尿素合成塔筒体制造.docx
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尿素合成塔筒体制造
6.3.3、筒体制造
由6.3.1.1节讨论已知，本设备筒体采用以不锈钢衬里作为内筒的多层包扎焊接式筒体。
6.3.3.1筒体制造流程
筒体由许多筒节组焊成，每一个筒节都是由外壳层板、盲层板和衬里内筒组成，内筒不锈钢耐蚀层，厚度为8mm，盲层板厚度为6mm，九层外壳层板厚度均为10mm，共104mm。
筒体的制造工艺过程是：
内筒→卷园（DT）→纵坡口加工（DT）→焊接（带试板）→校圆→装配内衬胎→扎盲层板→焊接（不满焊）→包扎焊接层板→第一层MT、HT→继续包扎焊接层板→逐层检查包扎贴紧度→钻警报气→最后一层纵缝不铣磨平要作MT、HT→加工环缝坡口（DT）→钻镗检漏孔（DT）→环缝坡口封焊→PT→筒节与筒节组对焊接→筒体与（封头）组对焊接（DT）→焊装附件→充水进行水压试验→氨渗漏试验（验收依据）→最终检验→清理、打磨→外壁PT、MT→油漆→装运→发送。
注：
DT-尺寸检验PT-液体渗透检测RT-射线探伤检测FT-铁素体检测MT-磁粉检测
⑴主要零部件的制造
主要零部件包括：
内筒、盲板层、层板、筒节的包扎等
1内筒制造
内筒制造过程见表6-31
表6-31内筒制造过程
序号
工序名称
工序说明
备注
1
复检
原料腐蚀试验和机械性能试验
2
划线
按内筒展开周长、并留有切割量和卷圆带头直边量
3
下料
标志移植、按图切割下料
4
卷圆
在卷板机上卷圆，两头弯曲圆度达到要求，检验合格
5
加工纵焊缝坡口
在专用的夹具上切除两端直边余料并刨出纵焊缝坡口，纵向焊缝坡口表面着色探伤
6
再卷圆
在卷板机上再进一步卷圆，使纵缝合拢
7
点焊
在卷板机上将纵缝点焊固定
8
撑圆
从卷板机上取下，内筒用支撑件撑圆固定
9
焊接
纵焊缝焊接（带焊接试板）
13
检验
焊缝铁素体测定。
要求每一根焊条焊接长度上测一点（铁素体≤0.6%）以防止用错了焊条或偏离焊接规范；
焊缝表面着色探伤；
纵焊缝X光探伤检查；
焊接试板的晶间腐蚀倾向试验等检查
内筒制造的主要工序：
ⅰ制造的特殊要求
a超低碳奥氏体不锈钢的制作，要求有一个清洁的场地和环境，避免铁素体污染和磕碰划伤，否则会影响不锈钢的耐蚀性能。
因此，参加尿素合成塔内筒衬里或其他内件制造的工人要接受这方面工艺守则的教育，并在施工过程中严格遵守；下料场地应打扫干净，消除杂物，可采用橡胶板铺地，并禁止穿带有铁钉子的皮鞋，撬具、吊耳也应采用奥氏体不锈钢制作。
卷制内筒时必须在专用的卷板机上进行。
不能与卷过铁素体钢的卷板机混合使用，除非将卷过碳钢的卷板机辊子表面进行认真的清洗。
当超低碳奥氏体不锈钢冷变形超过20%，应进行提高耐蚀性能的固溶热处理。
热处理炉内的气体应尽量减少硫的含量，防止硫化物对不锈钢的渗透降低耐蚀性能。
当不锈钢表面或焊缝需要打磨时，应采用含有橡胶氧化铝的砂轮打磨，打磨时间不应太长，避免造成回火色。
不能用普通粉笔当作记号笔在不锈钢上乱写乱画。
标记移植用记号笔应采用不含氯离子、硫化物的颜料。
b卷板机应专用，上辊不能有焊渣、焊瘤，最好在上辊套一不锈钢套筒。
避免衬里内筒卷制过程中压出麻点或划伤以及铁离子污染。
ⅱ内筒的纵焊缝焊接
内筒的纵焊缝焊接如图6-36所示。
焊接工艺见表6-31。
