催化裂化反应器筒体排版图的绘制

张敬华

南京宇创石化工程有限公司 江苏南京 210033

1 设备简介

催化裂化反应器是某石化公司炼油结构调整项目280 万t/ a 催化裂化装置的核心设备。该设备直径大，易变形，材料要求严格，所有经热成型和焊后热处理的Q345R/ Q245R 钢板，经模拟热成型工艺和最大焊后热处理（12h 模拟）后的力学性能应满足GB/ T713- 2014 要求。板材需要到钢厂专门订制，生产周期长。该设备有大直径管口与筒体焊接（例如M3 装卸孔，公称直径DN2300），制造难度高，斜插管数量多（例如件32 筒体上分布5 个），个别斜插管所在筒体开孔复杂（例如件32 筒体上N8 圆台形斜插管开孔），大开孔处筒体采用超过筒体壁厚30mm 镶板嵌入。综上所述，排版图绘制一定要准确，一旦出错，材料需重新采购，不但造成不可估量的经济损失，还会给工程进度带来巨大影响。该催化裂化反应器的主要参数见表1，结构见图1。

图1 催化裂化反应器结构图

表1 设备主要设计参数和结构特点

2 筒体排版依据及规则

2.1 绘制排版图依据

绘制排版图依据包括设备装配图、零部件图、管口方位图、内件图、GB/ T150、T- EQ051085C- 2022 催化裂化装置三器免除耐压试验技术条件、技术协议、中国石化物资采购技术标准《碳钢、低合金钢制压力容器采购技术规范SPTS- EQ04- T001》、GB/ T25198- 2010《压力容器封头》、TSG21- 2016《固定式压力容器安全技术监察规程》。

2.2 排版图内容

排版图应包括度数线、筒节中径展开长度、筒体总长、筒体件号、板规格、材质、筒节编号、筒节尺寸、焊缝号、开孔中心标高及与轴线的距离、编制、审核、排版日期等。

2.3 排版规则

对需拼焊的封头、筒体、变径段、裙座及结构复杂的配件等应进行排版。排版前，需掌握以下规则：

（1）熟悉图纸，根据图样及实际材料规格进行排版；

（2）应使板材轧制方向与筒体的卷制方向一致；

（3）同一筒节纵缝应相互平行，相邻焊缝间距的弧长应不小于500mm；

（4）板材尽可能长，根据装备能力也要尽可能宽，以减少环缝及纵缝数量；同时，这样排版，既减少了焊接量，节约了焊材及人工成本，又有利于开孔布置；且开孔更便于避开焊缝，距焊缝距离更远，减少应力集中，提高设备制造质量；

（5）纵缝尽量布置在0°、90°、180°、270°四条方位母线上，既美观又便于筒体组装后划线，相邻筒节纵缝在避开开孔的情况下距离要尽量远；若纵缝无法布置在四条方位母线上，则纵缝距方位母线距离尽量圆整；

（6）相邻筒节A 类接头间外圆弧长应大于钢材厚度的3 倍，且不小于100mm；

（7）与封头相邻筒节的A 类接头相互间的外圆弧长应大于钢材厚度的3 倍，且不得小于100mm；

（8）组装筒体中，任何单个筒节的长度不得小于300mm；

（9）不宜采用十字焊缝；

（10）容器内件和壳体间的焊接应尽量避开壳体上的A、B 类焊接接头；

（11）所有开孔、补强圈和垫板应避开焊缝，两焊缝中心线距离应不小于2 倍壁厚，且不小于50mm；当垫板或补强圈等覆盖焊缝的情况不可避免时，应将焊缝磨平，并根据GB/ T150.4 的规定进行无损检测；

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（12）壳体排版时，焊缝应尽量少；卧式容器的纵焊缝应避免布置在容器下部90°范围内（南京宇创石化工程有限公司排版按140°考虑），且应避开支座垫板；塔式容器的纵向焊缝应避免布置在降液区域；环焊缝应尽量避开内部支撑件，间距应不小于30mm；

（13）筒体直径应与封头(锥体)实际直径配作，筒体展开料尺寸计算应以筒体中径为计算依据；

（14）对于分段出厂的设备，排版图上应标注分段处位置。分段的基本原则：根据设备的形状特征、结构，分段线应尽量避开内件焊缝、塔壁不等厚处及材质不相同处；根据运输条件，起重能力及工艺装备的允许尺寸或合同确定分段。

