连续重整反应器的制造和检验*

芦富仓

(青岛兰石重型机械设备有限公司，山东青岛 266426)

连续重整反应器的制造和检验*

芦富仓

(青岛兰石重型机械设备有限公司，山东青岛 266426)

以某连续重整反应器制造为例，介绍了连续重整反应器的制造技术要点、无损检测技术要求以及制造过程中应注意的问题，为制造连续重整反应器以及制造类似压力容器产品的制造工艺和产品制造质量控制方面提供参考，为连续重整反应器国产化提供制造经验。

连续重整反应器;材料;制造;检验

1 概述

重整反应器是炼油化工装置中的核心设备，工作在高温、临氢环境下，对材料的氢腐蚀、氢脆、回火脆化和蠕变脆化等性能提出了很高的要求。所以壳体一般采用Cr－Mo钢材料，内件大多采用不锈钢。而连续重整反应器是采用美国UOP的专利技术通过不同规格的变径段将4台分置的重整反应器链接为一个整体，使4台反应器即发生独立的反应，又使催化剂通过催化剂输送管在反应器内连续流动，而使其成为一个整体。由于催化剂特别的昂贵，对反应器内件精度制造要求很高，对设备制造工艺及质量的保证提出了很高的要求。笔者以1996年某厂制造的国内第一台连续重整反应器为例，介绍其制造工艺及质量控制要点等内容。

(1)设备参数 直径:Φ1950×26+Φ2000×26+ Φ2100×30+Φ2600×36，总长约40 m。材料:1.25Cr－0.5Mo－Si;介质:HC，H2;重量:106 519 kg。

(2)设备结构简述 设备主体由筒体、上下椭圆封头、内部中间平底封头及3个大变径段组成，变径段上分布着12个马鞍形接管法兰及底部裙座组成;内件主要由催化剂输送管、4个不锈钢中心管、4个中心管支座及沿筒壁均匀分布的扇形筒构成。

2 关键零部件制造［1-3］

2.1 筒体、锥体和封头

(1)筒体 该反应器由于要求非常严格，1 m长度范围≤1 mm，总体直线度≤10 mm，圆度≤3 mm，纵缝错变量≤2 mm，所以在筒体划线和下料环节严格控制筒体下料尺寸，控制下料尺寸工差±3 mm;控制焊接变形，在筒体校园合格后，对筒体上下口加支撑圈撑园，保证圆度，以便于筒体上立车找正加工环缝坡口，保证环缝坡口端面与筒体中心线垂直。

(2)锥体 锥体的制造质量直接关系到反应器直线度能否得到保证，由于锥体采用分瓣瓦片制造，瓦片采用冷成型工艺，在油压机上沿母线一点点压制成型;为此首先对瓦片下料尺寸进行了严格控制:一是控制母线长度，二是控制对角线长度工差，三是控制锥体大小口弧长，并在瓦片成型后用样板严格检查曲率;在瓦片相互组对时，严格控制错边量，控制焊接变形;在校园时，用样板检查曲率，合格后加支撑圈撑园保证圆度，便于锥体上立车加工环缝坡口，在上立车加工前，控制锥体四条母线距平台垂线的距离相等，且保证上下口端面垂直于锥体中心线。

(3)封头成型及其热处理 该设备上下封头为椭圆形封头，设备内部有3个中间平底封头将反应器分割成四部分，成为4个独立反应的设备。

连续重整反应器上、下封头均为椭圆形封头，设备内部有3个(平底)中间封头如图1所示，为了保证封头的最小厚度，考虑到封头冲压减薄量、热成形及正火加热等高温氧化的工艺减薄，封头板实际用料厚度均比图样名义厚度增加了10%的余量。

椭圆形封头和平底封头都采用整体下料热成型，热成型后进行正火(加速冷却)+回火处理，封头热处理时需带母材试板;热处理时主要需控制封头冷却速度，使其快速冷却，确保封头得到需要的力学性能、弯曲性能和抗回火脆化性。

图1 中间平底封头防变形简图

对中间平底封头还必须控制其尺寸精度，一方面要保证封头成型后最小厚度大于其名义厚度，所以考虑给封头增加了工艺余量，另一方面在封头成型时控制尺寸及形状，封头成型后热处理时加支撑防止其发生变形，保证封头成型后的尺寸精度和形状;封头检查合格后，进行二次划线，确定检查线，在立车加工时以检查线找平，保证加工后封头底部内孔与封头外圆面两者同心。

(4)斜马鞍形接管法兰加工 斜马鞍形法兰加工采用自主研发的斜马鞍加工装置，在卧式车床上加工，机加工后用专用量具严格检查几何尺寸，最终尺寸符合装配要求。

2.2 装配尺寸控制

(1)中间封头与加强环装配尺寸控制 中间封头与加强环放在平台上组对，用角尺和平尺测量加强环上表面与平台的距离保证同一高度后点焊固定，焊后再测一次尺寸，确定焊后未发生变形，然后转立车加工。

