甲醇合成塔的研制

制造与安装甲醇合成塔的研制锦西化工机械集团)有限责任公司聂杰杨炜史庆和刘树槐郭志英 .摘要:介绍了某公司年产3万吨甲醇装置的关键设备02400甲醇合成塔的制造过程,以及其主要零部件的成形、焊接、热处理、组装及试验等典型制造工艺。关键词:双相钢;成形焊接热处理组装中图分类号:TQ053.5文献标识码:A .文章编号:1001 -4837 2003 )03 -0032 - 04Development of Methyl Alcohol Synthesis TowerJinxi Chemical Machinery( Group )Co. ,Ltd.NIE Jie YANG Wei SHI Qing- heLIU Shu- huai GUO Zhi - yingAbstract 1 abrication of methyl alcoholto expand product space was much important for large fertilizer plant.The 30 000t/y methy1 alcohol installation manufactured by Jinxi Chemical Machinery( Group )Co. ,Ltd. forJinxi Natural Gas Co. ,Ltd. had been in good condition since it was put into operation in October 2002 ,the pro-duction capacity and product quality meet the design requirements . The 02400 methy1 alcohol synthesis towerwas the critical equipment to be used for production of methyl alcohol from synthesis gas. The constructionquality of the methyl alcohol synthesis tower affcts the quality of the methy1 alcohol produced . Practice demon-strates that the manufacturing processes of the methyl alcohol tower were practicable. This article introduced thetypical manufacturing processes of the forming of the shell sections and head surfacing of tubesheet ,assemblyand welding of tubesheet to channel ,welding of dual phase steel reaction tube to tubesheet pand non - destruc-tive test ,heat treatment assembly and test for the main parts .Key words :dual phas steel ;forming iwelding ;heat treatment assembly1结构特点表1主要设计条件及参数甲醇合成塔是甲醇装置中的大型关键设备是项目技术参数管程.壳程一个固定床列管式反应器其结构见图1。设备直设计压力( MPa)5.74.3径DN2400反应管为038x2其长度为6000mm共设计温度( C )2702552311根,内装13. 96m3甲醇催化剂催化剂床层高度操作介质合成气(易燃易爆)水饱和蒸汽为6000mmo腐蚀裕度3.0(1主要设计条件及参数见表1。.焊接接头系数1 .01.0( 2主体材料及规格见表2。.换热面积( m2 )1610(3 )遵循的规范及技术要求:按GB150- -1998、容器类别三GB151-1999、HG20584- -1998 的要求制造、检验、验催化剂装填量( m' )13.96收并接受《压力容器安全技术监察规程》的监督同氧化铝球装填量( m3 )4.85设计使用寿命年)15时应满足设计图样提出的技术要求。32.第20卷第3期压力容总第124期2.1 封头和筒节的成型封头成型前拼接焊缝应打磨与母材齐平封头采用整体热压成型,冲压封头终压温度不低于:880%C封头母材试板随封头坯料同时加热、冷却封头成型后将工装支撑圈撑在封头里口处点焊好封。月头成型后应对其中一块试板进行回火处理,如试板检验合格再对封头及第二块试板进行回火处理否!么则应对封头及试板进行正火加回火处理产品试板及母材试板随设备同炉进行，封头成型后最小厚度国为39.3mm封头压制工艺曲线见图2。