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高压加氢反应器制造技术研究

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总第156期 山 西化 工 Tota1 156 2O15年第2期 SHANXI CHEMICAL INDUSTRY No.2,2015 化机与设备 高压加氢反应器制造技术研究 郝晓东, 陈海峰, 白国娟, 李亚鹏 (山西阳煤化工机械有限公司,山西 太原030032) 摘要:高压加氢反应器是BD0项目中的核心设备。根据该类高压锻焊设备的结构特点,分析了其制造 过程中的重点控制环节和关键控制点,并采用了合理的加工技术和装焊工艺,满足了设备安全高效使用 性能的要求。 关键词:高压加氢;el造工艺控制;焊接控制;热处理 中图分类号:TQ051 文献标识码:A 文章编号:1004—7050(2015)02—0053-04 1 设备介绍 高压加氢反应器是BDo项目中的核心设备,通 过加氢反应使来自低压加氢反应器中未充分反应的 气体全部转化为BDO产品。该类设备一般都在高 温、高压及氢气氛围下反应,工况条件苛刻、易爆,因 图1设备简图(mm) 表1设备主要技术参数 此,对该设备设计和制造技术提出了更严格的要求。 该设备简体主体材料为抗氢耐热铬钼钢 项目 技术参数 项目 技术参数 14CrlMoIV锻件(供货状态为正火+回火)。 设备规格/mm DN90oX(115+6)× 物料名称丁 2122214CrlMoIV锻件材料由于有较强的高温强度和抗 氢腐蚀能力,且含碳质量分数控制在0.11 ~ 主要受压元件材料14CrlMolVM0A、 设备净质量/k35c g 77 535 0.17 ,因此被广泛应用于加氢、换热器等设备。但 设计压力/MPa 30 工作/g.度/℃ 152 由于这种材料中含有较高的Cr、Mo等合金无素,其 工作压力/MPa<30 水压 MP压]J/37碳当量较高,焊接时接头区域有很高的淬硬和冷裂 a .7(卧式)……  倾向,因此在正常工况条件下,反应器还面临着介质 设计" ̄2t/'C 205 腐蚀、应力腐蚀、氢脆、回火、脆化等一系列问题L1 ]。 更重要的是,堆焊层表面开裂和氢致开裂对反应器 2 材料控制 的安全使用有着十分重要的影响。本文对于该锻焊 材料应优先从具有生产同类钢板经验、丰富业 设备在坡口加工、焊接、堆焊、无损检测、热处理等重 绩者且评审合格的供方单位进行采购。供应商必须 点环节上进行分析介绍。 提供与实物相符的材质单、力学性能、无损检测、热 设备简图及设备主要技术参数见图1和表l。 处理等质量证明文件,材料标识应正确、清晰。 2.1主体材料 收稿日期:2015—03—30 1)主体材料(包括筒体、简体端部、顶盖等) 作者简介:郝晓东,男,1986年出生,2013年毕业于太原理工大学,硕 14CrlMoIV锻件(正火+回火),除满足NB/ 士学位,主要从事压力容器制造工艺研究工作。 T47oo8-201o标准口 中的规定外,还应严格按照 ・ 54 ・ 山 西化 工 sxhxgy@163.corn 第35卷 《14CrlMoIV锻件采购技术条件》规定的技术要求 lI v—rr— 进行制造、检验、验收,复验内容及合格要求同样应 符合该技术规定。 I + I 0一l 2)¥32168IV锻件的制造、检验、验收应符合 NB/T47010—2010标准 规定要求,并按TSG R0004固容规中2.11.2要求[5 逐件进行复验。 2.2焊接材料 焊材的采购应遵循NB/T47018.1~7—2O11 图2筒体坡口形式(mm) 3)划出各筒节上的0。、90。、180。、270。十字方位 《承压设备用焊接材料订货技术条件》[6]。 1)用于主体材料的焊接材料均应有合格的化 学成分质量保证书,应采用低氢型焊材,且焊材的回 火脆性敏感性系数应满足:X系数一(10P+5Sb+ 4Sn+As)×10 ≤15×10 的要求。焊材回厂后, 应严格对焊接材料进行合金含量复验。 2)堆焊材料 根据图纸要求采用双层堆焊的工艺,堆焊过渡 层焊带为ER309L,复层焊带为ER347L。堆焊材料 除满足相关标准的规定外,每炉焊带(焊丝)以及每 种焊带(焊丝)和焊剂组合的熔敷金属均应进行化学 成分分析,且应保证堆焊(ER309L+ER347L)的化 学成分能满足要求。 