DN2400氨合成塔外壳制造方案要点.docx

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DN2400氨合成塔外壳制造方案要点

DN2410氨合成塔（51.084-1）

制造工艺方案

山西丰喜化工设备有限公司

一、设备概述

氨合成塔是合成氨的关键设备，盛装介质为中度危害易爆的合成气。

设备设计参数为：

设计压力16Mpa，设计温度：

上部300℃/下封头及管口B480℃。

设备由封头组件、筒体、端部法兰、顶盖等组成。

设备内径为φ2410mm，其封头为半球形封头，最小厚度为109.7mm；筒体总厚度为（内筒+层板）162mm。

该设备结构型式为整体多层夹紧式高压容器，主要受压元件材料为14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、Q345R、12Cr2Mo1IV、14Cr1MoIV、40CrNiMoA。

该设备为A1级压力容器产品，制造要求高，难度大，必须有切实可行的保证措施来保证设备的制造质量，特制定本《制造工艺方案》。

二、设备设计参数

设计压力（Mpa）

16

无损检测方法/比例

100%射线-Ⅱ/

100%超声波-I

100%MT-I

设计温度（℃）

上部300℃/

下封头和管口B480℃

介质

H2、N2、N3H、C4H、Ar

筒体内径（mm）

φ2410（min）

工作压力（Mpa）

＜14.21

内筒厚度（mm）

24

最高工作温度（℃）

下封头管口B组件370℃

向上过渡到189℃

层板厚度（mm）

6+11X12=138

腐蚀裕量（mm）

3

设备净重（kg）

334000

水压试验压力（Mpa）

20.2（卧式）

容器类别

第III类（A1）

焊接接头系数（内筒/层板）

内筒1.0/层板0.95

三、主体材料

零部件名称

材料

执行标准

球形封头

12Cr2Mo1R（正火+回火）

GB713-2008

内筒

14Cr1MoR（正火+回火）

GB713-2008

层板

Q345R

GB713-2008

筒体端部

14Cr1MoIV（正火+回火）

NB/T47008-2010

平盖

SA-336F11CL3（正火+回火）

SA-336/SA-336M

四、制造标准及依据

4.1、GB150-2011压力容器

4.2、HG3129-1998整体多层夹紧式高压容器

4.3、GB713-2008压力容器用钢板

4.4、NB/T47008-2010承压设备用碳素钢和低合金钢锻件

4.5、NB/T47014-2011承压设备焊接工艺评定

4.6、NB/T47015-2011压力容器焊接规程

4.7、NB/T47016-2011承压设备产品焊接试件的力学性能检验

4.8、JB/T4730.1-2005承压设备无损检测

4.9、TSGR0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程

4.10、JB/T4711油漆、包装、运输

4.11、SA-336/SA-336M-2010高温承压件用合金钢锻件

4.12、SB-168-2010镍-铬-铁合金

4.1351.084-Y氨合成塔技术条件

五、设备制造前准备工作

5.1技术准备

5.1.1熟悉图纸，弄清设备的结构型式和结构尺寸以及使用状态，掌握技术要求中各项标准、规定，并认真填写工艺审图记录卡。

5.1.2确定设备制造的重点部位以及重要部件的加工难度。

5.1.3明确设备的制造过程以及在制造过程中可能出现的问题和解决方案。

5.1.4按施工图、规范、标准的要求编制制造工艺过程卡、焊接工艺过程卡、及外协事项专用表等文件。

5.1.5在审图和编制工艺文件以及制造过程中，如果出现结构尺寸的错误或对结构型式有疑问以及在加工制造过程中需要变更结构型式，必须以工艺审图问题解答卡的形式与图纸的设计单位联系，设计人员没有明确答复的，绝对不允许更改。