iil的保温1050压制890氧化铝球016盛1时间(min)图2封头压制工艺曲线δ42厚的筒节下料长度按标准展开长度加长图1甲醇合成塔简图 .200mm的预弯打头量(每端100mm )用水压机打头，表2主体材料打头长度不小于500mm ,用弦长不小于800mm的内零部件名称材料名称规格( mm)样板检查打头弧度打头检查合格后用火焰切割掉椭圆形封头13MnNiMoNbR(正火+回火)δ=46多余的直边并开好坡口修磨坡口至图样要求坡包括冲压减薄量)口表面应进行100% MT检测,I级合格，板料气割壳程筒体13MnNiMoNbR( 正火+回火)δ=34管程筒体13MnNiMoNbR( 正火+回火)δ=42.应预热至220%C以上;筒节经滚圆、焊接、校圆、无损.反应管双相不锈钢瑞典Sandvik038x2检测合格后用支撑圈支撑并调圆至椭圆度不大于公司的SAF2205.2mmo上下管板13MnNiMoNbR 堆焊不锈钢δ=70+72.2管板的制造补强管锻件20MnMoII( 1 )管板应进行100% MT检测;法兰锻件20MnMoll(2将上、下管板背面点焊在-起管板外圆周(4)制造技术难点:甲醇合成塔筒体、封头板料用δ20x 140x 100的拉筋板50块把两块管板焊接属中厚板材料13MnNiMnbR属低合金高强钢;反应在一起,以防止堆焊管板时焊接变形;管材料为SAF2205双相不锈钢管;管板安装在长为(3)管板用电加热炉和履带将管板预热至.1560mm和1260mm的管箱筒节内部,设备结构较特220C以上,进行带极堆焊,第一层堆焊焊带殊制造公差要求严，,如筒体椭圆度不大于2mm ,管24.13.L堆焊层厚度≥3mm第二至第三层堆焊焊带板平面度不大于1mm ,主体焊缝硬度HB≤225等,24.13.3.L每层厚度≥3mm堆焊过程中用保温毯这些给制造过程中的成型、焊接、组装、热处理等带保温层间温度控制在220 ~ 300C之间局部用手工来了较大的难度。电弧焊补焊管板堆焊焊接规范见表3 ,管板堆焊第-层后表面应作100%PT检测要求I级合格;2制造工艺方案( 4焊后应立即作消除应力热处理热处理规范因为13MnNiMoNbR材料属于低合金高强度钢,见图3。当≥400C时,V升≤75C/h ,V降≤100C/h;气割和焊接时容易产生裂纹故气割前应预热焊前(5 )管板校平平面度≤2mm ;预热至220%C以上焊后立即消氢处理。( 6 )加工管板表面及外圆坡口后对管板耐蚀层33.CPVT甲醇合成塔的研制Vol20. No3 2003表面及外圆坡口进行100%PT+ 100%UT检测,I级(7 )加工管板孔至图样尺寸。合格;2.3管板与管箱筒节的组对及焊接表3管板堆焊焊接规范参 数层焊接方法焊材牌号焊材规格电流A)电压( V)焊接速度备注.1SAW24.13.L0.5x60680 ~ 72030~ 347~7.5m/h焊剂34S2~324.13.3.L0.5x 60700 ~ 75030~ 367 ~ 8m/hSMAW23. 12.2.LR04140~ 17022~24| 140 ~ 180mm/根2~ 323.12.2.LR0140 ~ 180mm/根-600士20%(2)焊接另一侧5~8层,焊缝表面作100% MT≤400≤400C\空冷检测,I级合格;(3 )焊接其它层(每侧焊接4层后,作100% MT城|检测,I级合格再焊接另一侧4层最后焊接31~人炉_3h_36层);时间()( 4 )焊接时采用对称焊接，两侧焊缝逐层锤击,图3管板垫处理规范曲线以释放焊接应力;按图纸尺寸将管板安装在管箱筒节的指定位置(5 )焊后立即消氢处理300~ 350°C x2h;上点焊好,用履带加热器加热管板到220C以上,(6耐蚀层堆焊24小时后表面应作100% PT+由于管孔散热撤掉坡口处的履带后准备施焊时经100%UT检测,I级合格。测定温度已下降至200C以下为了保持层间温度2.4组装及热处理220~ 300C用02340x 810的钢板盖住管板.上的管( 1 )上管箱部件与壳程筒体部件(小封头不焊)孔预热温度很快达到要求。焊接接头见图4焊接组对焊接,焊后立即消氢处理,纵环焊缝内表面磨规范见表4。平焊后24小时后100%RT II级+ 100%UT I级检测合格;2.431-36R20焊后修座圆滑(2组装拉杆、定距管、折流板;(3)与下管箱部件组对焊接焊后立即消氢处1-449理纵环焊缝内表面磨平焊后24小时后100% RTII级+100%UTI级;(4)上管箱、壳程筒体、下管箱组焊件进行整体. R20焊后修蜜圆滑消除应力热处理热处理规范见图5。1 )将工件平稳放于鞍座.上表面距两端火嘴等距离位置,2 )砌好挡火墙避免火焰直喷工件3热处理前用保温毡在图4管板与管箱筒节焊接接头管板两侧将管孔盖好;4 )升降温速度:≥400C时,表4管板与管 箱筒节焊接规范参数V升为55~ 105C/h ,V降为55 ~ 140C/h。