尿素合成塔主要零部件的制造工艺流程设计精.doc

重要零部件制造 筒体制造 如前所述，筒体是整个尿素合成塔重要部分。筒体由许多筒节组焊成，就拿2.8m36m 尿素合成塔（多层包扎式）为例，筒体共分 11 节，其中 10节长2980mm，1个筒节 1800mm，总长度 31600mm。每一种筒节都是由外层层板、盲层和衬里内筒构成，它们制造工艺过程简要论述如下：1）内筒 内筒制造工艺过程是：原料检查（包括腐蚀试验和机械性能试验）按内筒展开周长划线、留有切割量和卷圆带头直边量标志移植。将材料牌号、炉批号、板号或其本厂代号，用不含氯离子或金属养料记号笔（可防水而不褪色）抄写到将要下料板面上剪切下料在卷板机上卷圆，当两头弯曲圆度到达规定后取下。注意：卷板机应专用，上辊不能有焊渣、焊瘤，最佳在上辊套一不锈钢套筒。防止衬里内筒卷制过程中压出麻点或划伤以及铁离子污染。在专用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。不得有裂纹或夹层现象。重新放在卷板机上深入卷圆，使纵缝合拢在卷板机上将纵缝点焊固定。应采用评估合格焊条，注意不能将焊渣掉到上辊表面。从卷板机上取下，由于筒 体直径较大，厚度（一般 68mm）较薄，刚度局限性，轻易变形，因此内筒必须用支撑件撑圆固定。将筒体放在专用夹具上进行纵焊缝焊接（带焊接试板）焊缝铁素体测定。规定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，不得有夹渣、裂纹和气孔纵焊缝 X光探伤检查。由于衬里内筒重要是起耐腐蚀作用，焊缝是微弱环节，微小孔洞将导致严重危害。因此 X光探伤验收原则不一样于一般受压容器原则。除按JB4730I级片外，还不容许有柱状小气孔出现。焊接试板晶间腐蚀倾向试验和选择性腐蚀检查及金相检查。其措施按 HG/T3172和 HG/T3173、HG/T3174 验收原则按 GB9842 或工程原则规定。超低碳奥氏体不锈钢制作，规定有一种清洁场地和环境，防止铁素体污染和磕碰划伤，否则会影响不锈钢耐蚀性能。因此，参与尿素合成塔内筒衬里或其他内件制造工人要接受这方面工艺守则教育，并在施工过程中严格遵守；下料场地应打扫洁净，消除杂物，可采用橡胶板铺地，并严禁穿带有铁钉子皮鞋，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卷板机上进行。不能与卷过铁素体钢卷板机混合使用，除非将卷过碳钢卷板机辊子表面进行认真清洗。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固溶热处理。热处理炉内气体应尽量减少硫含量，防止硫化物对不锈钢渗透减少耐蚀性能。当不锈钢表面或焊缝需要打磨时，应采用品有橡胶氧化铝砂轮打磨，打磨时间不应太长，防止导致回火色。不能用一般粉笔当作记号笔在不锈钢上乱写乱画。标识移植用记号笔应采用不含氯离子、硫化物颜料。内筒纵焊缝焊接坡口型式见图九。焊接程序如下：图九 清理坡口手工焊和两道，焊条 BM310Mo-L3.5mm，电流 90100A焊缝表面 PT清理手工焊和道，焊条直径 4mm，电流 120140APT清理手工焊道，焊条直径 4mm打磨焊道，磨去焊根及两侧热影响区各2.5mm手工焊，焊条直径 3.25mm，电流 90100A铁素体检查、表面PT、焊缝表面X光探伤。在焊接前，焊条应烘烤 1502002 小时，焊接层间温度应控制在150，母材不必预热。为了尽量消除焊缝中气孔、夹渣等小缺陷，进行二次以上 PT是必要，由于焊一层厚度一般只有 2mm，那么焊一层，PT一次，就可以把缺陷尺寸限制在不不小于 2mm 范围之内，尤其是可以消除穿透性小气孔。