焊接过程
检验要求
1
清理坡口
2
手工焊顺序1及顺序2
焊缝表面100%PT
3
清理焊缝表面；
手工焊顺序3及顺序4
焊缝表面100%PT
4
清理焊缝表面；
手工焊顺序5；
反面打磨焊接顺序1的焊道，磨去焊根及两侧热影响区各2.5mm；
手工焊顺序6；
铁素体检查焊缝正反表面；
焊缝表面100%PT；
100%X光探伤；
层次
焊接方法
焊材牌号
规格mm
极性
电流
（A）
电压
（V）
速度
（cm/min）
烘烤温度
保温时间
1、2、6
SMAW
BM310Mo-L
φ3.5
DC-
90~100
200
2
3、4、5
SMAW
BM310Mo-L
φ4
DC-
120~140
200
2
注：
焊接层间温度应控制在＜150℃，母材不必预热。
内筒的焊接工艺说明：
为了尽可能消除焊缝中的气孔、夹渣等小缺陷，进行二次以上的PT是必要的，因为焊一层的厚度一般只有2mm，那么焊一层，PT一次，就可以把缺陷的尺寸限制在小于2mm的范围之内，尤其是可以消除穿透性的小气孔。
但是着色探伤液必须清理干净，否则对焊接不利。
纵焊缝X光探伤检查，由于衬里的内筒主要是起耐腐蚀作用，焊缝是薄弱环节，微小的孔洞将造成严重的危害。
因此X光探伤的验收标准不同于一般受压容器的标准。
除按JB4730的I级片外，还不允许有柱状小气孔出现。
一般来讲，最后一道焊缝表面由于冷却条件好，没有受到再次加热的影响，其耐蚀性能最佳，所以不要轻易打磨。
如果表面成形不好，着色探伤或X光探伤需要打磨或修补，应掌握好打磨和修补工艺，防止焊缝过热。
ⅲ盲层板
盲层板主要起保护不锈钢内筒的作用，它只要求可焊性，对机械性能可不予考虑。
一般采用16Mn，它在制造上的特点是在盲层板面向衬里内筒外壁的一面（即盲层板内表面）要加工出纵向和环向槽若干条，槽的深度为2.5mm，宽5~6mm，如图6-37所示。
盲层板是在平板状态时开槽，要在专用的工装上进行。
纵向槽深度应适当控制，过深了，在盲层板卷制成圆后会有棱角出现，不利于将来的层板包扎。
盲板层的焊接：
采用焊条间断焊，用J507焊条，焊接长度100mm，间隔50mm，且焊接坡口根部有一厚度为3mm的窄垫板，使焊缝与内筒隔离（见图6-38所示）。
靠近筒节的两端部必须焊接，第一道用φ2.5mm，电流50~60A，第二层焊条直径φ3.25mm，电流100~120A。
焊后将焊缝外表面打磨，略显凹陷为宜。
在焊接时要注意，不要在盲层板内壁开有检漏槽的部位进行焊接，以防堵死检漏通道。
ⅳ外壳层板
外壳层板是受压壳体的主要材料，它的制造过程与一般高压容器多层层板的制造过程一样。
对于大型尿素合成塔，为了减轻重量方便运输，要求层板采用低合金高强度钢层板如日本神户制钢的K-TEN62M，美国ASME的SA724A.B，我国的16MnR、15MnVR等，其厚度可采用8~12mm。
该设备材料为16MnR，其厚度为10mm，每一层的外壳层都由三片瓦片组成，三部分分别在压力机上压制成形或在卷板机上卷制。
层板的制作过程见表6-32：
表6-32层板的制作过程
序号
工序名称
工序说明
1
检验
材料要按合格证书进行验收；
第一层层板进行超声波探伤检查，其它各层可不必进行超声波探伤；
第一层层板相当于多层高压容器的内筒，所以增加了超声波检查。
2
气割下料
按照每层层板的展开周长分三份划线、气割下料；
