奥氏体不锈钢塔器的关键制造技术

关键词 塔器 奥氏体不锈钢 制造工艺 焊接
中图分类号 TQ053. 5
文献标识码 B
文章编号 0254-6094（2019）01-0058-04
奥氏体不锈钢具有耐腐蚀、耐高 / 低温及优良 的塑韧性和焊接性等特点，加工制造过程中不锈 钢产品的表面成型质量非常重要，需要通过对工 艺各环节的严格控制，保证在材料性能不被破坏 的前提下制造出合格的产品。
在卷制筒体时，合理控制上下辊子的间距和 卷板速度，与此同时采用内样板随时检验筒体的 卷制弧度，使单节筒节的最大最小直径差按照 GB 150． 4-2011 的要求控制在 5mm 以内［3］。对于椭 圆度偏大的筒体无法通过校圆修正的，需要在筒 体端口加支撑（ 图 2）。为了严格控制对口错边 量，先压制封头，然后按照封头端口的实际内径尺 寸来核算筒体内径，保证筒体与封头组对时的对 口错边量，并对筒体端口做出标记，控制对口错边 量不超过 3mm。为了能够更好地控制筒体椭圆 度 ，一 般 进 行 筒 节 组 对 后 划 线 开 孔 。由 于 该 设 备
焊接要点： a． 焊前检查坡口表面无油污等其他污渍； b． 焊接纵缝时在两端点焊 S31603 材料的引 收弧板； c． 严格控制焊接规范，避免焊接电流、电压 过大烧损焊缝金属； d． 埋弧焊必须 采 用 线 能 量 小 的 小 直 径 焊 丝，有利于焊缝的内部质量； e． 严格控制好层间温度，焊前不需要预热， 层间温度控制在 15 ～ 150℃ ，保证第 2 道焊缝焊 接前的层间温度低于 150℃ 。 f． 焊缝清根时必须采用等离子气刨清根并 打磨，并对刨槽进行外观检查合格后，在层间温度 范围内进行施焊。 g． 焊接 时 坡 口 两 侧 100mm 范 围 内 涂 白 垩 粉，防止焊接飞溅伤及母材； h． 清理焊接药皮需等到焊缝金属冷却下来 之后进行，否则会降低药皮对焊缝的保护作用； i． 清理药皮时不能采用碳钢材料和尖锐的 工具破坏焊缝表面。 4 设备压力试验 原图纸技术要求进行水压试验，考虑到水压 试验过程中会造成产品直线度、垂直度的偏差增 大，以及水压试验结束后设备内部杂质的清洗等 问题，经协商后用气压试验代替水压试验，降低水 压试验成本、缩短制造周期。 5 结束语 在高要求的产品质量与紧迫的交货期双重压 力下，必须充分了解产品的制造特性，奥氏体不锈 钢材料本身具有的特点和产品的使用要求特点， 结合实际制造过程，不断完善和优化制造工艺，严 格按照图纸技术要求进行制造，是提高不锈钢塔 器制造的关键。
义厚度即下料的实际厚度。因筒节下料为长方 形，故 还 需 要 测 量 对 角 线 的 长 度，差 值 不 得 超 过 1． 0mm，长度宽度公差不超过 ± 1． 5mm。 2． 4 封头压制工艺
按照 GB 24511 的规定，奥氏体不锈钢的供货 状态为固溶处理。S31603 材料随冷变形量的增 加，硬度增加，伸长率降低，出现马氏体组织［1，2］， 容易产生裂纹，故不锈钢封头的压制在固溶温度 下成型，热成型温度为 1050 ± 30℃ × 30min。
接管与人孔法兰的焊接采用焊条电弧焊，焊 材为 E316L，焊丝直径为 4． 0mm，焊接规范：电源 采用 直 流 反 接，焊 接 电 压 22 ～ 26V，焊 接 电 流 150 ～ 180A，焊接速度 170 ～ 190mm / min 。
小接管与法兰的焊接采用钨极氩弧焊打底 +
焊条电弧焊盖面的单面焊双面成型的焊接方法， 钨极 氩 弧 焊 的 焊 材 为 EＲ316L，焊 丝 直 径 为 2． 0mm，焊接规范：电源采用直流正接，焊接电压 15 ～ 17V，焊 接 电 流 140 ～ 160A，焊 接 速 度 60 ～ 80mm / min。
图 3 筒体直线度测量方法
3 焊接控制 不锈钢的焊接特点主要有：焊接过程中容易
出现热裂纹；焊接变形较大；容易产生晶间腐蚀和 应力腐蚀；焊接接头 σ 相脆化；焊缝外观成型差， 熔敷金属易被烧损［4］。