5.2材料准备

5.2.1所购材料（钢板、锻件、焊材）型号、规格、标准必须与图纸和工艺文件中提供的型号、规格、标准一致。

5.2.2材料（钢板、锻件、焊材）必须在评审合格的供货单位中进行订购。

5.2.3主要受压元件材料入厂必须按《固容规》及图纸设计要求复验。

主要受压元件的材料必须有合格的质量证明文件，标记齐全、清晰，复验合格后，主要受压元件的材料必须在明显位置作好主要受压元件标记“△△”符号。

5.2.4主要受压元件材料的特殊要求

1）、内筒及球形封头用材料14Cr1MoR（正火+回火）、12Cr2Mo1R（正火+回火）钢板应符合GB713-2008的规定，逐张进行100%超声波检测，符合JB/Ｔ4730.3-2005中I级（14Cr1MoR）/Ⅱ级（12Cr2Mo1R）合格；同时钢板的化学成分、力学性能等技术要求应符合51.084-Y《氨合成塔技术条件》中有关规定。

2）、14Cr1Mo、12Cr2Mo1锻件应按NB/T47008-2010《承压设备用碳素钢和低合金钢锻件》的要求进行制造、检验和验收,同时钢板的化学成分、力学性能等技术要求应符合51.084-Y《氨合成塔技术条件》中有关规定。

3）、平盖用材料SA-336F11CL3应符合ASMEIIA篇中SA-336/SA-336M《高温承压件用合金钢锻件》及51.084-Y《氨合成塔技术条件》中有关规定。

5.3质量控制

按照有关标准、规范、协议等有关规定，并结合我公司质量管理文件以及该设备的结构特点，制定详细的设备质量控制计划，质量计划经审核批准后，制造过程中应严格按质量计划进行设备质量控制工作。

六、制造过程中主要质量控制环节、控制点：

6.1制造程序见图

DN2410氨合成塔外壳制造工艺流程图

6.2底封头组件

6.2.1球形封头下料前应进行材料标记及表面质量检查，并按规定进行标记移植。

6.2.2按图纸要求的下料尺寸气割下料，不允许拼接，并彻底清除影响球形封头成形质量的毛刺、氧化熔渣等。

6.2.3外协压制成形方式为热压，成型时应加无污染的润滑剂，几何形状及误差以及压制技术要求应符合GB/T25198-2010、GB150.4-2011第6.4中的规定。

内表面形状偏差用带间隙的全尺寸的内样板检查，其最大形状偏差外凸不得大于1.25%Di，内凹不得大于0.625%Di；内直径误差必须控制在-3~+3之间。

6.2.4粗车封头端面后划出0°、90°、180°、270°四个位置线及各管口位置线，开制底孔。

6.2.5装焊各接管组件、支座等，并按管口方位图堆焊T13~16位置处过渡层；

6.2.6检测合格后封头组件整体消除应力热处理。

6.2.7按二次加工图加封头中心孔、各接管孔、坡口及支座定位面。

6.2.8加工后的坡口表面进行100%MT，符合JB/T4730.4-2005I级合格。

6.2.9堆焊T13~16位置处面层，并装焊各热电偶连接管。

6.3、筒体的制造

6.3.1.内筒下料前应进行材料标记及表面质量检查，并按规定进行标记移植。

对照筒体排料图的要求，检查板面、板长是否符合要求，如果不合适，应与技术部门取得联系，未经技术部门认可，不得更改排料图。

6.3.2按排料图要求的下料尺寸逐节进行号线，其要求对角线相对允许差≤2mm，板宽的允差为±1.5mm，周长允差≤3mm，板宽的两边各留5mm坡口加工余量。

用白色油漆注明筒节号以及板两边坡口加工符号，采用半自动切割机进行下料，刨边机刨坡口，加工后的坡口表面进行100%MT，符合JB/T4730.4-2005I级合格。

6.3.3铆工制作弦长不小于1000mm的铁皮样板，在油压机上利用压头胎压头，用样板检查压制的弧度，并及时校正，使所压制的弧段误差在制作要求范围内。

6.3.4按筒体的顺序号依次卷圆，采用冷卷，避免内筒的内外表面机械损伤，用样板检查各段的卷制弧度符合要求后组焊，并同时在第一节筒体的A类焊接接头延长部位焊焊接产品试板，以便检查内筒焊接接头的力学性能。

