新型羰化反应器管束制造工艺

郝文生 曾 硕 雷金林

(武汉东海石化重型装备有限公司)

羰化反应器凭借优异的耐腐蚀性和高压反应功能，越来越多的应用于化工行业，但由于设备结构复杂、直径大、管板厚及管孔多等因素，致使该类设备生产周期长，管头易腐蚀，笔者结合某乙二醇羰化反应器介绍了管束部分制造工艺的优化方案。

1 管束主要参数

管板材料为Q345R(N)堆焊S30408，厚度116+6mm；换热管材料为S30408，规格φ32mm×2mm×6 000mm。主要工艺参数有：

介质 N2、CO

设计压力 0.48MPa

液压试验压力 0.665MPa

工作压力 0.30MPa

设计温度 185℃

工作温度(进/出) 135/135℃

2 管板制造

2.1 管板的带极堆焊

本设备所用管板由Q345R正火钢板加工而成。入厂后对该批钢板的外观及几何尺寸等方面进行了检验，并利用超声波探伤对钢板进行100%扫查复验，符合JB/T 4730.3-2005和相关技术要求后对钢板表面做喷砂处理，去除表面杂质及氧化皮等有害物质。

堆焊前确保堆焊层表面干净，并进行100%MT检测，符合JB/T 4730.4-2005Ⅰ级要求，不得存在裂纹及气孔等缺陷。

堆焊依次先堆过渡层和耐蚀层，堆焊过程中要注意层间温度(不大于250℃)，严格控制焊接速度(18～20cm/min)，焊接过程中采用小的线能量(不大于80kJ/cm)，及时清理堆焊过程中的焊渣及飞溅等有害物质，避免因此而引起的焊接缺陷。

过渡层和耐蚀层堆焊完毕后表面都进行了100%PT检测，符合JB/T 4730.5-2005Ⅰ级要求，此外耐蚀层表面还进行铁素体检测，符合GB/T 13305-2208标准要求。

2.2 管板的热处理

过渡层堆焊完毕后，立即进行消除应力热处理，避免因堆焊应力集中而引起的焊接缺陷，热处理工艺依据NB/T 47016-2011标准要求。热处理完毕后，在过渡层表面进行硬度检测，检测部位覆盖堆焊表面(至少25点)，符合GB/T 231-2009标准要求。

2.3 管板的校平与机加工处理

管板堆焊完毕后，由于受到焊接应力影响，表面不平度会明显增加，因此必须采取校平措施，减少不平度，控制在1mm范围之内。

为避免管板耐蚀层因热处理而引起的敏化现象，将管板在校平过程中的加热温度控制在450℃范围内，利用液压模具对管板进行立式整平处理。

管板校平后对管板进行机加工，加工范围包括去除管板毛坯尺寸、管板与垫片的密封面和坡口形式。

2.4 传统钻孔与新型钻孔工艺的比较

对于传统钻床而言，一般采用摇摆臂式钻床，该类型机器利用人工排版后在管板表面进行标记，误差大、效率低，对工人要求较高，摇摆臂在钻孔过程中由于向心力的作用往往会将孔径钻大，影响到换热器管与管板的管头焊接质量。另外钻孔时产生的刨花在摇摆过程中会直接影响管板表面的粗糙度。

武汉东海石化重型装备有限公司于2012年引进远景9NH4545-2型数控钻床，它能够利用数控编程，定位精确，操作简便，无需在管板上进行标记。由于管板厚度较大，采用CSS加长型麻花钻头，能够在500℃高温钻孔时保持高的硬度，所产生的刨花也会自动通过传送带输出。另外，钻孔前将管板与折流板紧紧固定在一起，这样在保证孔径与孔距的同时也能够保证两者的同心度，有效提高了工作效率和产品质量。

传统钻孔与新型钻孔的工艺比较见表1。

表1 传统钻孔与现代钻孔的比较

3 换热管检测

换热管是羰化反应器的核心元件之一，应严格按照GB 13296-2007标准要求进行采购，回厂后进行外观检查，不得存在毛刺、裂纹、折叠、离层及结疤等缺陷。同时，换热管需进行逐根水压试验复检，试验压力为12.75MPa，保压时间至少5s。

