硝酸吸收塔的制造技术.doc

发表在压力容器2009年第4期上；刊物级别：核心期刊硝酸吸收塔的制造技术赵恒忠1，景为2（1.泸州市特种设备监督检验所，四川 泸州 646100； 2.四川泸天化弘旭工程建设公司，四川 泸州 646300）摘 要：以某公司制造硝酸吸收塔为例，对该设备的制造工艺等加以论述，为同类产品的制造提供参考。关键词：硝酸吸收塔；变形；内孔焊Manufacture of Nitric Acid Absorbed TowerZhao Heng-zhong1,Jing Wei2(1.Luzhou Institute of Special Equipment,Luzhou 646100,China;2.HongXu Engineering Construction Ltd, Luzhou 646300,China)Abstract:Take the nitric acid absorbed tower which was manufactured by some company as an example.The manufacturing process at site was described that may be some experience for the same kind of production.Key word: nitric acid absorbed tower;distortion;inside role welding1 前言硝酸吸收塔是某厂硝酸清洁生产节能技改项目的核心设备。该吸收塔直径大，壁薄，内件重，易变形；塔内管板与管子连接采用国内先进的内孔焊技术，该技术是制造单位首次应用，对制造单位应用新技术的能力是次考验。泸天化弘旭工程建设公司从材料采购到设备的制造均严格按设计图纸和技术协议进行，最终完全达到设计要求。文中就该设备的主要技术和制造工艺作简单介绍。2 设备设计特点和技术特性该设备壳侧介质为浓度60%的硝酸，如果采用传统的管子穿入管板前端焊接而成的接头，由于管板与管子之间有间隙，容易产生缝隙腐蚀。为解决该问题，该设备设计要求管板与管子连接方式采用内孔焊焊接。同时，为保证内孔焊焊接质量，要求对内孔焊焊接接头进行100%射线探伤。为防止硝酸可能引起的晶间腐蚀破坏，设计规定与介质接触的材料均选用超低碳Cr-Ni奥氏体不锈钢，并对固熔状态下的母材敏化试样进行晶间腐蚀试验，对焊缝焊态下的试样进行晶间腐蚀试验，试验方法按GB/T4334.3-2000进行，合格指标为五个周期的平均腐蚀率或三个周期的最大腐蚀率小于等于0.6mm/年。设计要求在塔内安装37层塔盘，在第17层塔盘上，每层安装四层复合盘管，在第810层塔盘上，每层安装三层复合盘管，在第1118层塔盘上，每层安装双层复合盘管，在第1932层塔盘上，每层安装单层复合盘管。该塔的技术特性见表1，外形结构见图1，复合盘管结构见图2、图3。表1 硝酸吸收塔的技术特性部位设计压力（MPa）设计温度（）工作介质操作压力（MPa）操作温度（）腐蚀裕量（mm）壳侧1.069060%硝酸1.01601.0管侧（110层）0.4450冷却水0.432420管侧（1132层）0.8550冷冻水0.81822.50设备规格结构尺寸（mm）塔盘（层）盘管（mm）主体材料设备总重（kg）440016/25/28/30629703726.71.6500Cr19Ni10262200盘管管板管箱440062970单层复合盘管双层复合盘管三层复合盘管四层复合盘管塔盘筒体图2 复合盘管平面图管板管箱盘管内孔焊处四层复合盘管三层复合盘管双层复合盘管单层复合盘管图3 复合盘管结构示意图图1 外形结构3 材料及晶间腐蚀试验 与介质接触的母材均按设计要求选购00Cr19Ni10钢，其化学成分、力学性能、晶间腐蚀试验均符合表2的规定。表2 00Cr19Ni10钢板、钢管、锻件的化学成分、力学性能、晶间腐蚀试验材料化学成分（%）注力学性能晶间腐蚀CSiMnPSCrNiRm(MPa)A(%)标准值0.0301.002.000.0350.03018.0020.008.0012.0048040协议钢板=16供应值0.0220.591.260.0350.00118.259.2555057合格示例：Y504913L复验值0.02230.491.10.0230.000818.639.26合格钢板=25供应值0.02460.64421.6440.02720.001518.3929.11659555.5合格示例：A1702512复验值0.030.761.660.0220.00118.489.28合格钢板=28供应值0.01740.59171.5870.02480.001518.2329.15759053.5合格示例：C2704882复验值0.02190.591.530.0260.000118.619.21合格钢板=30供应值0.0190.430.990.0340.004818.299.1556556.5合格示例：C2704099复验值0.02790.491.320.0220.001218.579.02合格钢管26.71.65供应值0.0280.121.040.00290.00119.19.56580/59054/53合格示例：772-0549复验值0.0300.141.090.0180.00319.059.27合格锻件DN600供应值0.0250.481.370.0290.00518.378.5568063合格示例：071127-3复验值0.02870.491.240.0210.005418.648.26合格注：标准值、供应值均为熔炼分析值，复验值为成品分析值。