不过着色探伤液必须清理洁净，否则对焊接不利。一般来讲，最终一道焊缝表面由于冷却条件好，没有受到再次加热影响，其耐蚀性能最佳，因此不要轻易打磨。假如表面成形不好，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。2）盲层板 盲层板重要起保护不锈钢内筒作用，它只规定可焊性，对机械性能可不予考虑。一般采用 16Mn，它在制造上特点是在盲层板面向衬里内筒外壁一面（即盲层板内表面）要加工出纵向和环向槽若干条，槽深度为 2.5mm，宽 56mm，如图十所示。盲层板是在平板状态时开槽，要在专用工装上进行。纵向槽深度应合适控制，过深了，在盲层板卷制成圆后会有棱角出现，不利于未来层板包扎。图十 盲层板构造示意图 3）外壳层板 外壳层板是受压壳体重要材料，它制造过程与一般高压容器多层层板制造过程同样。对于大型尿素合成塔，为了减轻重量以便运送，规定层板采用低合金高强度钢层板如日本神户制钢 K-TEN62M，美国 ASMESA724A.B，我国 15MnVR、15MnVNR 等，其厚度可采用 812mm。由于 K-TEN62M 等材料抗拉强度和屈服强度较高，在压头时需进行模拟试验，根据实际回弹量来确定压模半径。层板制作过程如下：材料检查第一层层板进行超声波探伤检查（其他各层可不必进行超声波探伤）划线标志移植气割下料两头预压弯卷圆（瓦片状）切割坡口尺寸坡口表面磁粉探伤或着色探伤（第二层层板钻泄气孔）包扎和焊接。层板材料是重要受压元件，也要按 DIN50049 合格证书 3.1C 进行验收。第一层层板相称于多层高压容器内筒，因此增长了超声波检查。4）多层筒节包扎 图十一 多层筒节包扎是在一台专门设计包扎机上进行（见图十一照片）该包扎机包扎容器外径可达 4000mm。有两个活塞直径为 150mm 液压缸，4 根 30mm 拉紧钢丝绳。总拉力最大可达 78 吨。包扎时将装配好内衬胎内筒支承在可以转动主轴上，压力缸和拉紧架均可沿平行于筒体作轴向移动。先拉紧层板中间部位，然后拉紧两端，分三次即可完毕包扎拉紧工作。每拉紧一次就将纵缝点焊起来，防止移动后松开，包扎完一层后来，将筒节吊出置于滚轮架上进行纵焊缝焊接。小型多层筒节包扎拉紧架有拉紧架固定式和拉紧架移动式（卡钳式），其中拉紧架移动式（卡钳式）也可以用于层板环缝错开整体包扎用，使整台多层式高压容器在专用支架上包扎完毕，消除了深厚环焊缝，已在其他高压容器上得到应用，可大大提高层板材料运用率，减少多层高压容器制导致本。但由于尿素合成塔构造特殊性，这种措施尚未得到应用。因此本文不再详细论述。尿素合成塔筒节制作过程如下：衬里内筒装配衬胎装配并包扎盲层板纵缝间断焊装配包扎第一层层板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）装配最终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。盲板层间断焊采用手工焊，焊接长度见图十二。在靠近筒节两端部用 E5015、J507）焊条，第一道用 2.5mm，电流 5060A，第二层焊条直径 3.25mm，电流 100120A。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部位进行焊接，以防堵死检漏通道。图十二 盲层板纵缝间断焊示意图 层板纵焊缝坡口见图十三。层板纵焊缝焊接先手工焊后自动焊。