重沸器制造工艺难点分析及改进

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摘要：三甘醇再生橇是天然气经三甘醇脱水后，对三甘醇进行重复再生的装置。此工艺主要在重沸器中完成。重沸器由三部分组成，通过加热段、富液精馏柱、缓冲罐段实现三甘醇的再生。

在该设备的制作过程中，存在很多难点，包括怎样保证精馏柱的垂直度、直线度，加热段烟囱与精馏柱的相对平行度，端法兰密封问题。通过对这些问题分析，在制定工艺时，对这些关键工序、制造难点提出合理的保证措施。保证设备的垂直度、平行度等符合规范要求，保证制造出合格的产品。

关键词：直线度 垂直度 平行度 工艺措施

在批量生产各种规格的重沸器，其中精馏柱段，是具有直径小、高度高即大长径比设备，且该部分的开孔均分布在同一平面，焊接变形大，因此保证其直线度难度较大。缓冲段端面为法兰、法兰盖连接形式。由于重沸器为常压容器，其端法兰直径大、厚度薄，其焊接变形直接影响法兰面的密封。加热段烟囱部分，高度较高，在组对的过程中，要保证烟囱绝对垂直度及精馏柱绝对垂直度，又要保证烟囱与精馏柱的相对平行度，精馏柱一般直径大多φ377、φ426、φ508钢管，长度为5mm左右；缓冲段端面法兰直径在φ1000～φ1200，法兰及法兰盖厚度为16mm；烟囱为φ325～φ377，高度在6mm左右。其结构如图一：

1 精馏柱的直线度

根据相关的标准，整个精馏柱的直线度在总长范围内不超过4mm，每米范围内不超过3mm。

影响精馏柱直线度因素主要有三个方面。其一是原材料的问题，即所采购的钢管自身的弯曲度偏差大，（按标准要求钢管的全长弯曲度应小于总长的15‰mm，每米弯曲度应小于3mm，即为合格钢管）。对于采购入厂的钢管进行测量，其全长弯曲度超出标准规定。第二是精馏柱筒体上开孔布置在同一方位，即在其底部及2米左右分布两个DN250手孔，相应于精馏柱直径属于大直径开孔，即焊缝布置位置集中在同一面，在气割开孔级焊接手孔时会产生一定的焊接变形，将可能导致其直线度在局部范围内超差。第三在焊接前，若能采取相应的减小由焊接引起筒体变形的措施，可减小精馏柱的直线度偏差。

通过多上述原因进行分析，针对影响精馏柱直线度各个因素确定切实可行的保证措施，将直线度偏差控制在允许的范围内。

1.1 从采购过程中入手，对于采购的钢管要求其弯曲度尽量满足钢管的标准要求，或尽量选购弯曲度偏差小的钢管。

1.2 在制造过程中，划出精馏柱筒体的十字等分线，将其放置在平台上，测量其整个弯曲的数值，确定精馏柱筒体的弯曲方向。

1.3 确定手孔的方位：钢管直线度超差一般情况下为弧形弯曲造成。由于钢管本身直线度偏差，在选择手孔的方位时，将其布置在“凸”形位置上，如图二。

1.4 手孔焊接后，通过焊缝收缩来校正部分直线度偏差。

1.5 在手孔焊接前对钢管弯曲度进行校正。

1.6 对于仍超差的采用将筒体两端固定，中间施以外力顶起来校正直线度偏差。

2 精馏柱的垂直度

根据相应的标准，整个精馏柱的垂直度偏差不大于其外径的1%mm。

精馏柱垂直度与整个橇装装置设备就位、安装有直接的关系。在装置安装过程中，首先要进行橇座水平度的找正，合格后设备就位。重沸器就位后对加热段上与精馏柱配对的法兰平面找正，后组对精馏柱测其垂直度。

通过对精馏柱垂直度超差的设备进行技术分析及现场调查，发现在其制作过程中存在以下问题：第一原材料钢管的椭圆度超差，椭圆度的偏差按标准为钢管外径的1%，而现场的过程控制记录为7mm，导致精馏柱筒体与法兰组对时间隙不均匀，焊接后焊缝收缩不一致，使焊接前已经检验合格的设备垂直度在焊接后改变而造成超差；第二组对、焊接的顺序和焊接时机不合理并且制定的规范含糊；第三对于焊接变形没有提前考虑，未制定控制焊接变形的措施。通过对影响精馏柱垂直度的原因分析后，确定了合理的工艺规范，制定改进措施，改进工艺顺序、规范操作、调整参数，保证其垂直度满足要求。

