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阐述大型纯钛塔器制造过程

2020-10-23 180 上传者：管理员

摘要：针对大型纯钛塔器的特点，分析了制造难点，从大直径薄壁活套密封环加工、筒体排版、圆度控制、焊接控制、尺寸控制、包装运输等方面对设备制造过程进行了阐述，并提出了合理可行的制造方案，保证了整体塔器的几何尺寸和焊接质量，可为同类设备制造提供借鉴和参考。

关键词：
制造工艺
塔器
焊接
焊接质量
燃料化工
筒体
钛材
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塔类设备作为压力容器设备中的一种，在石油化工行业中各个装置中有着非常广泛的应用，是这些装置中的核心设备，直接影响着整个装置的高效运行和安全使用。

钛具有优良的耐腐蚀性能、力学性能和工艺性能，被广泛应用于国民经济各个领域。特别是在化工生产中，用钛代替不锈钢、镍基合金和其他稀有金属作为耐腐蚀材料[1,2]。

1、产品结构简介

近年洛阳双瑞特种装备有限公司承制了一台大型纯钛塔器，该设备为某化工厂离子膜烧碱装置氯气处理及压缩单元用的氯气洗涤塔。

该设备为改造设备，原设计为碳钢内衬橡胶结构，现改为纯钛结构。

设备工艺原理:从电槽出来的湿氯气进入氯气洗涤塔，氯气由冷却循环氯水逆流接触，对氯气进行洗涤和冷却。氯气夹带的蒸汽约90%被冷凝下来，并且氯气中所含的盐水水雾与蒸汽冷凝液一起被脱除;氯气处理能力9170m3/h。

设备主要设计参数如下:介质为湿Cl2(高度危害);工作温度<90℃;工作压力0.018MPa;设计温度90℃;设计压力0.09MPa;试验压力0.27MPa(卧);主体材料TA2;规格型号直径3200mm、壁厚12mm、长13970mm;设备净质量36440kg(含填料);设计寿命20年。

设备简图如图1所示。该设备主要由筒体、封头、法兰、接管等零部件构成。其中设备下封头为平板，采用加强筋井字支撑;设备连接部分采用活套法兰连接;设备内填2层陶瓷拉西环，由栅板支撑。

图1设备简图

2、制造要求及难点

(1)大直径薄壁活套密封环的加工及焊接。密封环如何加工、如何控制焊接变形，以保证设备最终的可靠密封。

(2)设备整体性能保证。设备直径大、壁厚小，刚性较差，如何保证筒体椭圆度、直线度;接管及内外焊接件较多，如何通过合理排版避开纵环缝;如何避免各段筒节误差累计，以保证设备最终尺寸要求。

(3)焊缝保护及焊接变形控制。钛极易氧化，如何对纵环缝、角缝等进行充分保护，如何进行合理的坡口设计，如何选择合理的装配焊接顺序，以方便焊接且变形较小。

3、制造工艺

3.1密封环加工及焊接

密封环、法兰、筒体连接方式如图2所示。

图2密封环、法兰、筒体连接示意

由于设备直径大，密封环宽度小，且密封环与筒体组焊后变形难以控制，因此密封环焊后整体加工困难。同时考虑到设备压力低，密封环刚性差，焊后变形可通过活套法兰螺栓紧固修正，故对密封环采取先加工后组焊的方案。

根据密封环尺寸选择3.4m立车加工，但该立车旋转平台尺寸<3.2m，密封环不能直接放置在平台上。经测量，车床立柱至旋转平台中心距离约为1780mm，故可通过工装扩展旋转平台尺寸，以满足密封环加工。采用直径大于密封环尺寸的圆盘通过螺栓和压板与机床旋转平台固定，圆盘见平后放置密封环，从而实现密封环的加工。密封环加工方案如图3所示。

图3密封环加工方案示意

3.2主要部件制造工艺控制

(1)筒体排版。由于塔体直径大、壁厚小，易变形为椭圆，不易组对，且塔体上内外零部件多，加工过程中最大限度地减少焊缝，不但可以使塔体直线度、总长等尺寸较易保证，还能使开孔及内外件避开焊缝，因此考虑采用定尺宽钛板。根据钛板供应商的生产能力及塔器开孔位置，对筒体进行了排版，排版图如图4所示。

图4筒体排版图

(2)筒体圆度控制。下料时单边留出5mm刨边余量，便于刨边时进一步找正板料，同时去除下料时的氧化层。刨边后控制板料对角线误差≤2mm。

筒体卷制前应将卷板机辊子清理干净，卷制时先采用垫板对板料两端进行预弯，避免卷制后纵缝两侧产生直边段。卷圆时，采用少压多滚的原则，逐次调整上压辊的下压量，严格控制筒体纵缝棱角。

(3)其余控制。塔器内件统一排版后，采用水切割净尺寸下料，避免下料氧化及二次加工;考虑到设备运行过程中的振动，内部填料格栅支撑仅起支撑作用，故对支撑筋板满焊，而环形支撑圈与塔体点焊，避免设备运行中焊缝开裂。

接管采取正公差组对，保证焊接收缩后的外伸高度尺寸满足图纸要求;同时根据内件安装方位，确定塔器放置的合理方向。

3.3焊接控制

钛材的焊接应有清洁的环境，最好在独立的钛加工车间进行，满足标准要求，并与其他作业区分隔开[3,4]。

(1)焊接方法。根据产品特点及尺寸，纵缝选择等离子焊接，提高效率且焊接质量好;环缝由于尺寸限制采用氩弧焊，便于操作实施。

(2)焊接坡口设计。坡口设计的原则是可焊接、能焊透、便于焊接保护;根据此原则环缝采用双面坡口，减少焊接量，减少焊接变形;接管与塔体的D类焊缝采用内坡口加外侧焊角;内件角焊缝根部焊透，并要求焊角饱满。