4 管束组装及表面质量控制

新型管束组装工艺过程为：

a. 固定管板Ⅰ。管束框架搭建完毕后，将框架卧躺于转台上，以折流板为参照，在筒体上标注管口方位，此时开始准备管板Ⅰ组对。组对前在管板的(0、90、180、270°)上任选一点。以满焊的形式在管板上焊上吊耳，然后利用行吊对管板与管束架标记后的方位进行组对，反复调试使方位重合后对焊缝进行点焊，最终确定无误后进行焊接。筒体与管板连接部位采取手工焊打底，自动焊盖面方式。

b. 立架。对于羰化反应器而言，管束普遍存在直径大及管孔多等因素，在搭建管束框架时，首先将拉杆与管板紧紧地连接起来，然后把折流板的方位调试好后穿入架子内确定好折流板之间的距离。因为它直接影响到穿管和设备在运行过程中介质的流动情况。最后将折流板固定在卷制完成后的筒体内侧。

c. 穿管。管板Ⅰ确定后，进行穿管工序，由于管孔比较多(约13 000个孔)，穿管时必须先找准一个基点，围绕该基点，按照一定的方向依次穿管，穿管时预留管板Ⅱ端头3个管板厚度的距离，管束两端工人在穿管过程中应依次确认，避免穿错管孔。

d. 回管。穿管完毕后，开始组装管板Ⅱ，管板Ⅱ组对工艺与管板Ⅰ一致，当管板组对完毕后，换热管开始进入回管工序，此时管板Ⅰ端头已预留不小于两倍管板厚度的换热管长度，然后利用钻冲机和高速回旋螺旋工装，确定好回管长度后在换热管管头装上工装，用力向管板Ⅱ一端推动。

e. 切管。回管工序结束后，预留3～4mm管头用于管头焊接，对多余管头进行切除，保证焊接工作。采用意大利GBC公司生产的K7386便携式切管机，对管头进行平切，该机器采用刀片由外圆向内圆的切除方式，平切后的管头端面光洁度高、100%垂直无变形、无毛刺，也无需额外的后续处理，有效保护了管头，保证了管头焊接质量。

f. 焊管。管头的焊接采取全手工氩弧焊，由于管板直径大、管孔多，在焊接形式上采用了武汉东海的管头焊无渗漏专利。加强换热管与管孔的无缝连接，防止因振动而产生的脱落，管头焊外现成形美观。

g. 热处理。管头焊接完毕后，立即进行消除应力热处理，热处理温度640℃，保温30min，热处理时为避免热量通过换热管分散，先用石棉岩将管头堵住。

表面质量控制方案为：

a. 对管板管头表面进行清理，去除表面的油污、焊渣及飞溅等有害物质，确保被检测表面干净；

b. 严格按照JB/T 4730.5-2005标准要求进行PT检测，符合Ⅰ级要求；

c. 在管板表面上任选至少25点进行硬度检测，符合GB/T 231-2009标准要求为合格。

5 管程压力试验

管程制造完毕后，依据《固定式压力容器安全技术规程》的要求，严格完成水压试验，先打压至试验压力0.665MPa，保压40min，然后降至设计压力0.48MPa，保压30min。试验后无声响、无变形、无泄漏则压力试验合格。

6 结束语

新型管束组装工艺，有效避免了管束筒体因质量过重、过大在吊装过程中而产生的变形，解决了起吊困难，提高了生产效率。管板带极堆焊后消除应力热处理，有效防止了管板因应力集中而产生的微裂纹缺陷。管头的平切工艺，有效保护了管头质量，防止了管头的扩裂及毛刺等缺陷的产生。羰化反应器制造工艺新技术日益成熟、稳定，配合工人的精心制作和检验员的严格控制，满足了反应器的生产使用要求。