2.4 管口标高及管口方位图

排版前，不但需要掌握排版规则，而且要仔细审核图纸。根据装配图中各管口标高，记录各孔轴向位置；根据管口方位图，记录管口方位角，确定各孔环向位置；根据零件图，记录管子规格，确定开孔大小。如此，可确定管口在壳体、封头上的位置。根据内件图，可确定四圈油气阻挡圈及两层检修平台支架在筒体件15 的位置。

3 筒体排版的难点及关键点

以筒体件15 及件32 为例介绍排版情况。件15 筒体上布置一块大的镶板及一个大开孔DN2300，件32 筒体上斜插管数量多且设计有N8 锥台形大接管。件15 及件32 筒体排版均有一定的代表性，且有一定难度。

3.1 件15 筒体排版

件15 为反应器上段筒体，规格φ9600×28×8514。此筒体向上连接SR4800×28 半球形封头，向下连接φ9600/ φ7400×48，H=2538 翻边锥体。画排版图时，首先确定筒体展开周长。筒体展开时，外侧延伸，内侧压缩，中间层不会有变化，所以按中径展开，展开长度为（9600+28）×π=30247mm。件15 排版图见图2。

图2 件15 筒体排版图

绘制0°、90°、180°、270°四条纵向方位母线，其中每两条相邻方位母线间距离30247/ 4=7561.75mm，方位母线排列方向按管口方位图中方位母线排列方向，为顺时针。绘制L=30247mm 线段，此线段为筒体环向焊接接头B11，与方位母线垂直。B11 偏移8514mm，此为环向焊接接头A15（半球形封头与筒体焊接接头，根据GB/ T150.1 第4.5.1.1 条，此焊接接头为A 类焊接接头）。根据审图过程中已确定的各开孔位置、大小，依次绘制各个开孔。根据钢板宽度，依次绘制B12、B13、B14 环向接头；根据钢板长度，依次绘制A11- 1～A14- 3 纵向接头。绘图过程中，纵、环向焊接接头需避开开孔、补强圈、内件，且纵向焊接接头需避开相邻筒节纵向焊接接头，距离符合标准规范规定。与筒体连接翻边锥体直径大、高度高，分12 等分预排版，一带制作，温压成型。锥体12 道A类焊接接头，锥体A 类焊接接头需避开相邻A11- 1、A11- 2、A11- 3 筒体纵向焊接接头，且避开距离尽可能大，以减小应力集中。排版图中锥体纵向焊接接头距筒体纵向焊接接头，最近距离为960mm。SR4800×28 半球形封头由极盖1 件、中间瓜瓣9 等分、与筒体连接瓜瓣12 等分组成。筒体与瓜瓣纵向接头最近距离950mm。以上与封头相邻筒节的A 类接头相互间的外圆弧长应大于钢材厚度δs 的3 倍，且不得小于100mm ，符合2.3（7）条要求。

直径φ2416、M3 装卸孔中心标高68083mm、方位157°，此装卸孔内径φ2300，壁厚58mm。装卸孔采用58×4600×4614（4600 为轴向长度，4614 为按中径展开长度）镶板整体补强。件15 筒体内部有两层检修平台支架，支架上表面标高分别为71933mm、66733mm，支架已避开筒体纵、环向接头。件15 筒体内部有4 圈环形油气阻挡圈，上表面标高分别为73047、71047、68647、66247mm，挡圈避开筒体环向接头（标高66247 挡圈距环向接头B12中心距离464mm，标高73047 挡圈距环向接头A15 中心距离100mm）。根据2.3（12）条要求，环焊缝应尽量避开内部支撑件，间距应不小于30mm。可见，内件在筒体上的布置符合2.3（12）条要求。

本排版图（含镶板）最短筒节长度900mm，大于300mm。未采用十字焊缝。相邻筒节A 类接头间外圆弧长大于100mm。以上符合2.3（6）条、2.3（8）条及2.3（9）条壳体上焊接接头布置要求。

以M1- 4 人孔为例，人孔中心标高67333mm，人孔距B13 环向接头距离68083- 67333=750mm，人孔方位349°，人孔距0°方位线外圆弧长为（9600+2×28）×π（360- 349）/ 360=927mm。此处标注外圆弧长，因接管于设备外侧划线，测量的是外圆弧长。人孔接管外径φ711，人孔补强圈规格φ1161/ φ717。环向接头B13 中心距M1- 4 补强圈外边缘距离750- 1161/ 2=169.5mm。根据2.3.11 条要求，所有开孔、补强圈和垫板应避开焊缝，两焊缝中心线距离应不小于2 倍壁厚，且不小于50mm。南京宇创石化工程有限公司按不小于100mm 控制。169.5mm＞100mm，符合补强圈避开焊缝且距焊缝中心线距离大于100mm 要求。

