 4 3 1 3 1 9 3