大直径整体多层包扎设备制造技术

左卫锋

(石家庄正元塔器设备有限公司，河北石家庄 052165)

整体多层包扎式高压容器是目前国内氮肥行业应用比较广泛的高压容器。其设备结构一般是采用厚15～30 mm的钢板卷焊成内筒，外层用6～12 mm的层板包扎在内筒上，并以1条或2～3条纵缝将层板连接成整体，这样逐层包扎焊接，直至达到设计要求的厚度。层板厚度为12 mm、直径大于2 000 mm的整体多层包扎容器的包扎难度较大，在制作时需要选择合理的制造工艺和检验措施,才能使包扎质量得到有效控制，以满足标准要求。

1 设备结构特点

DN 2400 mm氨合成塔是由球底封头、包扎筒体、端部法兰、大盖等部件组成。筒体采用整体多层包扎结构，其中内筒体材质为Q345R，厚度为24 mm，长度为16 400 mm；层板材质为Q345R，厚度为12 mm，共13层。

2 主要制造工艺技术要求

2.1 端部法兰的加工

端部法兰内径加工应在内筒体成形并实测内筒体外圆周长后进行，保证端部法兰与内筒体对接时外径平齐。端部法兰主螺栓孔采用机床加工时，应选用加工精度和运动精度满足加工要求的机床，避免因机床的加工精度和运动精度存在误差而造成高压螺纹加工不合格。螺纹加工前，应按图纸尺寸加工一螺纹模拟试件，检验螺纹时除采用检验专用的通规、止规外，还应用成品螺柱进行试装配。

2.2 球形封头的加工

压制后的球形封头一般会存在形状及尺寸偏差，再加上封头焊接支撑环板、厚壁接管等附件，整个组件焊后会产生微量焊接变形，因此，与底座相接触的环板平面以及与内筒体配合的端口直径尺寸应在球封组件焊接和热处理后加工。

2.3 内筒体的制造

(1) 内筒筒节成形。内筒A类焊接接头对口错变量b1≤1.0 mm，A类焊接接头处形成的棱角E1，用弦长为1/6Di(筒体内直径)且≥300 mm的内样板或外样板检查，其E1高度≤1.5 mm；外圆周长允差≤0.3%Di，且≤3 mm；同一断面上最大内径与最小内径的差值，即(Dimax-Dimin)≤0.4%Di，且≤5 mm。

(2) 内筒筒节组焊。内筒筒节组对时，相邻筒节A类接头中心的距离应>100 mm；内筒B类焊接接头的对口错变量b2≤1.5 mm；内筒B类接头形成的棱角E2，用长度≥300 mm的直尺检查，其E2高度≤1.5 mm；组焊后内筒的直线度允差<筒体长度的0.1%，且≤6 mm。

2.4 层板的制造

(1) 层板允许拼接，拼接块数≤3块，且最小拼接宽度≥500 mm，拼接接头两表面必须打磨与母材平齐。

(2) 层板周向尺寸应按所包扎内层筒体的实测周长下料。周长在对接间隙后，只允许为负偏差，且数值≤3 mm；层板的内半径应略小于内层筒体的外半径，这样包扎时有利于贴紧内层筒体。

(3) 每块层板的两端端面200 mm处应钻Φ6 mm泄放孔。

2.5 层板包扎

(1) 层板包扎前，应先清除层板上的铁锈、油污等杂物，以免影响层板贴合，最好用喷砂净化法。

(2) 层板环向接头与上下相邻内筒或层板的环向接头相互错开，错开的最小距离Lmin≥设计图样给定的距离。

(3) 层板纵向接头应均匀错开，要求与上下两层相邻的纵向接头以及同层层板相邻的纵向接头夹角α>由图样给出的αmin。

(4) 层板纵向接头间隙P1在6～14 mm，层板环向接头间隙P2在6～8 mm。

(5) 层板松动面积的控制。对于内直径Di不大于1 000 mm的包扎容器，每一松动的部位，沿环向长度≤0.3Di，沿轴向长度应≤600 mm；对于内直径Di大于1 000 mm的包扎容器，每一松动的部位，沿环向长度应≤300 mm，沿轴向长度应≤600 mm。