另举一例装卸孔M3。M3 位于镶板中心，管口中心标高68083mm，开孔大小φ2416，方位157°。划线时，需测量157°距180°方位线外圆弧长。此处外弧长为（9600+2×58）×π（180- 157）/ 360=1950mm。因M3 位于镶板上，故计算时选择筒体厚度58mm。镶板规格58×4600×4614，滚板机滚制钢板最宽3100mm，钢板4600mm 超宽，故采购2 张钢板，中间排板58×2800×4614，两侧均排板58×900×4614。开孔φ2416 避开环向接头12- B1、12- B2，开孔边缘距环向接头中心距离1400- 2416/ 2=192＞2×58，符合2.3（11）条要求。

J12 筒节由两种壁厚钢板组成，排版比较特殊。J12- 1、J12- 2 和 J12- 3 板 长 合 计=9840+9840+5967=25647mm，此3 张板围成筒节角度25647×360/ 30247=305.25°。镶板J12- 4 围成筒节角度4614×360/ （9658×π）=54.75°。305.25°+54.75°=360°，所以4 张板合计围成一个筒节。

镶板58×4600×4614 中心有一DN2300 大开孔，镶板排版时纵、环向接头需避开大开孔，以减少应力集中。又由于4600 高钢板超出滚板机滚制能力，因此镶板需拼焊。镶板与件15 筒体连接处环向接头如何布置呢？最优布置为镶板上、下两端与件15 筒体环向接头重合，既符合排版规则，又美观、节约板材，同时易于组装时镶板嵌入。

3.2 件32 筒体排版

件32 为反应器下段筒体，材质为Q345R 正火，规格φ5200×36×4710。此筒体向上连接φ5200×28×6398圆柱形筒体，向下连接EHA5200×28（27.7）椭圆形封头。画排版图时，首先确定筒体展开周长，筒体按中径展开，展开长度为（5200+36）×π=16449mm。绘制0°、90°、180°、270°四条方位母线，其中每两条相邻方位母线间距离16449/ 4=4112.25mm，方位母线排列方向按管口方位图中方位母线排列方向，为顺时针。绘制L=16449mm线段，此线段为环向焊接接头B1，与方位母线垂直。B1 偏移4710mm，此为环向焊接接头B3。根据审图过程中已确定的各开孔位置、大小，依次绘制各个开孔。根据钢板宽度，绘制B2 环向焊接接头；根据钢板长度，依次绘制A1- 1—A2- 2 纵向焊接接头。此段筒体内件比较少，仅8块连接板与筒体相焊，连接板与筒体焊缝已避开筒体纵、环向焊接接头，符合2.3（10）条要求。与件32 连接φ5200×28×6398 圆柱形筒体A3- 1、A3- 2 纵缝分别位于270°、90°，A3- 1、A3- 2 与A2- 1、A2- 2 相隔90°。与件32 连接下封头EHA5200×28（27.7）两道纵向焊接接头，避开了筒体纵向焊接接头A1- 1、A1- 2，且距离远远大于100mm。图3 为件32 简体排版图。

图3 件32 筒体排版图

件32 段筒体上管口比较多，共计11 个管口。其中6个管口与筒体垂直正交。3 个DN20 小管口斜插筒体，斜向上，与筒体夹角45°。管口N11 圆柱形大接管DN750斜插筒体，斜向下，与筒体夹角32°。管口N8 锥台形大接管斜插筒体，斜向下，与筒体夹角32°。以上11 个管口中，管口N8 接管所在筒体处开孔划线比较复杂。N8 小端内直径φ1600，锥角10°。N8 接管所在开孔轴向长度3764mm，周向弧长最长处为2099mm。N8 补强圈周边等宽250mm，补强圈下边缘距环向接头B1 中心距离156，补强圈上边缘距环向接头B3 中心距离290mm。管口N8开孔属于超大孔，无法避开环向接头B2。GB/ T150.3 第6.1.4 条有如下规定：容器上的开孔宜避开容器焊接接头。当开孔通过或邻近容器焊接接头时，则应保证在开孔中心的2dop 范围内的接头不存在有任何超标缺陷。因此，N8 开孔附近筒体排版符合GB/ T150.3 规定。N8开孔划线采用三视图结合Solidworks 绘制，见图4。

图4 管口N8 立体图

4 结语

该催化裂化反应器按照本排版图下料及进行后续制造，最大限度节约了材料，减少了焊缝长度，减少了应力集中，既降低成本，设备又美观、高质量，符合相应标准规范及技术条件的要求，也为类似设备的排版提供了借鉴。