对于 图十三层板纵焊缝坡口 K-TEN62M 层板，焊条用 LB62，直径 5mm，电流 180240A，自动埋弧焊焊丝US40+焊剂 MF38，焊丝直径 4.8mm，电流 600650A。第一层层板和最终一层层板纵焊缝进行硬度检查目是考核焊工对焊接工艺与否严格执行。规定硬度值280HB。筒节端部坡口堆焊目是防止在组合后环缝焊接时层板在焊接热影响下出现张口，使焊渣流进去，影响焊缝质量。如图十四所示。在端部堆焊时应注意内筒与盲层板之间间隙属于异种钢焊接，应采用奥氏体钢 25-22-2LPWN 焊丝 COOCr25Ni22Mo(M.N.氩弧焊封焊，而其他部分用 US40XMF38 自动埋弧焊。图十四筒节端部堆焊示意图 5）筒节与筒节组对焊接 筒节与筒节之间组对后来进行环焊缝焊接，环焊缝构造如图十五所示。组对是在大型滚轮架上进行。组对时必须检查环焊缝对口间隙，控制在 2 0.5mm 范围内。同步应尤其注意内口错边量。由于内筒 是耐腐蚀不锈钢，错边量大了就会影响环焊缝耐蚀层厚度。一般应控制在 3mm 如下。由于筒 节外壁上检漏孔已预先镗制完毕，要保证所有筒 节上检漏孔沿筒身在一条直线上，就不容许筒节任意转动，这给组对工作带来一定困难。而调整里口错边量到达最小是不轻易。因此筒节制作必须预先控制好椭圆度，使椭圆度（大小直径差）到达 最小。采用严格控制内筒下料尺寸，包扎层板前装配刚度很好衬胎等措施使所有筒节最大内径与最小内径之差控制在 4mm 以内是能做到。尤其是对多筒节尿素合成塔壳体，在组对之前，将每个筒节实际内径进行分类，按最佳组合对象进行组对，可以大大减少里口错边量。本例尿素合成塔内口实测错边量见图十六。图十六 筒体组对环缝示意图及内口错边量测定值 环焊缝焊接程序是：（见图十五 a,b）清理坡口上油污和水迹、铁锈等氩弧焊封底，焊丝 TGS-M2.4mm，电流140160A目测检查，不能有裂纹预热 100150手工焊道至 30mm。焊条LB62，4mm，电流 140160A，用风镐敲击焊道消除应力冷却后进行 X光射线探伤重新预热到 100150手工焊至 44 mm停止预热内壁手工焊道。焊条 BM310Mo-L，3.25mm，电流 90110A，4mm，电流 130145A焊满后进行铁素体测定，规定铁素体含量0.6%PT，表面不得有裂纹，尤其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。规定整个焊缝（60mm 厚）到达 JB4730II级片原则预热 100150埋弧自动焊道，焊丝 US40 加焊剂MF38，焊丝直径 4.8mm，电流 550650A，速度 79mm/秒外口焊满后对焊缝表面和热影响区进行 MT硬度测定，规定焊缝及两侧热影响区硬度HB280直线加速器射线探伤（有条件厂家）。半球形封头制造 中、小型尿素合成塔上下半球形封头均采用厚板在水压机上整体冲压成形，这在国内多数制造厂均能做到。而大型尿素合成塔上下半球形封头（内径 2800mm左右），整体冲压成形只有少数几种厂家才能做到，其关键条件是必须要有大吨位、大开档、大行程大型冲压水压机和对应工装模具、高温加热炉以及合理冲压工艺。以直径 2800mm，厚度为 125mm 尿素合成塔半球形封头整体冲压成形为例。根据封头材料如 19Mn6 高温拉力强度（见表）按下列经验公式计算 P=(1.31.65DSt 冲压力。冲压时温度应控制在 920960，其时 b48Mpa，则可算出冲压力约在27000N31000N 之间。据此则可以选择合适水压机能力和设定对应冲压工艺。下面是尿素合成塔下部半球形封头制造过程：原材料检查打砂超声波探伤标志移植气割下料刨削拼板坡口预组合并在大型立车上夹紧车削外圆边缘坡度（如图十八）在龙门刨床上精加工拼接焊缝坡口组对焊接。