并在层板上编号做标记。
3
矫平清理
为保证包扎质量，每层层板须校平，并用平尺检查不平度；
喷砂清理板内外表面
4
卷板
两头预压弯，然后再卷扳机上卷制瓦片状
5
切割坡口
切割坡口尺寸、坡口表面磁粉探伤或着色探伤
6
钻泄气孔
为防止钻孔时钻伤内筒表面，第一二层板是上的Ø8mm的透气孔必须在包扎前钻完。
7
待包扎
注：
在压制板头时需进行模拟试验，根据实际的回弹量来确定压模的半径。
ⅵ多层包扎
多层筒节包扎是在专门设计的包扎机上进行的，包扎时将装配好内衬胎的内筒支承在可以转动的包扎机的主轴上，把待包扎的层板预装在设定位置，然后用压力缸、拉紧架及钢丝绳先拉紧层板的中间部位，然后拉紧两端，分三次即可完成包扎拉紧工作。
每拉紧一次就将纵缝点焊起来，防止移动后松开，包扎完一层以后，将筒节吊出置于滚轮架上进行纵焊缝的焊接。
某企业包扎机包扎的容器外径可达φ4000mm。
有两个活塞直径为φ150mm的液压缸，4根φ30mm的拉紧钢丝绳。
总的拉力最大可达78吨。
注意，压力缸和拉紧架均可沿平行于筒体作轴向移动。
a尿素合成塔筒节的包扎
包扎工艺过程是：
衬里内筒装配衬胎→装配并包扎盲板层，纵缝间断焊（与内筒纵焊缝错开）→装配包扎层板第一层→纵缝焊接→铣磨焊缝余高→MT、UT、硬度检查→装配包扎第二层、第三层……层板→每包扎一层铣磨焊缝余高→MT、UT、（根据材料强度值）→装配最后一层层板→包扎→焊接→焊缝和热影响区硬度检查→MT、UT→筒节端面坡口加工→钻泄气孔和镗检漏孔坡口→端面堆焊封口→堆焊塞焊检漏孔→交组对。
b层板之间的纵缝排列：
为避免裂纹沿厚度方向扩展,各层板之间的纵焊缝应相互错开。
如图6-39所示：
层板纵焊缝焊接：
层板纵焊缝如图6-40所示，先用焊条手工焊焊底层，然后埋弧自动焊焊接。
焊接工艺见表6-33：
注意：
焊后铣磨焊缝余高，做MT、UT、硬度检查，第一层层板和最后一层层板纵焊缝进行硬度检查，其的目的是考核焊工对焊接工艺是否严格执行。
要求硬度值≤280HB。
表6-33层板纵焊缝焊接工艺
焊接过程
检验要求
1
清理堆焊坡口
2
组对、点焊,
3
焊条电弧焊第一层焊缝
逐层100%PT（JB/T4730-2005
级）
4
焊缝表面打磨清理
5
埋弧自动焊其余各层
最后一层HB
280
注：
焊缝焊完后必须打磨平整。
层次
焊接方法
焊材牌号
规格
极性
电流
（A）
电压
（V）
速度
（cm/min）
烘烤温度
保温时间
1
SMAW
J507H
φ4
DC＋
180~240
24~26
400
2
2
SAW
H10MnSi
+SJ101
φ4
DC＋
500~600
28~32
350
2
注:
预热温度:
100℃;
⑵筒节与筒节的组对焊接
①筒节端部坡口堆焊
筒节端部坡口如图6-41所示，其坡口堆焊目的是防止在组合后环缝焊接时层板在焊接热的影响下出现张口，使焊渣流进去，影响焊缝的质量。
在端部堆焊时应注意内筒与盲层板之间的间隙属于异种钢焊接，应采用奥氏体钢焊丝氩弧焊封焊，盲板层与第一层层板之间的间隙，采用相应的低合金焊丝氩弧焊封焊，其他部分用自动埋弧焊。
②筒节与筒节之间组对焊接
筒节与筒节之间环焊缝结构如图6-42所示。
组对是在大型滚轮架上进行的。
组对时必须检查环焊缝对口间隙，控制在2±0.5mm范围内。
同时应特别注意内口的错边量。