(2)筒体与锥体组对、中间封头与筒体组对尺寸控制 筒体与筒体组对时严格控制组对间隙和错边量，并保证筒体直线度，焊后再复测几何尺寸;筒体与锥体组对时，保证筒体与锥体端面平行，锥体中心线与筒体中心线重合，同心度误差不超过3 mm。

中间封头与筒体组对时，先以筒体端面为基准，在筒体内表面划出中间封头位置线，在4条心线上点固定位板，在组装中间封头时保证将中间封头定位，并且控制中间封头与筒体之间的间隙，使中间封头与筒体同心，将中间封头点焊牢固后进行焊接。

2.3 内件加工尺寸控制

反应器内件尺寸尺寸精度控制的好坏直接关系到反应器的反应效率。内件主要有催化剂收集器、外支撑圈、中心管支座和催化剂输送管。催化剂收集器和外支撑圈主要靠数控切割机进行加工，并在装配时采用设计的专用工装保证几何尺寸。中心管支座由不锈钢材料制作而成，主要是防止焊接变形，所以组装后焊接时按照合理的焊接顺序，采用小规范对称焊的工艺，焊接过程严格检查焊接规范和尺寸，保证变形控制在合理范围内;中心管支座的机加工均在焊后进行加工，以保证法兰密封面和内筒的垂直度;催化剂输送管主要是在制作完成后，将输送管内表面焊接接头部位打磨光滑，以便催化剂可顺利通过输送管而不至于损坏催化剂。

3 焊接质量控制

连续重整反应器焊接控制主要是控制焊接变形，以保证设备极高的制造精度。防变形主要是控制锥体的焊接变形和内件的焊接变形。

3.1 锥体和筒体焊接变形控制

由于锥体焊后因设备所限无法进行校园，所以锥体纵缝焊接变形控制主要从以下几个方面进行控制:①采用合理的坡口形式，内坡口为V形，外坡口为U形如图2所示;②采合理的焊接方法和焊接顺序;③给锥体加内支撑圈，焊后消除应力热处理，防止焊接变形。

由于锥体和筒体均采用1.25Cr0.5MoSi材料，这种材料焊接的关键是焊前预热和焊后立即消除应力热处理，按焊接工艺要求，焊前预热温度为150～200℃，层间温度不大于300℃。

图2 锥体纵缝坡口及焊接顺序简图

3.2 马鞍形接管与锥体焊接控制

马鞍形接管与锥体和筒体焊接主要是防止焊接过程中锥体和筒体的塌腰，为此在焊接前在每个接管位置增加环向支撑，增强筒体和锥体的刚性，并在焊后进行消除应力热处理，从而保证了锥体和筒体的圆度。

3.3 中心管支座焊接控制

中心管支座是连续重整反应器制造精度要求很高的关键内件，采用不锈钢材料制作，所以焊接变形控制主要采用:①制定合适的焊接工艺，操作时应该按工艺要求进行焊接;②选择合理的焊接规范，小电流、快速、多道手工焊接，使层间温度控制在50℃以下;③制定合理的焊接顺序，如对称焊。

4 热处理控制

在连续重整反应器制造过程中，进行的热处理主要有焊后消氢热处理、零部件焊后中间消除应力热处理、最终焊后热处理封头热成型后恢复性能热处理。

4.1 焊后消氢处理

对于Cr－Mo材料，为保证焊缝内部的氢完全溢出，在焊缝焊接完毕后，立即将其加热到300℃左右并保温3 h的消氢热处理，以使焊缝内部的残余氢完全溢出，避免氢的聚集而造成氢脆。

4.2 中间消除应力热处理

由于冷卷筒体及锥体的纵缝以及接管与壳体相焊的焊缝应力较大，必需在焊后进行中间消除应力热处理以消除焊接应力，进行中间消除应力热处理主要考虑以下几个方面:①零部件在中间热处理时应控制装炉温度，使装炉温度保证在400℃以下，防止零部件变形;②升温时控制升温速度，以≤80℃/h的速度升温;锥体及筒体消除应力热处理温度控制在680℃× 1.5 h，壳体与接管中间焊后热处理温度控制在610℃×1.0 h;③还应考虑筒体和锥体纵缝进行焊后中间消除应力热处理，便于筒体和锥体下序进行冷校园。

(1)产品最终焊后热处理 由于该设备总长近40 m，无法整体进炉，所以采用了分段进炉最终热处理，由于该设备是将四台反应器重叠在一起，所以在产品最终热处理时，将第一、第二反应器组焊为一段，第三、第四反应器组焊为一段，分别进炉进行最终热处理，最后将两段组对焊接后，对环缝进行局部电加热焊后热处理。

在进行最终热处理需要考虑防止设备的变形，所以应在设备热处理前在设备内部加装支撑，使设备上的大接管处于合适的位置，并且应合理布置设备支撑件(炉桩)，在设备内部加装支撑的位置必需设置设备支撑件，以防设备的变形;合理布置热电偶，确保设备壁温达到工艺规范要求;使随炉焊接试件放置于合适位置，确保焊接试件处理温度符合工艺要求。