2.6 筒体与端部法兰或封头的连接

(1) 内筒与端部体法兰或封头的连接，其对口错变量b3≤1.0 mm。

(2) 层板与端部法兰或封头的连接，其对口错变量b4≤0.8 mm。

2.7 焊接

(1) 施焊前，应按NB/T 47014—2011的规定进行焊接工艺评定。

(2) 焊接工艺规程应按NB/T 47015—2011的规定、图样技术要求及合格的焊接工艺评定制定。

(3) 内筒体纵缝焊接时，应制备产品焊接试板，试板性能检验按《固定式压力容器安全技术监察规程》和《承压设备产品焊接试件的力学性能检验》进行。

3 制造过程中的工艺技术细节

(1) 为保证内筒体的椭圆度及筒体之间的对口错边量满足HG 3129—1998标准要求，内筒体一般采用机械刨边的加工工艺进行下料。为了保证棱角度，端头一般要进行预弯，避免带直边进行筒体卷校圆。

(2) 为防止包扎层板时外界包扎力使内筒体变形，应在筒体内放置支撑工装。支撑工装应均布在筒体内，一般每节层板宽度尺寸内放置的支撑工装数量应>2件。

(3) 包扎时每层层板一次全部套入，最后一节层板宽度应实测且考虑环缝对接间隙后进行确定。

(4) 层板套好后，用包扎机上的预紧钢丝绳进行预紧，用铜锤自下而上进行四周锤击，以消除层板的贴合间隙；同一层层板调整组对完毕后，先焊层板的纵缝，纵缝全部焊完后再焊接环缝。

4 检验的控制要求

(1) 端部法兰主螺栓孔采用机床加工时，应对机床的加工精度及运动精度进行检验。加工前，可按图纸加工一模拟试件，对试件进行检验，检验螺纹时除采用检验专用的通规、止规外，还应用成品螺柱进行试装配，看是否能满足装配要求。检验内螺纹的通规、止规的旋合长度通常为30～40 mm；如果机床运动精度有细微偏差，在旋合长度40 mm范围内可能不会检出加工时产生的累计误差。《大直径双头螺柱》中M140×4-6g的螺柱螺纹旋合长度为215 mm；如果加工的细微偏差在215 mm长度范围内，累计超出螺纹旋合干涉公差范围，螺柱在装配时就会产生螺纹干涉不能完全旋合，因此，检验高压内螺纹除用标准的通规、止规外，还必须用成品螺柱进行装配检验。

(2) 每节层板上是否按要求加工了泄放孔。当内筒由于腐蚀原因发生泄漏时，介质能够通过泄放孔漏出，通过泄放孔能够及早发现并及时处理，防止恶性事故发生，因此，在包扎前一定要确认每节层板是否已经加工有泄放孔。

(3) 层板的表面是否有铁锈、油污、结疤等影响贴合的表面质量缺陷，以免影响包扎的贴合质量。

(4) 每节层板的端头均要进行预弯，层板卷校圆必须按照层板位置实际直径进行预弯，并制作检验样板进行检验。

(5) 包扎层板环向接头的错开距离、纵向接头的错开角度均应满足图纸、标准的要求。

(6) 包扎层板松动面积检查，为方便检查松动面积及确认范围，可在待检的层板上划检验“井”字网格线。根据松动面积的控制要求，每一长方格大小一般沿轴向宽300 mm、沿环向宽 100～150 mm为宜。检验时可用小锤敲击长方格，通过敲击声音来判断层板的贴合程度，松动面积应满足标准要求。

(7) 在包扎层板前，内筒体纵缝及有热处理要求的环缝是否已经进行无损检测及热处理。

(8) 装配高压螺柱时，要求螺柱及螺栓孔必须清洗干净并保证螺纹表面无铁屑和杂物，以免因细小杂物的存在使螺纹锁死。螺柱上紧时，避免采用双螺母倍紧的方式；由于高压螺纹是细牙螺纹，双螺母倍紧会造成螺纹受力过大，超出螺纹的拧紧力矩使牙型产生变形，致使螺纹锁死。高压螺柱使用前，可使用二硫化钼、石墨等进行润滑处理，以防止螺纹锁死。

5 结语

整体多层包扎式高压容器制造工艺繁琐，检验要求严格，特别是直径大于2 000 mm的大直径包扎设备，制作时需选择合理的制造工艺及检验控制措施，才能保证包扎设备的制造质量。