与介质接触的焊缝，其所用焊丝、焊剂、焊条的选购符合设计要求，其化学成分、熔敷金属力学性能、焊接接头晶间腐蚀试验均符合表3的规定，选用焊材的牌号分别为H00Cr21Ni10、CHF601、CHS002R。表3 焊丝、焊剂、焊条的化学成分、力学性能、晶间腐蚀试验材料化学成分（%）注1力学性能注1晶间腐蚀注2CSiMnPSCrNib(MPa)5(%)焊丝标准值0.030.300.601.002.500.0300.02019.5022.009.0011.00协议2.5/示例：1122507041供应值0.0180.331.750.0280.01619.749.6合格4.0/示例：2124007177供应值0.0150.552.170.0210.00120.109.60合格焊剂标准值0.041.000.502.500.0400.03018.021.09.011.052030协议1060目/示例：06001供应值0.0240.481.230.0260.01318.8909.42057043合格焊条标准值0.040.900.502.500.0350.03018.021.09.011.052035协议2.5/示例：082628供应值0.0310.730.960.0260.01319.829.5761543合格3.2/示例：072067供应值0.0290700.880.0190.01320.1310.3359554合格4.0/示例：072414供应值0.0340.751.000.0280.01120.159.7458546.5合格注：1.焊剂（配合焊丝H00Cr21Ni10）、焊条的化学成分、力学性能均为熔敷金属分析值，焊丝的化学成分为熔炼分析值。2.指焊态试样晶间腐蚀试验（制造厂按前文已述的要求）。4 主要制造工艺措施4.1设备分段情况受运输条件的限制，将该塔分成六段分别制造。六段的长度自下而上依次为：10214，11286，11740，9770，9975，9985mm。在用户安装现场完成5道合拢环焊缝的卧置组对、焊接、无损检测、整体吊装及设备的最终立置水压试验。4.2 瓜皮帽式球形封头的制造设计了如图4所示的专用装焊胎具，利用该装焊胎具并配合使用大量的连接板、定位块进行装配、定位。装焊胎顶部圆板瓣片板连接板定位块 图4 封头装配示意图4.3 分段筒体的制造该塔直径大，壁薄，内件重，刚度相应不足，从下料开始就必须控制筒体的变形。按中径展开长度下料，并考虑一定的焊缝收缩量，每张钢板对角线之差不大于2mm，每节筒节的拼接钢板对角线之差不大于4mm。卷板前对钢板进行预弯，卷板过程中用吊车辅助减少自重的影响，纵缝焊接后进行校圆，保证每节筒节圆度不大于25mm。环缝组对前，每节筒节两端部100mm处用外卡箍卡圆，外卡箍与环焊缝之间的距离不可太大，既可避免组对时错边量太大而强行组对，又可以增加环焊缝处筒体的刚性，减轻焊接应力变形。每段筒体的筒节全部组装焊接、检验合格后，标出每段筒体直线度偏差最大值所在方位，以便于后续分段筒体组对时，每段筒体直线度偏差对称分布，以保证设备总体直线度控制在许可范围内；在筒体外表面划出4条4等分心线，并保证其中1条心线在每段筒体直线度偏差最大值所在方位上。每段筒体直线度合格指标：第1段10mm；第2段10mm；第3段11mm；第4段9mm；第5段10mm；第6段7mm；且任意3m内的筒体直线度3mm。4.4 现场组装按序号将两段分段筒体分别水平放置在滚轮架上，用行车吊起其中一段分段筒体，旋转另一分段筒体，使两段分段筒体最大直线度偏差大致对称分布，然后通过行车的上下前后的移动、升降再配以倒链的松紧微调，使两分段筒体的4等分线重合，同时进行内径找平，点焊组对，按焊接工艺施焊等。5 内孔焊及微小焦点射线探伤应用5.1内孔焊控制要点端面加工：使盘管端面、管板孔端面分别与其中心轴线的垂直度偏差均小于0.1 mm。端面清理：装配前严格清理毛刺、油污、水份等，并用丙酮清洗待焊接区域。装配、定位：间隙.2mm，错边量.3mm。为了确保装配盘管与管板的同心度，设计了一个专门的定位芯轴（如图5），定好位后，用TIG焊不加焊丝在连接处外侧对称地定位焊二点。管板定位芯轴TIG定位焊盘管为探伤开设的凹槽图5 定位示意图焊接工艺：进行各种工艺条件、焊接参数的对比试验，制订出最优的焊接工艺。电机管板氩气保护套钨极盘管焊接：从管板侧送入内孔焊枪头，调整好焊接工艺参数以及钨极与焊口的轴向距离和径向距离，开启氩气保护，打开焊机电源进行施焊（如图6）。图6 内孔焊示意图外观检查：观察焊缝背面是否焊透，焊缝色泽是否正常，成形是否良好，有无明显内凹，有无气孔、裂纹等缺陷。5.2微小焦点射线探伤控制要点射线源：选择0.70.5柱状Ir192放射源。射线束方向：由于结构特殊，射线的入射不能用常规的直射法，采用偏心斜射法。胶片的选择、放置：由于凹槽的空间有限，普通胶片袋由于压边有一定的宽度，故不能采用，采用自制的暗袋，减少边缘的宽度，使得胶片能够紧贴边缘，便于焊缝成像。标记的摆放：由于凹槽的空间有限，连贴片都困难，无法再摆放识别标记，因此，采用二次曝光法，将所有标记同时且永久地显现在底片上。5.3应用情况根据现场应用的情况来看，效果良好。焊缝都是单面焊双面成形，成形均匀美观，正反两面焊缝都是