S31603 焊前施焊温度不低于 15℃ 即可，不需 要焊后热处理，为了提高焊接接头的耐腐蚀性，一 般采用低碳的不锈钢焊材进行焊接［5 ～ 7］。可采用 焊条电弧焊、钨极氩弧焊及埋弧焊等常用的焊接 方法。
筒体、封头的厚度超过 16mm，为了提高焊接 质量 和 焊 接 效 率，采 用 埋 弧 焊 焊 接，焊 材 为 EＲ316L + JWF601A，焊丝直径为 3． 2mm。焊接规 范：电源采用直流反接，焊接电压 28 ～ 32V，焊接 电流 320 ～ 380A，焊接速度 22 ～ 25m / h。
g． 产品制造过程中保证不直接与地面和碳 钢材料接触；
h． 起吊转运时采用塑料纸裹钢丝绳进行吊 转，以免对产品表面的破坏；
i． 整体发货时需要卧式放置在支座上，支座 与产品之间必须用橡胶垫或其他软垫进行保护，
作者简介： 朱小燕（1990-） ，工程师，从事压力容器设计制造工作，zhuxiaoyan@ lshec． com。
图 1 坡口示意图
2． 3 下料尺寸的控制 2． 3． 1 封头
因封头的尺寸过大不能整板下料，须采用两 张板拼焊后进行下料，考虑到封头冷成型时的减 薄，需对封头板厚增加余量，按照经验公式 δ实际 = δ理论 /0． 85，并圆整，即理论厚度为 17． 7 /23． 7mm 的封头实际下料厚度为 22 /28mm。椭圆形封头 板下料尺寸 = （与封头相接的筒体内径 + 封头实 际厚度） × 1． 2 + 2 × 封头直边段 + 封头端口余 量。在封头成型之后再进行二次号料精确到图纸 尺寸数据。 2． 3． 2 筒体
Defective Pipes with Local Thinning
WANG Zhan-hui，MA Xiang-rong，FAN Xiao-yong ，GAO Yong
（ School of Chemistry and Chemical Engineering；Key Laboratory of Low Metamorphic Coal Clean Utilization）
某 反 岐 化 塔 器 总 长 56 950mm，规 格 为 2800mm × 18mm（ 筒节长 24 800mm） /20mm（ 筒 节长 13 765mm） /24mm（ 筒节长 9 235mm） ，封头 厚 度 17． 7 /23． 7mm，容 器 类 别： Ⅱ 类，容 积 293． 9m3 ，主体材料 S31603，主要工艺参数为：
奥氏体不 锈 钢 板 的 防 护 主 要 有 以 下 几 个 方 面：
a． 钢板运输过程中必须采用包装纸进行有 效的保护，防止表面划伤，破坏钝化膜，使得钢板 表面受到周围铁离子污染发生电化学腐蚀；
b． 筒体下料时应在板材表面粘贴牛皮纸， 在卷板和后续的制造过程中起到保护作用；
c． 筒体卷板时，采用冷成型卷制，卷板机的 辊子必须清理干净并用塑料薄膜纸包覆然后进行 卷制和校圆；
方法分析［J］． 石油工业技术监督，2013，24（1） ：6 ～ 9． ［10］ 崔铭伟，曹学文． 腐蚀缺陷对中高强度油气管道失
效压力的影响［J］． 石油学报，2012，37（6） ：1086 ～ 1092．
（ 收稿日期：2018-05-11，修回日期：2019-01-16）
Analysis of Ｒesidual Strength and Ｒesidual Life of
设计压力 － 0． 1 /1． 0MPa 工作压力 0． 11MPa 设计温度 150℃ 工作温度 81． 4℃ 工作介质 DCS / TCS / STC 等 液压试验压力 1． 29（ 立） /1． 80（ 卧） MPa 气密性试压压力 1． 0 MPa
2 制造过程中的工艺控制 2． 1 表面防护
筒体采用整板下料，下料尺寸根据经验公式 计算单节筒体展开长度：
L = π（ + δ） － B + ΔB － 2ΔL ΔL = Kπδ（1 + δ / ）
其中，B 为对口间隙，焊条电弧焊与钨极氩弧 焊时 B 为 2 ～ 3mm，埋弧焊时 B = 0mm；ΔB 为焊缝 收缩量，一般取 2 ～ 3mm；K 为卷制系数，取 0． 07； ΔL 为周向伸长量； 为筒节内径；δ 为筒节板名