因为内筒是耐腐蚀不锈钢，错边量大了就会影响环焊缝的耐蚀层厚度。
一般应控制在3mm以下。
由于筒节外壁上的检漏孔已预先镗制完成，要保证所有筒节上的检漏孔沿筒身在一条直线上，就不允许筒节任意转动，这给组对工作带来一定的困难。
而调节里口错边量达到最小是不容易的。
所以筒节的制作必须预先控制好椭圆度，使椭圆度（大小直径差）达到最小。
采取严格控制内筒的下料尺寸，包扎层板前装配刚度较好的衬胎等措施使所有筒节的最大内径与最小内径之差控制在4mm以内是能做到的。
特别是对多筒节的尿素合成塔壳体，在组对之前，将每个筒节的实际内径进行分类，按最佳组合对象进行组对，可以大大降低里口错边量。
筒节与筒节之间组对焊接工艺见表6-34
表6-34筒节间组对焊接工艺
焊接过程
检验要求
1
清理坡口上的油污和水迹、铁锈等
100%MT（JB/T4730-2005
级）
2
组对、点焊,
3
氩弧焊打底顺序1
目测检查，不能有裂纹
4
预热100~150℃，焊条电弧焊外口顺序2至30㎜；
用风镐敲击焊道消除应力；
100%RT（JB/T4730-2005
级）
5
重新预热到100~150℃，焊条电弧焊顺序3至44㎜；
6
停止预热，内壁焊条电弧焊顺序4、5，里口焊满
焊满后进行铁素体测定，要求铁素体含量≤0.6%；
PT，表面不得有裂纹，特别是收弧处要注意认真检查，弧坑处要进行打磨；
X光射线探伤检查。
要求整个焊缝（60mm厚）达到JB4730II级片标准
7
预热100~150℃，外口埋弧自动焊焊顺6焊满
焊满后对焊缝表面和热影响区进行MT；
硬度测定，要求焊缝及两侧热影响区的硬度≤HB280
100%RT（JB/T4730-2005
级）
8
水压试验
100%MT（JB/T4730-2005
级）外口
100%PT（JB/T4730-2005
级）里口
顺序
焊接方法
焊材牌号
规格
极性
电流
（A）
电压
（V）
速度
（cm/min）
烘烤温度
保温时间
1
GTAW
H10MnSi
φ2.4
DC＋
140~160
2、3
SMAW
J507
φ4
DC＋
160~180
400
2
4
SMAW
BM310Mo-L
φ3.25
DC＋
90~110
5
SMAW
BM310Mo-L
φ4
DC＋
130~145
200
2
6
SAW
H10MnSi
+SJ101
φ4。
8
DC＋
550~650
42~64
350
2
⑶封头与筒体的组焊
封头与筒体的组合焊缝如图6-43所示。
与筒节之间组对焊接顺序、焊接材料、工艺参数，检测方法等基本相同。
其焊接顺序也是：
清理坡口上的油污和水迹、铁锈等，氩弧焊封底1，预热焊条焊2道至30mm，预热手工焊3至44 mm；停止预热手工焊4、5过渡层和耐蚀层。
最后预热埋弧自动焊6外口焊满。
注意，由于封头内壁带极堆焊层不可能堆焊到环焊缝的边缘，因此，这道环焊缝内口不锈钢的焊缝较宽，应采用手工堆焊过渡。
⑷其它零件的制造
检漏孔一般指壳体壁上的检漏孔，泄漏介质由衬里层外壁的检漏槽汇于此导出体外，进入监测控制系统。
如图6-44是检漏孔常用形式，其中图6-44（a）型结构适用于松衬衬里和热套衬里的尿素合成塔;图6-44（b）（c）型结构适用于不锈钢为内筒的多层包扎结构；其中图6-44（a）（b）型结构检漏管与壳体的角焊缝容易焊接和检验，但必须将衬里内筒钻通后再补焊，破坏了衬里内筒的完整性，增加了腐蚀泄漏的机会；图6-44（c）型结构对衬里有利，确定了衬里材料的完整性。