(2)产品最终热处理温度和保温时间为:(680～700)℃×4 h，如表1所列。产品纵缝焊接试件力学和弯曲性能如表2所列。

表1 最终热处理温度及时间

表2 产品焊接试件力学及弯曲性能试验数据

5 无损检测［4-5］

5.1 纵缝及环缝的射线探伤检测

该产品上所有的纵缝、环缝及裙座上的Cr－Mo钢焊缝，在中间退火后，均按JB/T4730进行了100%的射线检测，Ⅱ级合格。

5.2 纵缝与环缝及接管与壳体对接焊缝的超声波探

伤检测

设备壳体上的对接纵缝、对接环缝及接管与壳体对接焊缝在设备最终热处理前和水压试验后，均按JB/T4730进行了100%的超声波检测，Ⅰ级合格。

5.3 焊缝表面无损检测

(1)所有Cr－Mo钢焊缝焊接坡口制成后，均按JB/T4730/T进行了磁粉探伤检测，Ⅱ及合格。

(2)设备上所有的纵缝、环缝及裙座上的Cr－Mo钢焊缝表面、接管与壳体对接焊缝表面在设备最终热处理前后及水压试验后，均按 JB/T4730进行了100%的磁粉探伤检测，Ⅱ级合格。

(3)预焊件与壳体相焊的角焊缝在设备最终热处理前后及水压试验后，均按 JB/T4730进行了100%的磁粉探伤检测，Ⅱ级合格。

(4)设备上临时性附件去除后的表面，在设备最终热处理前后及水压试验后，均按JB/T4730进行了100%的磁粉探伤检测，Ⅱ级合格。

(5)热成型的封头经正火(加速冷却)+回火处理后，进行了全面积的超声波探伤检查，按JB/T4730Ⅰ级验收合格。

(6)设备上所有返修焊缝在返修后进行中间热处理，热处理后重新进行MT、UT和RT检测，设备上焊缝最多返修次数为2次。

6 硬度检测

设备在最终热处理后，对承压焊缝进行了硬度测定，图样要求硬度≤225 HB，经实测，主焊缝硬度为136～180 HB，主焊缝热影响区硬度为133～183 HB，接管与壳体对接焊缝硬度为140～155 HB，热影响区硬度为138～160 HB，符合图样要求。

7 液压试验

(1)压力试验用液体采用干净清洁的水，做为试验用介质;

(2)试验时将两个量程相同的经效验合格的压力表设置于最高位置，并在最高处设置排气孔，充水时将反应器内的空气排净;

(3)试验过程中应观察反应器表面，尤其是焊缝表面和密封面位置，保证始终保持干燥;

(4)试验时压力缓慢上升，至3.72 MPa，保压时间为60 min。对所有焊接接头和连接部位检查合格后，然后将压力降至2.98 MPa，保压10 min，再次对焊接接头和连接部位进行检查，合格后泄压。

(5)液压试验完成后，将试压用水排干净，并用压缩空气将内部吹干。

8 结语

连续重整反应器的制造，主要取决于设计质量、制造工艺、制造过程质量控制等方面，还需开发新工艺来保证制造质量，从而使反应器的制造质量达到设计要求，保证反应器可靠运行。

(1)产品制造过程中，应严格检查和控制零部件的制造质量，以保证产品总装质量符合设计要求;

(2)产品焊接过程中，对焊前预热、焊后消氢、中间消除应力热处理及焊后热处理应严格控制，并应严格执行规定的焊接顺序进行施焊;

(3)零部件及产品在中间热处理及焊后热处理时，应做好防变形措施，防止零部件及产品变形。

［1］ TSG R0004－2009，固定式压力容器安全技术监察规程［S］.

［2］ GB150.1～150.4－2011，压力容器标准［S］.

［3］ NB/T47015－2011，压力容器焊接规程［S］.

［4］ ASME Boiler＆Pressure Vessel Code，SectionⅧ，Rulers for Construction of Pressure Vessel Division 1［Z］.2010.

［5］ 丁伯明.钢制压力容器——设计、制造与检验［M］.上海:华东化工学院出版社，1992.

Manufacture and Inspection for CCR Reactor

LU Fu－cang
(Qingdao LS Heavy Machinery Equipment Co.，Ltd，Qingdao Shandong 266426，China)

Taking CCR reactor as example，manufacturing technical points，NDT technical requirements and problems in manufacturing process are introduced in this paper.The purpose is to provide manufacture experience for CCR reactor manufacturer in manufacturing process and quality control.

CCR reactor;material;manufacture;inspection

TM89

A

1007－4414(2013)05－0174－03

2013－10－08

芦富仓(1963－)，男，甘肃兰州人，工程师，主要从事产品制造及产品制造质量控制方面的工作。