Ø9600 mm超大型费托合成反应器的制造

刘娟李秀慧 李月 王冬梅

（大连金州重型机器集团有限公司)

Ø9600 mm超大型费托合成反应器的制造

刘娟*李秀慧 李月 王冬梅

（大连金州重型机器集团有限公司)

主要介绍了Ø9600 mm超大型费托合成反应器的制造工艺，包括厚壁筒体、封头的压制成型，反应器的预组装和现场组装方法，以及焊接工艺和防变形的支撑工装。

反应器 焊接 组装 封头 支撑工装 费托合成

1923年，德国科学家费歇尔和托普斯发现，合成气在铁基催化剂下可转化成液体燃料。这一过程被称之为F-T（费托）合成，实现这一反应的装置被称为费托反应器。

鉴于我国油气资源贫乏而煤炭资源丰富的情况，可采用煤为原料制成合成气，然后再经费托法合成并精制为合成油，这一煤制油工艺能极大缓解我国油品紧张的情况。在煤制油工艺中，合成气转化为油的反应是在费托反应器中完成的，因而费托反应器在煤制油过程中是非常关键的设备。

2013年，大连金州重型机器集团有限公司承揽了4台费托反应器。该反应器是国内首台规格尺寸最大、制造精度高的超大型装置。本文详细介绍了该超大型设备——费托反应器的制造工艺。

1 结构特点

该超大型设备——费托反应器不仅技术要求高，而且制造难度大。产品筒体材料为SA-387Gr11Cl2调质钢板，内径9600 mm，壁厚132 mm，由21节筒节组成，总高61 500 mm；封头材料为SA-387Gr11Cl2调质钢板，壁厚92 mm，由15片组成。该反应器的结构如图1所示。

图1 费托合成反应器的结构

反应器主要技术参数如表1所示。

2 工艺方案确定

由于筒体和封头直径过大，制造和运输都是难题。若在公司内制造完成，然后再发运现场，陆地运输受限；若全部在用户现场制造，现场又缺少如刨边机、油压机、大型车床等制造设备。鉴于此种情况，最终确定在公司内分片压型，然后在现场组装焊接。

表1 反应器主要技术参数

3 公司内制造

3.1 筒节瓦片的压型

筒节采取分3片中温成型。下料号出环缝坡口线，按图2刨出环缝坡口，且控制好每一片的长度、对角线偏差、压头直边预留量。根据钢板厚度先将2000 t油压机三辊间隙调好，上辊的升降应与其它两辊相平行，避免一端重一端轻。把钢板吊到油压机上预弯，预弯后的钢板用半自动切割机切去压头的直边部分，同时按图3割出纵缝坡口，注意留出纵缝焊接收缩量，清理切口熔渣。将钢板再次吊到油压机上，在上下辊之间放正，使板材的边沿与筒节的轴中心线平行，以防滚圆后瓦片的边沿歪斜量过大。放好后可以继续弯卷，弯卷时必须施加一定的过卷量，并在规定的曲率下往复卷动几次。钢板卷圆时，用（1/6）Di的圆弧样板随时检查，以保证其间隙在2 mm范围之内。这样三片瓦片全压好了。

图2 环缝坡口

图3 纵缝坡口

为现场组装方便，同时满足几何尺寸精度，先在公司内预组装单节筒节，检查错边量要小于等于2.4 mm，圆度小于等于25 mm，端面平行度2 mm，若有不满足要求的，应再到油压机上校型。筒节标识出上下端，每条纵缝两边分别标出A-A、B-B、C-C的字样。用砂轮打磨筒节纵坡口，纵环焊缝坡口经MT检测合格后，分单片放在凹形工装上发运至现场。

3.2 封头瓣片的压型

同筒体一样，封头的成型也要分瓣进行。采用球罐结构将封头分成温带和极带两带，温带板共12片，极带板包括2片极边板、1片极中板。第1次下毛坯料，带温逐片油压，随时用（1/6）Di的圆弧样板检查，间隙要小于等于2 mm。形状偏差符合要求后进行第2次下料。第2次下料采用该公司相同带的板可以互换安装的多点法技术，划出切割线和检查线。火焰一次切割出X形坡口，检查切割后的每片板长度、宽度、对角线及曲率偏差都满足GB 12337—2008的要求。打磨瓣片坡口及周边，经UT、MT检测合格即可发往现场。

