焦炭塔论文

关于焦炭塔制造和安装工艺

塔器是用来进行气相和液相或液相间传质的设备，在石油化工行业中占有十分重要的地位。而焦炭塔就是属于塔器中的一种，是进行焦化反应的场所。下面将详细介绍焦炭塔的制造和安装工艺：

一、焦炭塔的制造工艺

由于塔器一般均较长，所需筒节为十几节甚至几十节，所以一般大型塔体是分段制造的，然后组装成一体。焦炭塔的结构如下图所示，这里可以简单的划分为三个组成部分：半球形的上封头、塔体和圆锥形的下封头。

1.1 塔体的制造工艺

塔体的各筒节都要按技术要求制造，焊接坡口应按图纸要求进行机械加工或修磨。首先根据焦炭塔排版图对原材料或经初加工的坯料进行排版和号料。在号料的过程中要注意考虑各道工序的加工余量和划线的技术要求。号料以后，就是切割工序，切割可以在剪板机上进行机械切割，也可以采用氧乙炔火焰进行热切割。但由于板料尺寸比较大，所以采用氧乙炔半自动切割。经过切割加工后，可以得到所需要的形状和尺寸，并为以后成型、拼装和焊接作好准备。下一道工序是边缘加工，对于钢板，一般在刨边机上进行加工。边缘加工的目的主要有两个：一是使钢板加工到主装要求的尺寸；二是刨出设计要求的坡口形状及尺寸。紧接的工序是筒节的弯曲成型，通常是在卷板机上完成的，一般选用对称式三辊卷板机。其工作原理如下图：

上辊1是从动辊，可以上下移动，以适应各种弯曲半径和厚度需要，并对钢板施加一定的弯曲应力。两个下辊2是主动辊，对称于上辊轴线排列，并由电动机经减速机驱动，以同向同速转动。工作时将钢板置于上、下辊之间，然后上辊向下移动，使钢板被压弯到一定程度。接着启动两个下辊转动，借助于辊子与钢板之间的摩擦力带动钢板送进，上辊随之转动。通常一次弯曲很难达到所要求的变形程度，此时可将上辊再下压一定距离，两个下辊同时反向转动，使钢板继续弯卷，这样经过几次反复，可将钢板弯卷成一定弯曲半径的筒节。另外，使用对称式三辊卷板机弯卷，钢板两端会产生直边，长度大约为两个下辊中心距的一半，所以需要对钢板进行弯卷前的预弯加工。

钢板经过成型以后就进行筒节的组对焊接，如前面所讲，在焊接前要进行边缘加工，使用手提砂轮打磨以清理坡口上的铁锈。一个筒节由三块钢板组成，当三块钢板组对好后，就进行焊接加工。这里的焊接首先是对筒节内侧进行手工电弧焊打点焊，以焊固钢板，然后再进行埋弧自动焊，焊接前需要清理焊缝表面的焊渣，先焊接完筒节内侧再到外侧。手工电弧焊的特点：设备简单、操作方便、适合全方位焊接。而埋弧自动焊的特点：焊接生产率高、焊缝质量高、节省焊接材料和电能、劳动条件好。下面左图为手工电弧焊，右图为埋弧自动焊：

最后一道工序是筒体的组对焊接，如果受车间生产条件和运输情况的限制，则需要到室外现场加工。筒体的组对焊接是先每两个筒节组对成一个塔段，然后再由塔段组对成塔体。筒体的环缝焊接工艺与纵缝焊接工艺一样，都是采用埋弧自动焊，不同的是，环缝焊接的埋弧自动焊固定不动，筒体由转台带动转动。以上就是塔体的制造工艺。

1.2 上封头的制造工艺

上封头是由一个圆形顶盖和八块瓣

片组成，它们都是在油压机上压制成型

的。油压机由主机及控制机构两大部分

组成。油压机主机部分包括机身、主缸、

顶出缸及充液装置等。动力机构由油箱、

高压泵、低压控制系统、电动机及各种

压力阀和方向阀等组成。动力机构在电

气装置的控制下，通过泵和油缸及各种

液压阀实现能量的转换，调节和输送，

完成各种工艺动作的循环。油压机具有

行程大、工作台宽、空程速度快等特点。

右图为大型油压机：

瓣片压制成型后，经过边缘加工，就可以通过定位铁块进行封头组对焊接。当封头由瓣片和顶圆拼焊而成时，焊缝方向只允许是径向和环向的。封头组对完后采用手工电弧焊点固，使八块瓣片连接一体，然后在封头外侧把纵缝打磨干净，用手工电弧焊焊接。至于上封头顶盖则先用氧乙炔火焰把余量切割掉，然后进行组对焊接。因为要安装接管，所以要在封头上切割人孔，并焊上补强圈。值得注意的是，开孔以后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患，因此必须考虑开孔的补强问题。所以当封头上设计有人孔时，一种工艺是封头冲压好后，再割人孔，焊上补强圈；另一种工艺是预先在毛坯上割出人孔预切圆，然后在热态下进行翻孔冲压。在焊好顶盖后，把封头翻转再进行内侧的焊缝，同样是采用手工电弧焊焊接。紧接着把接管组焊接上，这样上封头的制造工艺就完成了。最后把制造好的上封头运往现场与塔体进行组对焊接，在组对过程中要使用手拉葫芦来减少接缝的间隙，调整环缝，其一端挂在塔体上，另一端挂在封头上。手拉葫芦的结构示意图如下：

