大型不锈钢再冷凝器建造技术

薛玉辉 王 红 张 冲 张 辉 李静轩

（海洋石油工程（青岛）有限公司，青岛 266520）

BOG再冷凝法是将蒸发的气体压缩到较低压力，与LNG低压输送泵从LNG储存罐中送出的LNG在冷凝器中混合。LNG加压后达到过冷状态，使蒸发气再次冷凝。冷凝后的LNG经过高压输送泵加压后，再经过汽化外输[1-2]。再冷凝器属于中压低温设备，内装鲍尔环填料，设备主体材料选用不锈钢，采取裙座式支撑结构[3]。本文主要总结BOG再冷凝器的制造方法，并分析制造过程中遇到的难点，以期为LNG装备市场中大型不锈钢再冷凝器建造技术工作的改进及质量控制提供参考。

1 制造技术要求

BOG冷凝器所有筒节A、B类焊缝坡口采用等离子切割下料，采用铣边机进行坡口加工。筒节使用拼缝组焊，整体卷制成形。筒体环缝组装时，尽量减少焊接临时组装卡具。使用弧形样板检查，板头300 mm内隙应不大于1 mm，其他部位应不大于2 mm。筒节组焊成形后，焊缝错边量和焊缝余高需满足尺寸公差要求，焊缝棱角应不大于4 mm[4]。

接管法兰预制时，保证法兰螺栓孔相对于设备的主轴线平行或垂直跨中布置。组对错边量应不大于1 mm，不达标的应进行内部修磨过渡。裙座底座圈和底板的地脚螺栓孔应均匀布置。中心圆的直径允许存在偏差、相邻两孔的弦长和任意两孔的弦长偏差均不得大于2 mm。

对于容器整体组焊后无法安装内部附件的情况，应组焊前完成安装。由于整体组焊后壳体内部酸洗钝化操作难度大，可在各段预制完成后分段进行酸洗钝化，待整体组焊后再局部酸洗钝化。

焊接过程中应严格控制层间温度和线能量。针对不锈钢焊接变形大的特点，锥段拼接焊缝及其与上下筒节连接焊缝、大型锻管与壳体的D类焊缝等，在焊接过程中应密切注意焊接变形，及时调整焊接顺序，避免造成变形超差[5-7]。

2 封头筒体制造

2.1 椭圆封头的制造

BOG冷凝器设备上下两段筒体的直径不同，所以上下两个封头所采取的制造方法也不相同，如图1所示。上封头先要对钢板进行拼接，由3块钢板拼接而成，并根据封头展开尺寸进行切割下料。上封头采用热旋压工艺制造，制造完成后再进行恢复性能热处理，以恢复材料的力学性能，同时要制作封头试板，随同封头一起进行热处理。下封头采用多瓣拼接和热旋压工艺制造，具体操作方法与上封头相同。

2.2 筒体卷制

BOG冷凝器板材厚，筒体在卷制前需预压弯。因此，需先制作压弧样板，试压计算出冲击压力数据，然后正式压制时分次给力。为防止压弧过大，在板内面加板条压制以达到弧度要求。为防止弧板下塌反折，作辅助旁侧弧形托架，改装上升滚轮托架，不但解决了防止弧板下塌反折问题，还节省了卷制时为防止弧板下塌反折长时间占用吊车的时间。筒体卷制图如图2所示。

2.3 锥段制造

锥段是再冷凝器设备的重要一环，制造时不但要控制上下口尺寸，还要控制椭圆度。如果锥段上下口尺寸和椭圆度过大或过小，会给组对造成非常大的困难。锥段可分四瓣预制，等离子切割下料，锥段母线长允许偏差±2 mm，对角线允许偏差±2 mm。以冷压方式成型，成型后各瓣坡口切好。如图3所示，为保证锥段成型后水平度满足技术要求，预组装的组装胎面应找平，基准面水平度应不大于1 mm。瓣片间采用无间隙组装，在平台上对锥段进行整体放样、画线。为避免铁离子污染不锈钢，应在画好的线上焊接不锈钢卡子。组对时，用液压千斤顶加力、矫正达到要求的尺寸和椭圆度。锥形封头预组装完成后，检查相关尺寸，合格后进行整体组焊。焊接完成后，检查相应尺寸，各瓣片上下环口应在同一平面内，偏差值不应大于2 mm。上、下环口的椭圆度不应大于10 mm，外圆周长允许偏差±6 mm，锥形封头高度允许偏差6 mm。焊接时，为控制焊接变形采取的方法是重复翻身焊接和控制热输入量、边焊边观察测量等方法。