组对时在特制装有预热装置场地上进行。图十八 预热温度 20030检查，包括焊缝 PT、X光射线探伤以及焊缝及热影响区硬度试验加热，温度控制在 960980，不能超过 980冲压，始压温度应控制在920950最合适，不能高于 960，终压温度不应低于 850。否则会因高温脆性而冲裂测定成形后球壳各部位实测厚度焊缝及热影响区内外表面 MT整个球面进行 UT正火+回火（带焊接试板）试板机械性能试验精加工环向端面球壳内壁用砂轮打磨光滑呈金属光泽用酒精清洗内表面在专用焊接变位器上夹紧、找正在球壳外壁安装远红外电加热板及保温通电预热，使球壳温度抵达100进行第一层（过渡层）带极堆焊和球底中心部位手工堆焊打磨焊接接头部分堆焊层表面 PT（抽查 30%面积）超声波探伤（也抽查 30%），以焊带搭接处为主）消除应力热处理清洗表面，不得有油污等影响继续堆焊质量杂物堆焊第二层（耐蚀层）不锈钢（包括手工堆焊）铁素体测定100%PT100%UT测量堆焊层厚度加工环向焊接坡口镗制底部和侧面物料接管焊接坡口所有坡口碳钢部分进行 MT清洗坡口表面，用酒精擦洗除去油污组对接管球壳接管周围合适预热焊接焊缝铁素体测定焊缝表面 PT与筒体组对焊接。上封头制造工艺过程在球壳冲压成形部分与下封头相似，后来工序如下：上封头球壳冲压成形并经正火+回火处理，机械性能试验合格后在立车上加工人孔开孔与人孔法兰焊接坡口检查坡口合格后与人孔法兰锻件组对点焊固定（预热）预热（150）焊接，焊到 30mm 进行 X光探伤检查，然后再焊到60 mm，再进行 X 光射线探伤检查消除应力热处理再次预热（150）再焊到满厚度UT、MT硬度检查直线加速器射线探伤（有条件厂家）组对两个吊耳局部预热150焊接吊耳焊满后表面打磨MT、UT消除应力热处理UT、MT硬度检查球壳内壁打磨光滑呈金属光泽清洗洁净堆焊不锈钢（堆焊程序与下封头相似）堆焊人孔衬里过度层精加工人孔内圆及人孔密封面镶环槽组对人孔内圆衬里和密封座镶环焊接焊缝铁素体检查焊缝表面PT精加工人孔密封面螺栓孔加工检查。2800mm 半球形封头整体展开尺寸直径为4140mm，厚度 125mm。来料板宽 2100mm，长度 2400mm，因此二张板可以拼成一种封头毛坯。其拼接焊缝坡口见图十九。为了防止焊接变形，应按图中次序号进行反翻身焊接。图十九 封头毛坯拼焊坡口示意图及焊接次序 封头毛坯加热工艺曲线如图二十所示。图二十 球形封头冲压加热工艺 封头内壁堆焊情形见图二十一，带极堆焊共分二层，第一层作为碳钢层过渡，一般采用 309L或 308L焊带，与也可以采用 25/22/2LMn 焊带。焊剂可采用国产 HT260或 SJ602 或比利时 13BLFT。焊带宽 60mm，厚度 0.5mm，焊接电流 750A，电压 28V，焊速 120mm/分。第二层为耐蚀层。焊带必须采用耐尿素腐蚀材料，采用 25/22/2LMn 焊带和 13BLFT焊剂，焊接规范基本上同第一层，只是焊速可略低某些。第一层基体金属要预热，第二层不必预热。图二十一 封头内壁带极堆焊情形（照片）封头与筒体组焊 封头与筒体组合焊缝见图二十二和图二十三。由于封头内壁带极堆焊层不也许焊到环焊缝边缘，因此，这道环焊缝内口不锈钢 焊缝较宽，应采用手工堆焊过渡。图二十二 上封头与筒体环焊焊缝示意图 图二十三 下封头与筒体之间不环焊缝示意图 其他零件制造 人孔顶盖、内件、溢流管、塔板和物料接管等制造比较简朴，可参照一般零件加工工艺，在此不再赘述。要注意就是内件不锈钢件所有焊缝必须做到全焊透，外观要圆滑，防止导致缝隙腐蚀。