3制造工艺过程控制 3.1简体加工 为保证设备在高温、高压及加氢状态下的耐腐 蚀能力和洁净程度,要求简体内壁堆焊后进行机械 加工,内表面粗糙度Ra≤6.3,环缝对口错边量要求 不大于1.5 mm,整体直线度不大于17 mm[7]。 3.1.1简造流程 锻件复验一基层100 9/6 MT检测一堆焊过渡 层一堆焊面检测(100 PT)一中间热处理一堆焊面 层一堆焊面层检测(100 PT+100 UT)一加工端 面坡口一镗管孔一坡口检测(100 MT)一管孔内 壁堆焊不锈钢层一简体组对一焊接一无损检测一堆 焊环缝及无损检测一组对接管法兰组件一焊缝修 磨、抛光一无损检测。 3.1.2工序控制要点 1)锻件筒体分7段进行制作,每段筒体采用支 撑圈加强后堆焊覆层。其中,过渡层堆焊检测后应 按要求进行消除应力热处理,覆层堆焊后的整体厚 度应满足筒体图纸厚度的加工要求。 2)堆焊后采用车床精加工内壁堆焊层及两端 坡口,坡口型式根据经评定合格焊接工艺确定,焊接 接头详见图2。 线及各管口位置线。管孔采用镗床加工,其位置应 同时满足零件图及管口方位图的要求。 4)防窜滚轮架上卧式组对筒体,每节简体应标 出顺序号,组对按方位线及标记顺序进行。组对过 程中,采用焊检尺、经纬仪对组对后的筒体环缝错边 量及直线度进行控制。 5)简体各环焊缝焊接、堆焊、检测合格后,将内 部环焊缝修磨与母材平齐,并采用抛光轮及细砂布 打磨光洁。 6)制作B类焊接接头的鉴证环试样,并随设备 同炉进行热处理。试样按NB/T47016—2011_8 进行 常温和高温拉伸试验、冲击试验、弯曲试验以及晶间 腐蚀试样制备和试验,合格指标按相应标准规定 执行。 3.2设备简体端部和顶盖 1)锻件复验合格后,按一次图加工至具备堆焊 条件。注意:零件一次加工时,为了保证后续堆焊工 序的方便性,要求“件号20上部顶盖”中 ̄P57衬管 孔、“件号19上部简体端部”中 ̄P27衬管孔及“件号 6下部筒体端部”中 ̄P76衬管孔一次加工时先不钻 孑L,待法兰面堆焊完成后再钻孔,组焊衬管。手工堆 焊没有堆焊的部分。 2)过渡层堆焊完成检测合格后,按工艺要求消 除应力热处理,再堆焊面层并进行检测。二次加工 按照各自零件图要求。 3.3设备总装流程 组对筒体与上下简体端部一基层无损检测 (MT)一堆焊环缝过渡层一无损检测(PT)一中间热 处理一堆焊环缝面层一无损检测(PT+UT)一焊缝 修磨抛光一设备整体热处理一组焊内件及不锈钢接 管法兰组件一无损检测一装配上下顶盖及其他密封 件一水压试验一无损检测一除锈涂漆一外观检验一 发货。 4焊接过程控制 1)设备施焊前应按照NB/T 47014—2011标 2O15年第2期 郝晓东。等:高压加氢反应器制造技术研究 ・ 55 ・ 准 进行焊接工艺评定,根据图样要求以及合格的 焊接工艺和焊工代号。 焊接工艺评定制定设备制作焊接规程。 e)接管组焊采用焊条电弧焊,焊接时应逐层外 2)环缝组对焊接要求 观检查,确认无缺陷后方可焊接下一层。 a)所有焊接接头坡口在施焊前均应进行机械 f)开口接管与简体对接焊接接头边缘距离一 加工,并清除每节筒体坡口两侧100 mm范围内的 般不小于200 mm。 氧化物、油污、熔渣、灰尘、铁粉及其他有害物质,合 g)在焊接过程中,若由于某种原因必须间断焊 格后进行磁粉或渗透检测。对于火焰切割制备的焊 接工作时,应保持焊缝坡口及两侧不小于3倍板厚 接接头坡口表面,其热影响区还应采用机械加工方 的范围内处于200℃~250℃预热温度,直至焊接 法切除。 工作重新开始。否则,在暂停工作时应立即进行消 b)施焊前,应采用预热工装对环缝加热至 氢处理或中间消除应力热处理。 200℃~250℃。焊接过程中,应严格控制层间温 h)所有与主材基体相连接的零件(接管、支持 度不得低于预热温度。 板、吊耳等)均应在焊后热处理之前焊接完毕。热处 c)焊接时,采用埋弧自动焊的焊接方法,尽量 理之后不允许在本体上施焊或引弧。 采用小线能量多层多道焊,有利于减小焊接应力,细 i)B类焊接接头焊接规范参数:手工电弧焊进 化晶粒,改善组织,提高冲击韧性。焊接接头外表面 行定位点焊(定位长度50 mm,间隔150 mm);基层 均不允许存在咬边,不允许用钢印在规定部位作焊 内侧采用手工电弧焊;基层外侧采用埋弧自动焊;基 工的识别标记。 层焊完后再手工焊堆焊过渡层和面层,具体详见 d)作好焊接记录,保证能追踪到每条焊缝的焊 表2参数。 