但堆焊比较困难，焊接质量不容易保证。
根据现场检测，尿素合成塔衬里损坏泄漏出来的介质，在压力降低后立即分解为碳酸氢铵和氨等物质，其中氨气是最容易检测到的，通常采用酚酞溶液或试纸于检漏管末端检测即可发现，而无需采用蒸汽吹扫检漏法。
人孔顶盖、内件、溢流管、塔板等制造比较简单，可参照一般零件的加工工艺，在此不再赘述。
要注意的就是内件不锈钢件的所有焊缝必须做到全焊透，外观要圆滑，避免造成缝隙腐蚀。
6.3.4组合、竣工检验
⑴筒体、封头组合后，内壁应清理干净，外壁所有检漏孔用丝堵塞死，每一节留两个作为氨渗漏进出口，然后进行氨渗漏检查。
氨渗漏检查合格后组装顶盖等密封件，上紧螺栓，准备灌水进行水压试验，有要求时还要进行外壁应变测定。
氨渗漏检查方法按HG/T3176，A法或B法，任选一方法均可。
⑵水压试验
①水压试验用水氯离子含量应小于25毫升/升（25PPM）的干净自来水，并应预先进行水质检测，提供报告，经质检部门认可后方可使用。
水压试验其他有关注意事项和操作程序按“压力容器安全监察规程”及制造厂的工艺规程。
②水压试验时是否进行外壁应力测定要根据用户的要求来定。
一般在制造厂首次制造多层式尿素合成塔时，应进行应力测定。
应力测定可采用在筒节中部和环焊缝处贴电阻应变片的方法测定，也可以用钢丝围筒节中部和环焊缝处的周长来测定。
测量数值可根据水压试验时压力的分级升压——保压或降压停留时间内记录下来，然后进行计算。
现在动态计算机控制的电阻应变仪，可直接打出各个压力等级的应变值或应力值。
应变测定的目的是考核多层筒节包扎贴紧度，与理论计算值进行比较，按有关标准规定，多层筒节中部外壁的应变值小于理论值且大于0.6理论值即为合格，环焊缝处的应变值小于1.05理论值且大于0.75理论值即为合格。
③水压试验合格后，清理内壁，重新进行氨渗漏检查，要求氨渗漏的持续时间在8~10小时以上，没有发现泄漏点方为合格，这次的氨渗漏试验才作为验收依据。
④水压试验后还要对高压螺栓、筒体环焊缝和其他受压部件的焊缝进行一次磁粉探伤检查。
目的是检查经过水压强度试验后，是否有裂纹出现，这对容器安全使用是十分必要的。
⑶内壁酸洗
水压试验后，内部清理干净，用酸洗液对内壁进行酸洗，酸洗液灌进筒体内以后应不断转动塔体，使酸洗液浸蚀整个内表面，避免局部过酸蚀。
当转动一定时间以后，酸洗操作人员可进塔检查，但必须穿戴防酸、防毒服、面具和鞋具，塔外应有人监护。
酸洗完毕后，用清水将内筒冲洗干净，并通压缩空气进行干燥，然后试装一层塔板。
最后安装顶盖等紧固件，装运出厂，并进行
6.3.5油漆、包装、运输
尿素合成塔外壳表面油漆按JB2536-80的要求，尿素合成塔是属于大型设备，最小的有60多吨，最重的达350多吨。
最大的外径有φ3200mm，最大长度45000mm，因此在包装和运输上有特殊的要求。
⑴包装以裸装为主，内件另外装箱随车发运。
在外壳上要标明重心位置，注明最大起吊重量等标记。
支撑采用鞍式支座，鞍座上面应垫上橡皮垫，然后与壳体用环箍紧。
鞍座与车皮底板用铆钉铆死。
以防运输过程中打滑、窜动，造成危险。
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