2.1 原材料椭圆度的控制：在选购原材料时控制钢管的椭圆度偏差，控制在5mm左右。

2.2 制造中椭圆度校正：筒体与设备法兰组对前，在

焊接端加支撑圈，减小筒体焊接端椭圆度。使法兰内径与筒体外径之间的组对间隙均匀，且控制在2mm范围内，在经过检验确认后进行点固。

2.3 椭圆度进行校正后，其焊接间隙均匀，焊接时变形减小，降低了由于焊接变形对设备垂直度的影响。

2.4 根据装置的安装顺序，设备就位后找与精馏柱配套的加热段法兰水平，组装精馏柱，将法兰螺栓把紧（利用刚性固定方法控制焊后变形），调整筒体测量其垂直度。合格后采用氩弧焊焊接精馏柱筒体与法兰的第一道焊缝，待温度降至常温后将精馏柱拆除后焊接剩余焊缝。

2.5 在焊接第一道焊缝时，电流不应过大且焊接速度不宜过快，并采用分段跳跃式焊接方式。

3 精馏柱与烟囱的相对平行度

加热段烟囱的垂直度控制与精馏柱的垂直度要求及控制方法基本相同。当精馏柱垂直度及烟囱的垂直度均符合标准要求时，还会出现如下问题。若两者都存在一定的垂直度偏差，当两者的偏差方向相反时，会出现误差叠加，如图三。在视觉上将两者垂直度偏差放大，导致产品不合格。因此在组对烟囱时，应以精馏柱为基准测量其相对平行度，合格后进行组对焊接。

4 端面法兰的焊接

加热段及缓冲段端面采用法兰连接的密封形式。由于法兰厚度一般为16mm较薄，直径在φ1000～φ1200之间，因此必须提前制定措施，防止其因焊接造成法兰密封面变形引起泄露、密封不严。造成该薄法兰密封面变形的主要原因有法兰自身密封面的质量问题、组对间隙大小及均匀程度等原因，因此在加工过程中应从以下几个方面进行控制。

4.1 法兰加工过程控制。在法兰密封面的加工过程中由于法兰环本身刚性不够，装卡时易产生变形，因此要求在密封面加工过程中将法兰盖与法兰进行点焊固定以增加其刚性，减小加工过程中产生的变形。

4.2 组对间隙控制。要求筒体的展开下料尺寸偏差在2mm范围内，对角线长度公差在3mm范围内；筒体卷好后，要求椭圆度控制在6‰范围内；在组对时据实际情况采用各种支撑方式消除椭圆度对组对间隙的影响，保证间隙均匀且保证在2mm范围内；筒体法兰点固时，点固间隔长度要求在130～150mm范围内。

4.3 焊接前，将法兰盖与法兰用螺栓固定。紧固螺栓时需对称操作，防止紧固螺栓时法兰受力不均导致法兰密封面变形。

4.4 规定焊接顺序、焊接时机及焊接参数，进行焊接。施焊时，将外角焊缝在圆周上进行分段，采用对称跳跃式焊接；控制层间温度，在第一遍焊接完毕后需在层间温度低于200℃方能施焊下一遍。

5 效果检查

设备焊接安装工作完毕后，质检人员对整个精馏柱的直线度、垂直度以及二者的相对平行度进行测量，直线度及垂直度偏差以及精馏柱与烟囱的相对平行度均控制在标准要求的范围内。在总体的水压试验当中，端面法兰密封良好，未出现渗漏的情况。

6 总结

通过对重沸器工艺的改进，对以后类似设备的制造积累了一定的经验。在编制工艺时，对于设备制造中的关键点、关键工序在技术准备阶段制定严谨的组装及焊接工艺，对于可能出现的问题提前做出预控方案，并在制作过程中不断完善。在执行过程中，严格按规范要求进行操作，同时规范质量传递卡、焊接记录的填写，严格控制制造工艺过程，保证设备制造质量。