接方法、焊接材料牌号、批号(包括焊丝、焊剂组合)、 表2 B类焊接接头焊接规范参数 3)堆焊技术要求 格;堆焊过渡层与基层结合面以及堆焊面层与过渡 a)简体14CrlMolV堆焊前,采用电加热板工 层的结合面均应按标准进行100%超声波检测,不 装对基层进行全方位预热200℃~250℃,过渡层 允许存在大于25 mm直径的未结合部位,堆焊表面 及面层堆焊厚度按焊接工艺要求。 均进行100 9/6PT渗透检测工级合格。 b)过渡层堆焊完毕并检测合格后,按《热处理 c)设备B类焊接接头应进行100%RT一Ⅱ射线 工艺卡》进行中间消除应力热处理,温度(680± 检测,还应附加100 UT—I超声检测;焊缝表面以 10)℃,保温时间1 h。 及公称直径≥250 mm的接管与长颈法兰、接管与 c)堆焊前,每层焊缝应清理焊缝熔渣、污垢,两 接管或弯头B类焊接接头进行100 MT检测I级 相邻焊道间的凹陷≤2 mm,焊道接头的不平度≤ 合格。 1 mm;堆焊层厚度均匀,表面无夹渣、气孔、裂纹等 d)设备整体消除应力热处理36 h后,B类焊接 缺陷。 接头100 超声检测,所有焊接接头进行100%MT d)严格控制过渡层和面层焊接时的层间温度 检测I级合格;水压试验完成24 h后,所有焊接接 不超过15O℃。 头也应进行100 MT检测。 4)无损检测要求 5)热处理 a)所有坡口应采用机械加工或砂轮机等工具 设备焊前预热温度200℃~250℃,焊后消氢 清除硬化层,然后进行100 MT检测,使之符合 处理温度300℃~350℃,保温时间5 h。锻件 JB/T473O.4-2005规定中I级合格[1 。 14CrlMoIV堆焊过渡层后进行(680±10)℃的消除 b)堆焊基层表面进行100 MT检测I级合 应力热处理。简体与端部法兰装焊完毕内件组装前, ・ 56 ・ 山 西 化 工 sxhxgyr@163.com 电焊机,2002,32(7):32—35. 第35卷 进行整体焊后热处理(PwHT),热处理温度为(600± 10)℃,保温6.5 h。热处理曲线见图3。 、 赠 70o [2]李结木.14CrlMoR钢焊接工艺性研究及应用实践[J]. 中国化工装备,2015(1):23-27. 600 50o [3] 国家能源局.NB/T 47008—2010承压设备用碳素钢和 合金钢锻件Is].北京:新华出版社,2012. [4] 国家能源局.NB/T 47010—2010承压设备用不锈钢和 耐热钢锻件Is].北京:新华出版社,2012. [5] 国家质量监督检验检疫总局.TSG R0004固定式压力 容器安全技术监察规程[S].北京:新华出版社,2010. [6]国家能源局.NB/T47018—201I承压设备用焊接材料 订货技术要求[S].北京:新华出版社,2011. [7] 国家质量监督总局.GB 150—2011压力容器Is].北京: 40o 30o 200 loo 5 结论 本文从高压加氢反应器锻焊设备坡口加工、焊 中国标准出版社,2011. 接、堆焊、无损检测、热处理等重点环节进行严格控 制,设备制作完成后,各项指标均满足设计及生产工 艺要求,对同类设备的制造有一定的参考意义。 [8] 国家能源局.NB/T 47016—2011承压设备产品焊接试 件的力学性能检验Is].北京:新华出版社,2011. [9] 国家能源局.NB/T47014—2011承压设备焊接工艺评 定Is].北京:新华出版社,2011. 参考文献: [1]王文利,党曙听,王迎君.国产14CrlMoR钢的焊接[J] [10]国家发展和改革委员会.JB/T4730.1~6-2005承压设 备无损检测Is].北京:新华出版社,2005. Research on manufacturing technology of high—pressure hydrOgenatiOn reactor HAO Xiaodong,CHEN Haifeng,BAI Guojuan,LI Yapeng (Shanxi Yangmei Chemical Industry Machinery Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030032,China) Abstract:High—pressure hydrogenation reactor is the core equipment in BDO project.According to the structure characteristics of the high