| 焊接悍材|焊材|电流电压焊接速度层-道方法牌号|规格(A)(V) (mn/根)660士20年1 SMAWJ607Ni)4 140~17022~24 140~ 1802~4 SMAW05 170~ 200| 22-24150~ 180包s4000/5 SMAW)4 140~ 170|22-24 140~ 180\ 空冷6~ 30 SMW)5 170~ 200|22~ 24 150~ 20031 ~ 36 SMAW|23.12.2.LR| 04 |130~ 160 22~24130~ 170。入炉2.5h.注焊至距堆焊层复合界面2mm处进行检查合格后方可继续焊接31~36.层。时间(h)( 1焊接一侧1~4层后从另一侧气刨清根砂图5上管箱、 壳程筒体、下管箱组焊件轮修磨至露出金属光泽,作100%MT检测,I级合热处理规范曲线34.第20卷第3期力容总第124期( 5 )组装反应管,同时将弹性挡圈安装在反应管5.7MPa的气密性试验;4 )由于该钢裂纹倾向严重,的指定位置.上且不能窜动,弹性挡圈起破坏沸腾液故水压试验后焊缝表面进行100%MT复检反应管.膜的作用,目的是提高膜传热系数，以利于传热。经与管板焊接接头进行100%PT复检,I级合格。试验并征得设计部门同意将原设计材料1Cr19Ni9改为1Cr13结果令人非常满意在保证其使用寿命660土15C\≤400的前提下既保证弹性挡圈张开一定角度后套入反8≤400C|空冷应管.上能恢复原状又能很好地固定在反应管上;(6焊接反应管与管板的角接接头,同时焊接壳入炉L 2.0h程筒体.上的小封头。反应管与管板的焊接,施焊温.0时间h)度不得低于16C层间温度≤150C，采用氩弧焊,图6上下封头 与管箱筒节两环焊缝焊完一层后壳程通入0.4MPa的压缩空气进行壳程热处理规范曲线空气试漏保压0.5h检查合格预热后错开90焊第3结语二层焊接规范参数见表5 ;表5反应管与管板焊接规范参数( 1封头经热压成型后经回火处理其材料性层焊接焊材电流电压焊接速度能符合正火+回火板的要求;方法牌号规格(A)(V) ( mm/min )( 2 )筒体经严格控制滚圆和校圆后各项质量指1 GTAW| 22.8.3.L 01.6|70~ 100 10~12 60~ 80标均达到CB150- -98 CB151- -99 和设计图纸要求;2 GTAW 22.8.3.L 02.0 | 80~120 10~12 60~ 80(3)主体焊缝射线探伤-次合格率达99%以(7反应管与管板的焊接接头作100% PT检测上;I级合格,小封头与壳体补强管的对接焊缝作.(4热处理后主体悍缝经100%RT II 级+ 100%UT I级+ 100%MT I级全部合格;100%RT II 级+ 100%UT I级检测合格;(8)与上、下封头部件组焊焊后立即消氢处理,(5 )水压试验后焊缝表面进行100% MT或经24小时后作100%RT II 级合格+ 100%UT I级100%PI(反应管与管板的焊接接头作PT )检测,I检测合格对其环焊缝作局部热处理热处理规范见级全部合格;图6。采用履带加热器进行局部热处理,V升≤( 6 )庄体焊缝硬度(焊缝、热影响区、母材三个区域)均满足HB≤225的要求。120C/h ,V降≤150C/ho该设备于2002年10月份开车投入生产已三个2.5整体组装 .整体组装后进行液压试验和气密性试验:1 )由多月设备运行情况良好。于该设备管程压力大于壳程压力,所以壳程组装后收稿日期2003-02- 10应进行1.0MPa的氨渗漏试验,以检查反应管与管板作者简介聂杰女,1962 年生高级工程师,长期从事压力容间的焊缝是否泄漏2)壳程进行5.38MPa的水压试器设计、制造工作。通讯地址辽宁省葫芦岛市连山区化械验;3 )管程进行7.22MPa的水压试验,合格后进行街25号邮编:125001。(上接第24页)料的焊接M]机械工业出版社,1995 7. .[3] Leslie P. Antalfy ,et al. Innovation in Delayed Coking CokeDrum DesigrC S] PVP- Vol. 388 ,Fracture , Design Analysis收稿日期2003 -01-08of Pressure Vessels , Heat Exchangers , Piping Components ,作者简介胡明女,1991 年毕业于西安交大电厂热能动力工and Fitness for Service , ASME 199.程专业工程师。通讯地址浙江省宁波市镇海60#技术处,[4]中国机械工程学会焊接学会编焊接手册(第2卷)材祁编315207。欢迎投稿欢迎订阅欢 迎刊登广告.35.