2.4 筒体组对焊接

筒体分3部分预制，整体合拢。使用非对称组合接头，坡口采用1/3与2/3相组合的形式。筒体部分采用双V坡口，锥段外侧为单V坡口，锥段内侧不开坡口，采用无间隙组对可有效控制焊接引起的变形。组装过程中采用立式组对，分段口处的两侧筒节应进行米字形临时支撑加固，防止端口变形。所有与壳体接触部位，采用壳体同类的不锈钢钢板材料连接。

筒体纵缝完全焊接，内外加刚性固定，强行组对焊接，变形很难控制。不锈钢不能动火，尤其是在压力容器制造过程中。采用纵缝预留，筒体纵缝两端预留500 mm，便于在组对过程中错皮调节，同时完全释放应力。

3 筒体划线开孔

大型容器设备的接管定位和尺寸测量略显复杂。设备尺寸精度要求严格，考虑到使用过程中垂直度、重心、风载等因素，如果尺寸定位出现问题，容易出现设备底座受力不均匀的问题。

如图4所示，对于上下封头开孔定位的问题，首先要选择测调平整的地基，将封头平置扣放，测量封头直边部位的外周长，将0°～27°的4项角度平分线定出。测量中考虑周长尺寸与理论尺寸偏差，将偏差值均匀分配到4分线中，同时保证定位分线精准。其次，在地基上建立铅垂标杆，分别在封头4分线定位处，利用水平仪矫正标杆铅垂后固定。最后，利用墨线沿标杆进行下放，过程中注意墨线处于拉紧状态，避免弧段定线的不准确。对于非正中开孔和正角度线开孔定位，通过计算定位圆周线，使用上面的方法确定角度线。

利用此测量方法既符合现场实际操作，又能保证测量数据准确性。筒体组装，裙座组装，立罐，最终的罐体进行垂直度检查。利用全站仪测量上封头最左边缘的角度切线，记录角度值，测量最右端边缘角度切线，记录角度值，再以同圆上任意一点测量三维坐标值并记录。同理，测量上部筒体、过渡段、下部筒体以及下封头部位轴心，获得几个重要部位中心轴的水平坐标，同时保证测量一次取得数据，确保各个数据均以一站测得，以便整合到一个坐标系中进行比对。最后，对比所获得的重心水平坐标，能得到几个部位的中心位置横向和纵向各偏差多少，可以精确到2 mm。

为了解决不锈钢开孔难题，采用等离子气刨刨出工艺孔，然后采用具有氮氢气保护的等离子弧进行刨削加工不锈钢开孔及其工艺坡口。通过该方法，加工出的坡口不仅成型漂亮，而且利于组对及后续焊接。

4 无损检测

容器的所有A、B、C类焊接接头及接管内径不小于50 mm的D类焊接接头，应进行100%RT和100%PT检测。接管内径小于50 mm的D类焊接接头及与壳体受压元件连接的所有内外附件的焊缝表面，应进行100%PT检测。

5 结语

在大力发展油气资源的时代，以此设备为开端，成功掌握了LNG装备BOG再冷凝器设计、制造、检验等多项技术，在以后的LNG装备市场开拓上获得了发展先机。本文主要总结BOG再冷凝器的制造方法，重点分析制造过程中遇到的难点，可为大型不锈钢再冷凝器建造技术工作的改进及质量控制提供参考。相信后续各项施工中通过对重要工序、关键节点的控制和改进，可以最大限度提高LNG装备的质量。