6.3.5筒节在卷板机上校圆，其要求同一断面上最大内径与最小内径之差≤5mm。

A类焊接接头的对口错边量b1≤1mm,棱角度E1用弦长等于600mm的内样板或外样板检查，其值≤1.5mm。

6.3.6筒节校圆检查合格后，对筒节内外表面进行打砂除锈，去除油渍、氧化皮等，并按下料时排料图的顺序号，在两端用白色油漆标记清楚。

6.3.7校圆合格后，内筒的A类焊接接头100%射线检测，符合JB/T4730.2-2005中的Ⅱ级合格，射线检测合格后，再进行20%UT检测，符合JB/T4730.3-2005I级合格，表面进行MT检测合格，符合JB/T4730.4-2005I级合格。

6.3.8在组对平台上，按筒体顺序号进行卧式组对，组对时相邻筒节的A类焊接接头错开90°，并要求单数和双数筒节的A类焊接接头分别处于同一直线上。

B类焊接接头的对口错边量≤1.5mm，棱角度E2≤1.5mm。

每组对一节筒体均应按要求检查直线度偏差符合要求。

全部组对完成后，沿圆周0°、90°、180°、270°四个位置拉4根φ0.5的钢丝检查直线度偏差，直线度偏差≤6mm（测量位置距A类接头焊缝中心线200mm）。

6.3.9按焊接工艺的要求焊接B类焊接接头，并进行100%射线检测，符合JB/T4730.2-2005中的Ⅱ级合格。

6.3.10全部项目检测合格后，所有内、外表面的A、B类焊接接头均采用手工和抛光机进行打磨与母材齐平。

6.3.11热处理

采用电加热炉对内筒进行整体消除应力热处理。

6.4筒体端部制作

6.4.1毛坯锻件的制造应符合NB/T47008-2010中的Ⅳ级要求，进厂后，查看锻件的质量证明文件，按要求进行复验，同时按照图样要求检测几何尺寸，全部合格后，方可进行下一道工序。

6.4.2按图加工内外圆、端部坡口、密封面，加工平面、螺纹底孔，最后攻丝。

6.5组对

6.5.1外观检查：

按图纸要求检查底封头、内筒、筒体端部的几何尺寸，确认无误后，根据管口方位确定装配方位，并用白色油漆标记出0°、90°、180°、270°字样。

6.5.2组对：

在平台上划出组对中心线和两端组装线，按装配方位的要求将底封头固定，要求底封头的大端面与中心线垂直，然后组对内筒，最后组对筒体端部，要求端面与筒体轴线的垂直度≤2mm。

