锆制脱水塔设计及设计过程中相关问题的探讨

摘要：锆材作为目前最良好的耐腐蚀材料，在石油、化工、核能、航天等行业得到广泛的应用。文章通过对脱水塔的设计与制造的介绍，解决了锆制脱水塔在设计制造中有关材料选择、结构设计、试验检验要求确定及强度计算等技术难点。

关键词：锆；脱水塔设计；压力容器；密封环；制造检验

中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）09-0035-03

锆（ZIRCONIUM，合金代号R60702，板材SB-551）材作为目前世界上最优秀的耐腐蚀材料之一，特别是对大部分有机酸（如醋酸、甲酸等）有非常强的抗腐蚀性，在核能、航天、石油、化工等领域得到了广泛的使用。脱水塔是为某公司承制并设计的年产40万t醋酸项目中的关键设备，是一台58层塔板ADV浮阀式锆塔。

1 脱水塔的工作条件及结构参数

脱水塔主要技术参数见表1，简图见图1：

2 设备主要结构材质的确定

2.1 主体材质

脱水塔的工作介质具有强腐蚀、易燃、易爆的特点。主体材质采用纯锆材料制造，根据锆材物理化学性能的特点完全能满足腐蚀和强度要求。内部构件如塔盘支撑圈、分布管组件、防涡板组件、防冲板组件等也均选用纯锆结构，主要是考虑强度、耐蚀与耐磨要求，其中板材选用ASMESB551-R60702，管材选用ASMESB658-R60702，紧固件螺栓、螺母选用ASMESB550-R60705。

2.2 裙座材质

基于经济性和设备整体刚性的考虑，裙座材质为碳钢。

2.3 焊材

关于焊材Q345R（16Mn）之间的焊接选用E5015焊条，Q345R（16Mn）与Q235A（B）之间选用E4315焊条，锆材之间焊接选用ERZr-Z焊丝。

3 脱水塔主要结构设计

3.1 设备主体结构设计

该塔筒体、封头的壁厚为11mm或13mm，所以纵环焊缝形式可采用开单面坡口或双面坡口均可以，由于双面坡口较之单面坡口在施焊过程中，有锆焊丝填充量小、成本低、壳体变形量小、工作量少等优点，所以该设备纵环焊缝形式最终采用双面坡口形式。具体形式见图2。

3.2 松套法兰的密封环与接管的结构设计

由于锆材与碳钢的不可焊性，所以纯锆设备上用的法兰形式均为松套式。松套法兰形式分为带颈松套式（见图3）和对焊环式（见图4）。考虑到以往的加工经验，对焊环式更能保证其密封面与法兰面平行度及其密封面与接管垂直度的要求，故该设备所用法兰形式采用对焊环式。接管与密封环焊接形式见图5。为保证接管与密封环焊后法兰整体刚性和强度的要求，其焊接必须全焊透并要求焊脚高度h>接管壁厚的0.7倍。