压制工序：板材验收（ 资料验收 + 钢板外观 尺寸）→封头划线并号出封头母材试板各 1 块→ 下料，标记移植→刨封头拼缝坡口→组焊封头拼 缝→探伤合格→封头采用热冲压成型→封头内表 面进行酸洗、钝化处理→检查封头成型尺寸→对 拼缝探伤合 格 → 划 出 封 头 端 口 余 量 等 离 子 切 割 线、端部坡口和封头削边加工线、检查线→等离子 切割→削边及坡口→检查封头加工尺寸。 2． 5 筒体对口错变量的控制及测量
图 2 筒节端口加支撑
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长度较长，产品整体分两大段进行筒体组对，两大 段单独进行划线开孔。 2． 6 产品直线度的控制
按照 GB 150． 4-2011、NB / T 47041-2014 的规 定，并代入本塔器长度计算得，筒体直线度允差不 大于 38． 9mm。在筒体的两端点焊长度大于直径 的角钢（ 图 3） ，每进行一节筒体的组对都进行直 线度的测量，避免累积直线度误差造成整体直线 度的超差。筒体直线度的检查是通过中心线的垂 直面，沿着筒体圆周的 4 个方位 0、90、180、270°进 行测量。测量的位置与筒体纵向接头焊缝中心线 的距离不小于 100mm。因筒体厚度不同，需减去 筒体厚度差。产品采用气压试验代替水压试验， 避免水压试验对直线度的影响。
参考文献
［1］ 汪钰，冯德兴，张东辉，等． 奥氏体不锈钢压力容器 封头开裂缺陷的探讨［J］． 压力容器，2017，34 （6） ： 74 ～ 76．
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451 ～ 454． ［7］ 张旭昀，韩军，徐子怡，等． 基于有限元法的外腐蚀
管道剩余强度和剩余寿命的研究［J］． 化工机械， 2013，40（5） ：639 ～ 641． ［8］ 刘墨山． 油气管道剩余强度有限元模拟分析及剩余 寿命预测［J］． 科技导报，2009，27（6） ：34 ～ 37． ［9］ 曹斌，王海清． 输气管道内腐蚀缺陷剩余强度评估
d． 焊接时在焊缝两侧边缘 100mm 范围内刷 白垩粉，防止焊接飞溅对焊缝边缘部位造成破坏；
e． 在筒体进行总装焊接环缝时为了避免筒 体与滚轮架之间因自重过大造成筒体外壁被压出 凹坑，需专门制作弧板工装在筒体与滚轮架接触 的两个支点部位进行防护；
f． 法兰密封面加工完成后应立即进行保护， 保证在整个制造过程中法兰密封面不受损害；
奥氏体不锈钢产品制造中的主要关键点为： 钢板运输过程中的防护控制；成型过程中的表面 控制，制造、焊接过程中的变形控制；焊接表面成 型质 量 的 控 制，无 损 检 测 质 量 的 控 制； 产 品 直 线 度、椭圆度、同轴度和产品整体外观尺寸的控制； 表面酸洗钝化的控制等。笔者结合奥氏体不锈钢 塔器的制造过程，重点介绍制造过程中的防护和 关键制造工艺。 1 设备参数
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奥氏体不锈钢塔器的关键制造技术
朱小燕1 王喜平1 梁瑞锋2 郑红果1 王化明1
（1． 新疆兰石重装能源工程有限公司； 2． 兰州兰石重型装备股份有限公司）
摘 要 针对奥氏体不锈钢塔器设备长度较长、筒体壁厚较薄、产品直线度和筒体椭圆度要求较高的特
点，介绍了典型的奥氏体不锈钢塔的制造、焊接和压力试验工艺，保证了产品的质量。
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固定产品的链条需要用塑料纸进行包裹，避免划 伤。 2． 2 坡口加工
筒体的纵环缝坡口如图 1 所示，采用刨边机 进行加工，不允许用气割等热加工的方式，同时加 工出筒体的纵环坡口，保证板面长、宽的平直度和 坡口的纯洁度。为了减少刨边时的翻板工作，纵 环缝坡口均采用内坡口。完成后用板尺和样板检 查坡口的角度和宽度，坡口表面进行 100% PT 检 测，应符合 NB / T 47013． 5-2015 标准中Ⅰ级合格 标准。