6.5.3焊接：

按焊接工艺要求进行焊接，并对焊接接头进行100%射线检测，符合JB/T4730.2-2005中的Ⅱ级合格。

6.6局部热处理

封头组件、内筒及端部法兰组焊完成并检测合格后对焊缝采用履带式加热器进行局部热处理。

6.7层板制造

6.7.1层板下料前应进行材料标记及表面质量检查，并按规定进行标记移植。

6.7.2排料：

按图纸及标准要求绘制每层层板的排料图。

6.7.3下料：

按照各层层板排料图和下料尺寸号线，下料理论公式为：

（上层层板的外径+12）×π-10，周长方向两边V型外坡口采用刨边机加工成形。

并用白色油漆写上第几层第几节、下料长度等字样。

6.7.4校平：

层板成形前必须进行板面的平面度检测，平面度超标的必须进行校平。

校平时，在卷板机上、下辊之间衬一块足够厚的钢板，将下好料的层板放在钢板上面，滚动校平。

6.7.5划钻工艺孔：

根据每层层板的宽度结合夹紧装置钳口之间的距离，划钻φ51夹紧孔（详见排料图）。

6.7.6制作样板：

按照层板位置所对应的筒体内径（理论尺寸）制作弧度样板，用δ1.5镀锌铁皮制作（详见排料图），并用白色油漆写上第几层的字样。

6.7.7卷圆：

按照排料图的顺序预弯，用样板检查，直至符合要求的尺寸，然后用8#铁丝将其捆绑。

6.7.8打砂除锈：

为了保证层板的夹紧质量，层板的内外表面均须打砂除锈，去除油渍、氧化皮等。

6.8层板包扎

包扎下一层板前应清除内筒、已包扎和待包扎层板外表面的铁锈、油污和其他影响贴合的杂物，并将前一层焊缝修磨光滑。

6.8.1内筒撑紧胀胎装置设置：

撑紧装置共20件均布,装配于内筒里。

6.8.2按照层板排料图的顺序，在内筒上划出第一层每个筒节的C类焊接接头位置线，纵、环向焊接接头错开位置应符合HG3129-1998规定和图样的要求，具体详见每层层板排料图。

6.8.3将已卷制成形并经除锈检验合格的单节层板利用桥式起重机的主副钩或者配合使用层板包扎机上配置的电动葫芦，将单节层板筒体弹性拉开套入内筒上或已经包扎完成的上层层板上。

6.8.4底部支撑后，移开起重机，用钢丝绳捆扎单节层板筒体交叉方向后分别挂在层板包扎机预紧钳的弯钩上，同时启动转台，使筒体来回滚动，调整环向接头间隙为6mm左右，开启预紧钳油泵，操作台上的油压表会显示实际操作时压力，达到基本预紧后，用铜锤在层板上全方位稍加敲击，并检查层板纵环向边缘的贴合情况，无异常时，将夹紧钳的钳头装入预设的工艺孔中，开启夹紧钳油泵，逐级升压至16Mpa，再用铜锤均匀敲击一遍层板。

6.8.5用塞尺检查层板两端和纵向接头处的间隙，合格后进行点焊，单层层板全部装配完成后，先进行一次层板松动面积检查。

6.8.6选择合理的焊接顺序，先将所有纵向接头焊接完成，再逐一将环向接头焊接完成，使纵向焊接接头的横向收缩，能更紧一些包紧层板。

6.8.7焊接并且焊缝打磨完成后，进行第二次层板松动面积检查，并以第二次检查的结果为最终结果，纵向焊缝的收缩对层板贴合率的影响是比较明显的，层板端部层间间隙控制及层板松动面积控制方法如下：

a、层板端部层间间隙的控制

在每一层板筒节的端面应测量相邻层板（或内筒）的径向间隙和径向间隙高度大于或等于0.25mm段的弧长。

测量后按“层板端部层间间隙控制检测一览表”中图示方法计算估算间隙面积Ag=2/3×b×hmm2,任一端面上以平方毫米表示的任一估算间隙面积Ag值不得超过以毫米表示的层板厚度值的25倍，且任何层板间隙的弧长b不得超过容器内径。

若相邻层板间隙不只一处，则间隙长度之和不得超过容器的内径，任一层板间隙的最大高度不得超过3mm。

b、层板松动面积的控制：

每一松动的部位沿环向长度不得超过300mm，沿轴向长度不得超过600mm。

行业里对于包扎层板中间区域较普遍地采用层板贴合率的控制检查方法来实现对松动面积的控制检查，贴合率定义为：

层板与内筒或者前一层层板之间贴合紧密，达到理想状态，手锤敲击的声音实而不空的面积占总面积的比例。

层板贴合率检查方法：

可先后在包扎完成后的每一层层板表面按160×160mm方格划线，不足160×160mm的格数计入总格数，检查可用0.5磅的小锤进行敲击，用小锤先敲击边缘处0.03mm塞尺塞不进去的区域，听其与内筒或前层层板贴合严密的实音，将此声音作为标准，比照敲击各个区域，以判断松动部位沿环、轴向的长度，手锤敲击发出空音者划×。