4 现场组装焊接

4.1 筒体的制造

单节筒节在现场采用立式组装。为方便人员的进出，在场地先设置好6个400 mm高的圆柱垫墩，按在公司内标识好的顺序将筒节的1片吊到垫墩上立放，再吊第2片、第3片，慢慢调整位置，直到错边量小于等于2.4 mm。然后点焊，中间用两层分别有6个腿的型钢支撑固定，瓦片与支撑用拉筋板连接为一体，瓦片与瓦片之间也用拉筋连接定位，见图4。

焊前预热：从两面将焊缝及两侧150 mm范围用α加热排包住，加热到150℃以上。

焊接：纵缝内外全采用手工立向上焊接，焊接顺序为先焊接外侧，内部清根，再焊接内部。焊接过程中要保持温度不低于预热温度150℃，且不高于允许的最高层间温度280℃。焊后立即进行300～350℃/3h消氢处理。消氢处理后立即用石棉覆盖，保温缓冷。

图4 筒节内支撑

探伤检查：焊接完成24 h后打磨焊缝，进行100%UT、100%MT、100%TOFD检测，按JB/T 4730—2005标准，级别分别为Ⅰ、Ⅰ、Ⅱ级检验合格。

如此21节筒体全部制造好。除第1节、第21节之外，其余分成5段组对焊接。筒体环缝的焊接除坡口形式为U形坡口、焊接方法内外都采用埋弧焊、焊接位置为平焊之外，其余如焊前预热、焊后消氢、清理和无损检测等基本与纵缝相同，在此不再一一叙述。

对于5段筒体分别进行号线、开孔、组对焊接各接管，经检验合格后，进炉进行最终热处理，以消除焊接应力、结构应力，获得最佳的母材、焊缝抗回火脆化性能和理想的综合力学性能。热处理工艺如图5所示。

图5 热处理工艺

4.2 封头的制造

组装：在组对封头瓣片之前，先在工作平台上划出Ø9600 mm的圆，将圆平分成12份，沿圆周点焊定位块，圆周内架支撑架，吊温带板按12等份位置立放在定位块与支撑之间，调整每一块板之间的间隙小于等于2 mm，错边量小于等于3 mm，大口圆度小于等于15 mm。用2 m的曲率样板检验，任何部位的间隙小于等于2 mm。检验全部合格后，点焊背板固定焊缝。背板要选用与封头材质相同的材料，点焊前预热到150℃。至此温带板组装完毕，接下来可以准备焊接。

焊接前预热，用测温枪检查是否达到规定温度。

焊接：温带板之间的焊接与筒体纵缝的焊接方法和顺序相同，内外都采用手工立向上焊，先外部再内部。3片极带板要先在工作台上组对焊接好，再吊放到焊好的温带板上，同样调整极带板与温带板的间隙、错边量和圆度等几何尺寸符合要求后就可以焊接了。焊后须消氢，并探伤检查合格。

4.3 筒体与封头合拢

将第1节、第21节筒节分别与上、下封头组对焊接和检验，并按管口方位图开孔焊接管。这样上下封头部件就制造好了。部件按图5工艺进炉进行最终热处理。

至此设备的7段已经全制造好了，剩下就是合拢6道环缝了。先从下至上顺序卧式合拢，最后立式合拢上封头组件。6道环缝采用局部热处理，其工艺如图6所示。

图6 局部热处理工艺

5 结束语

对于超大型设备制造，采用制造厂内分片压型，现场焊接，既降低了制造难度又克服了运输难题。同时我公司自行设计的筒体压型及现场组对工装，既能保证筒体组装的尺寸精度，又能保证现场筒节组对时的安全。

这4台费托合成反应器的顺利交货，既填补了我国超大型设备制造运输的空白，也标志着我公司具备了制造超大型设备的能力，其技术达到了世界先进水平。

Construction of the Super-large Ø9600 mm F-T Reactor

Liu Juan Li Xiuhui Li Yue Wang Dongmei

The construction of a super-large Ø9600 mm F-T reactor is described,including the forming of the thick shell and head,as well as its pre-assembly and field assembly,followed by the introduction of the welding process and support tooling.

Reactor;Welding;Assembly;Head;Support tooling;Fischer-Tropsch synthesis

TQ 052.6

2015-01-04）

*刘娟，女，1977年生，工程师。大连市，116100。