pressure forge welding equipment,this article discusses the key control links and the key control points in the manu— facturing process,and adoptes reasonable processing and welding technology to satisfy the safety and efficient performance of the equipment.This article presents certain reference value for similar equipments. Key words:high—pressure hydrogenation;manufacturing process control;welding control;heat—treatment (上接第41页) 2013,261:421—426. [11]I iu Guorui,Liu Wenbin,Cai Zongwei,et a1.Concentra一 tions,profiles,and emission factors of unintentionalIy [123 Liu G R,Zheng M H,Liu W B,et a1.Atomspheric e— mission of PCDD/Fs,PCBs,hexachlorobenzen,and produced persistent organic pollutants in fly ash from coking processesEJ].Journal of Hazardous Materials, pentachlorolbenzene from the coking industry[J].Envi— ron Sci Technol,2009,43:9196—9201. Formation mechanism and emission characteristics of PCDD/Fs from the coking industry LU Zhonghua,ZHAO Yuyang,WEI Li,YUAN Jin (Research Center for Eco-Environmental Science in Shanxi,Taiyuan Shanxi 030009,China) Abstract:Dioxins constitute is a group of persistent organic pollutions that form almost inexorably in all thermal and combus— tion operations.The coking process is considered to be a potential source of dioxins.The results by foreign and domestic re— searchers show that the stack gases and fly ash collected from charging of coal,pushing of coke and quenching the coke are the main production links during the coking process.The de novo synthesis is assumed to be the main formation mechanism.The polychl0rinated dibenzofurans are at much higher concentration than the polychl0rinated in both stack gas and fly ash,and the emission factor of dioxins in stack gas are higher than that in fly ash. Key words:coking industry;PCDD/FsI formation mechanism;emission characteristics 

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