贴合率按以下公式计算：

贴合率=

×100%

贴合率70%~80%为合格，85%以上为优良。

焊前、焊后各检查一次层板松动面积，第一次检查层板松动面积贴合率难以达到合格标准的，应采取措施予以返修。

6.8.8检测：

层板与封头、筒体端部的焊接接头、层板的拼接接头进行100%超声波检测，符合JB/T4730.3-2005中的Ⅱ级合格。

5.8.9磨锉：

检测合格后，内层筒体上所有C、B类焊接接头均需磨至与母材平齐，对于影响下层包扎的表面缺陷同时清理干净。

6.8.10重复以上工作直至10层层板全部包扎完成。

6.8.11最外层包扎完成合格后，对C类焊接接头进行100%UT-Ⅰ级检测。

焊堵外层每节筒体上的夹紧工艺孔。

详见部件图要求。

每节对角线上的两个堵板上有φ6孔作为报警孔。

6.9设备组装

6.9.1各个部件经外观检验合格后，按图要求进行装配，设备主螺栓选用AR110型液压拉伸器预紧。

预紧时应对称预紧。

6.9.2根据相对应的管口型式和尺寸，加工试压盲板，并封闭管口。

七、焊接要求

7.1产品焊接试板

7.1.1内筒产品试板

a、采用同内筒同材质、同规格、同热处理状态的钢板制作，由焊接内筒的焊工采用相同的条件和相同的焊接工艺在第一节筒节纵向接头延长部位与筒节同时施焊，焊完后，打上焊工和检验员代号钢印。

b、产品试板与筒体纵向接头一同按图样要求进行无损检测后用氧-乙炔焰气焊割下，随筒节同炉热处理。

c、按NB/T47016-2011《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验》中规定制作试样，进行力学性能试验和弯曲试验。

试板制作工艺详见附件《压力容器焊接试板工艺过程卡》，基本流程如下：

钢板划线下料刨削坡口焊接检验（包括无损检测）热处理（指内筒产品试板）加工试样理化试验

7.2焊接

7.2.1设备焊接接头选用的焊接工艺评定及焊工资质，具体要求详见《焊接工艺规程》。

7.2.2焊前清除坡口表面及两侧20mm范围内的铁锈、油污及水份等有害杂质。

7.2.3双面焊时背面采用碳弧气刨清根后，刨槽必须用砂轮磨光，经检查合格后，用压缩空气吹掉坡口内灰尘方可施焊。

7.2.4组对时的点焊固定，焊接要求与焊接接头相同，焊接过程中清除定位焊接接头金属，若熔入永久焊接接头内的定位焊接接头则两端应修整便于接弧；

7.2.5内筒及层板焊接接头焊后均要求磨平，接管与封头的焊接接头除图中注明外，按HG20593-1998中的规定。

7.2.614Cr1MoR（IV）之间及与Q345R之间焊接前焊前预热温度不小于150℃、12Cr2Mo1R（IV）与Q345R之间焊前预热温度不小于200℃，焊后对焊缝及近缝区200～300mm范围内采取保温缓冷措施，并及时进行300-350℃，保持1h的消氢处理。

八、无损检测

8.1内筒及球形封头用材料14Cr1MoR（正火+回火）、12Cr2Mo1R（正火+回火）钢板应符合GB713-2008的规定，逐张进行100%超声波检测，符合JB/Ｔ4730.3-2005中I级（14Cr1MoR）/Ⅱ级（12Cr2Mo1R）合格。

8.2螺柱：

螺柱棒料调质处理粗加工后应逐件进行100%超声波检测，符合JB/T4730.3-2005中的Ⅰ级合格。

螺柱精加工后应逐件进行磁粉检测，按JB/T4730.4-2005I级合格。

螺柱、螺母表面需经磷化处理。

8.314Cr1MoR（IV）、12Cr2Mo1R（IV）坡口表面清除硬化层、油污后应进行磁粉检测，按JB/T4730.4-2005I级合格。

8.4加工后的坡口表面进行100%MT，符合JB/T4730.4-2005I级合格。

8.5各类焊接接头

8.5.1内筒A、B类焊接接头以及内筒与筒体端部、下封头的对接接头进行100%射线检测，符合JB/T4730.2-2005中的Ⅱ级合格；焊缝内外进行100%MT，符合JB/T4730.4-2005I级合格。