1.3 下封头的制造工艺

下封头包括四部分组件：主锥台、锥底、圆弧过渡段和裙座。首先是主锥台，它是由八块扇形带弧度的钢板组成，其组装工艺与上封头八块瓣片组装工艺相似，不同的是内侧焊缝采用埋弧自动焊焊接。剩下的三个组件（锥底、圆弧过渡段和裙座）的制造工艺与前面所讲的上封头八块瓣片组装工艺一样，最后依次把四个组件组装起来，其中，锥形封头与圆弧过渡段采用立式装配法焊接。另外，需要注意的是裙座的问题，裙座的结构如下面左图所示，不管是圆筒形还是圆锥形裙座，均有裙座筒体、基础环、地脚螺栓、人孔、排气孔、引出管通道、保温支承圈等组成。而裙座与封头间的焊接接头可分为对接及搭接，采用对接接头时，裙座筒体外与塔体封头外径相等，焊缝必须采用全熔透的连续焊；采用搭接接头时，搭接部位可在下封头上，也可以在塔体上。裙座与下封头搭接时，搭接部位必须位于下封头的直边段，搭接焊缝不得与下封头的环缝连成一体。还有，对于焦炭塔而言，为了避免裙座顶部环缝开裂，所以采用圆弧过渡段搭接型或对接型，如下面右图。

二、塔的检验

由于石油化工设备使用周期长，而且多数是在高温高压条件下工作，为了保证设备的寿命和安全生产，所以设备装配完后必须经过严格的全面检验才能安装生产。设备的检验主要有外观检验、几何尺寸检验和焊缝的无损检测等。这里重点介绍下焊缝的无损检测，它是指在不损伤和破坏材料结构的情况下，对材料或设备构件的物理性质、工作状态和内部结构进行检测，并由所测的不均匀性或缺陷，来判断材料是否合格，是否正常的各种检测技术。其包括：射线检测、超声波检测、渗透检测、磁粉检测、涡流检测等。对于焦炭塔可以使用超声波探伤，先用手提砂轮把焊缝两侧钢板的铁锈打磨干净，然后使用超声波探头在焊缝及其周围移动检测，根据荧光屏上频率的波形变化来判断焊缝是否存在缺陷。另外，使用X光照相来抽查20%的焊缝，进一步保证焊缝的质量。

三、焦炭塔的安装

焦炭塔和其他塔类一样具有体积大，重量重，结构简单等特点，属于大型起重。所以安装的主要技术问题是起重吊装问题，根据焦炭塔的特点和安装的高度要求，这里可以选择使用双杆整体滑移吊装法，如下图所示，起重杆之一为固定式起重杆，另一杆常用轮胎式起重机配合使用，便于调整设备位置。安装的工艺过程主要包括：准备工作、吊装工作、校正工作等。

3.1 准备工作

吊装前的准备工作主要包括以下几项工作：1）设备的运输2）设备的检查3）管口的对正4）起重工具和机械的准备与布置5）锚点的设定，要注意安全可靠6）起重杆的竖立，起重杆的竖立时可以采用滑移法、旋转法和扳倒法等三种常见的方法7）卷扬机的固定8）设备的捆绑，捆绑位置于设备重心以上，一般约在重心以上1.5米到全高的三分之二处，不允许捆绑进出口接管等薄弱处。捆绑

时，应在吊索与设备之间垫以方木，卡在加强圈上，以免擦伤设备壳体和滑脱现象，捆绑好后应将吊索挂到吊钩上。大多数设备外壳上都焊有专供吊用的吊耳，吊装后不必除去。

3.2 吊装工作

（1）吊装前的检查

（2）预起吊在预起吊时，首先开动卷扬机，直到钢丝拉紧时为止。当把塔体的前部吊起0.5米左右时，再次停止卷扬机检查。

（3）正式起吊当塔将要到垂直位置时，应控制拴在塔底的制动滑轮组，以防塔底离开托运架的瞬间向前猛冲，当塔体吊升到稍高于地脚螺栓时，即停止吊升，然后便可进行就位工作。

（4）设备就位若螺栓孔与螺栓不能对准，则用链式起重机使塔体稍微转动，或用气割法将螺栓孔稍加扩大，使塔体便于就位。

3.3 校正工作

一般校正工作的主要内容包括标高和垂直度的检查。找正与找平应按基础上的安装基准线对应设备上的基准测量点进行调整和测量。如果检查不合格，则用垫板来调整。校正合格后，拧紧地脚螺栓，然后进行二次灌浆，待混凝土养生期满后，便可拆除或移走起重杆。

四、总结

从焦炭塔的制造、安装过程，体现了石油化工设备制造与安装的共同特点：

1. 板材加工成型与组对焊接是设备制造不可缺少的工艺过程。

2. 由于石油化工设备体积大，重量重，壁厚薄的特点，又限于制造车间的生产条件和运输条件，所以在制造中很多组装焊接工作量要到安装现场去完成，露天作业是不可避免的。

3. 石油化工设备的制作在几何尺寸上没有更高的精度要求，但由于使用周期长，又往往是在高温高压下工作，所以对质量要求是十分严格的，必须要进行全面的质量检验方能安装使用。

4. 确定吊装方案设计合理的施工组织是设备安装的一项重要内容。