8.5.2各层层板与筒体端部、球形封头连接的焊接接头应进行100%超声波检测，符合JB/T4730.3-2005中的Ⅱ级合格；焊缝外表面进行100%MT，符合JB/T4730.4-2005I级合格。

8.5.3最外层层板纵向、环向焊接接头进行100%超声波检测，符合JB/T4730.3-2005中的Ⅱ级合格；

8.5.4球形封头与支座托环间的焊接接头应进行100%磁粉检测，符合JB/T4730.4-2005中的Ⅰ级合格。

8.5.5支座筒体的环向接头应进行100%UT，符合JB/T4730.3-2005中的Ⅱ级合格；支座筒体与上、下支撑圈的焊接接头应进行MT检测，符合JB/T4730.4-2005中的Ⅰ级合格。

8.5.6无损检测同时应满足51.084-Y《氨合成塔技术条件》中有关规定。

九、消除应力热处理

14Cr1MoR（IV）之间及与Q345R之间焊接接头热处理保温温度不低于650℃，12Cr2Mo1R（IV）与Q345R之间焊接接头热处理保温温度不低于680℃，具体热处理内容如下：

9.1球底接管过渡层堆焊完成并按以上要求检测合格后，在热处理炉（RT2-2310-7）内进行消除应力热处理，热处理参数按《热处理工艺卡》

9.2球形封头组件按以上要求检测合格后，在热处理炉（RT2-2310-7）内进行消除应力热处理，热处理参数按《热处理工艺卡》。

9.3内筒制造完成后，在热处理炉（RT2-2310-7）内进行消除应力热处理，热处理参数按《热处理工艺卡》。

9.4内筒体与球形封头及端部法兰之间的焊接接头检测合格后，采用履带式加热器进行局部消除应力热处理。

十、压力试验

10.1试压前要求

10.1.1外观检查符合图纸和规定的要求，连接部位的紧固螺栓必须配备齐全，并用专用工具紧固妥当。

10.1.2检查试压工具是否符合要求，试压表必须是2块经过校验合格、量程相同的压力表。

10.1.3参加试压的人员必须经过培训，合格后方可上岗。

10.1.4试压用水为清净水，其温度不得低于15℃。

10.2试压场地：

试压必须在规定的场地进行，试压场地四周应有可靠的安全防护设施。

10.3试压程序

10.3.1设备卧置放在转台上，固定其位置，检查准备工作，合格后，开始上水。

水上满后，将其试压盲板封上并紧固妥当，然后观察设备的外表面是否有变化。

10.3.2充满水后应停留一段时间，待容器壁温与水的温度接近时启动试压泵，缓慢升至设计压力16Mpa,确认无泄漏后，继续升压到规定的试验压力20.2Mpa，保压30分钟。

检查外观无泄漏，也没有异常的变化后将压力降至16Mpa，并保持足够长的时间，以对所有焊接接头和连接部位进行检查，合格后泄压。

9.3.3水压试压完毕后，应将试压用水排尽，并用压缩空气将内部吹干。

十一、油漆

11.1表面除锈

所有项目检测合格后，设备外表面进行彻底的手工或机械除锈，除锈等级为St2级，即：

钢材表面应无可见油脂和污垢，并且氧化皮、铁锈等附属物已基本清除，其残留的应是牢固附着物。

除锈后，应清除浮尘及碎屑。

11.2油漆

油漆前对所有螺柱、螺母及外露的螺纹法兰采取保护措施，涂铁红醇酸底漆一道，灰调和醇酸面漆两道，油漆表面应均匀无流挂现象。

十二、组装支座

支座筒体与设备之间的缝隙应采用硅酸铝纤维塞实。

十三、包装

所有外露螺纹法兰采用与法兰外径相等的木质盲板封闭，层板最外层的泄放孔用塑料塞堵堵死。

十四、竣工资料和产品质量证明文件

产品竣工资料包括：

材料质量证明书、竣工图、产品质量证明书、产品铭牌、监督检查证书。