超大型压力容器的现场组焊技术初探

【摘 要】：随着我国工业现代化的快速发展,压力容器逐渐向大型、超大型化发展，由于超大型化势必带来制造和运输过程中出现诸多困难, 造成制造成本增加。只有采用现场组焊或制造技术，才能降低制造成本。本文重点介绍了超大型压力容器的现场组焊技术，以供工程技术人员参考。

【关键词】：超大型压力容器； 现场组焊技术

中图分类号：TH49 文献标识码：A 文章编号：

前言

目前，随着化工行业的发展，压力容器逐渐向大型化、超大型化发展。由于运输和制造等诸多原因限制，大型、超大型设备只能采用现场组焊或现场制造。但造成了制造成本增加，施工条件差，对焊接、热处理和无损检测技术要求高，施工难度大等问题。本文以某公司制造的超大型反应器为例，介绍了为降低生产成本，在现场组焊技术、质量控制及提高生产效率方面采取的有关措施。

1、反应器简介

该设备为板焊式结构。反应器本体由18节筒体、2个封头、1个裙座及227个接管、接缘组成。反应器主体材料为15CrMoR+321爆炸复合板，壁厚（94+3）mm，加强管材料为15CrMo（III），内壁堆焊347。主要技术参数：设计压力3.5MPa；耐压试验压力5.26MPa（立置）、5.82（卧置）；设计温度300℃；最高/最低工作温度280/240℃；工作介质为液体石蜡、水煤气等；全容积1163m3；容器类别为Ⅲ类。

该设备净重7 2 0 吨， 总高4 8 m ， 内径φ5800mm。由于设备组焊后超长、超高、超重，无法进行整体长途运输，在制造厂按18节筒体、上、下封头、接管（接缘）、裙座预制后单独运到现场进行组焊，现场组焊成三大段进行整体消除应力热处理、安装内件后再立式组焊、对环焊缝局部消除应力热处理、最后立置试压。

2、焊接材料的选用

本设备基层主体材料为15CrMoR，其力学性能及化学成分符合表1、表2要求：根据表1、表2要求，基层焊接材料选用：埋弧焊焊丝为H08CrMoA，焊剂为SJ101，焊条为R307B。根据设备运行的实际要求，经焊接工艺评定，过渡层焊条采用超低碳不锈钢焊条E309L-16，以提高过渡层熔敷金属的抗裂性，耐蚀层焊条采用E347-16，除应满足焊材标准要求外，还对焊条熔敷金属的含碳量做了具体要求，即C≤0.04%，同时要求热处理前耐蚀层熔敷金属的铁素体在FN3～FN8之间，既提高了耐蚀层的抗裂性，同时也提高了对H2S的耐腐蚀性。

3、环缝及角焊缝坡口的设计

3.1 环缝坡口的设计

本设备环焊缝的焊接采用焊条电弧焊。从坡口加工周期、减小焊接填充量，缩短施焊周期等方面考虑，经计算及试验，最终选用如图1所示的坡口型式。实践证明,这种坡口形式,便于组对,节约焊材,焊接效率高,质量好，同时又能在焊接外侧焊缝的同时，实现内侧清根、焊接同步进行，使每道焊缝的焊接节省约2天的时间，为整个工程的进度赢得了宝贵的时间。

3.2 角焊缝坡口的设计

通常情况下，设备本体与接管的坡口型式是一致的，这样做便于质量的控制，易于操作。鉴于本设备的特殊情况，即工期紧，任务急，本体上接管或接缘数量较多，并且分布在不同的方位上，若简单的设计成一种坡口型式，不能形成多工种、多人同时工作，满足不了工程进度的要求。制造过程中为方便交叉焊接作业，减小划线、开孔切割的时间，同时从减少焊材填充量等诸多方面的角度考虑，设备上所有接管（接缘）与筒体角焊缝的坡口采用如图2、图3的两种型式。这种坡口形式，即保证了焊接质量，减小清根量，同时最大限度地发挥了焊工等多个工种的协同工作能力，使人员的工作效率最大化。

4、现场制造前的施工准备

4.1 现场的选择

因整个工程施工场地比较紧张，而该台设备本身直径大，总体长度长，场地狭小会严重影响施工进度，在场地选择上，我们设计一条窄而长的场地，可以减小龙门吊车制造费用，同时满足反应器筒节、封头的卸车条件和场地内交叉作业。地面铺设碎砂石，解决了施工地区多土、多雨的不利因素。

4.2 机具设置

主要有六大方面：风管路的设置、窄间隙焊接防雨可移动机棚的设置、龙门吊车及线路的设置、防雨热处理炉的设置、电器柜的设置、γ射线现场透照防护措施的设置。因场地比较窄，整体机具设置要求做到：雨天施工，多而不乱，互不影响，施工方便。

5、现场装配及控制

5.1 环缝的组对及精度控制

该台设备环缝坡口形式单“U”型，采用窄间隙自动焊和手工电弧焊，板材为复合板，对组对要求较高，我们采用卧式组对，按要求分三段组焊，最终组对效果较好。各段数据见表3。

5.2 接管及接缘的组对

因设备直径较大，放到组焊胎具上后，最高高度为7米多，对现场防护措施要求较高，且在罐顶上组对，工作效率低，占用时间长，雨季施工受影响，我们采用如下方案：

5.2.1 大接管采用外组对法；

5.2.2 接缘、小接管采用内组对法。

设备上大接管受重量限制必须采用外组对法，用吊车将接管吊至上部，调整高度及方位，达到满足图纸要求，因每次只能组对一个接管，造成大量工作人员闲置，不能有效提高工作效率。鉴于以上考虑，设备上的小接管及接缘采用内组对法，这样的接管（接缘）的数量约占总数的90%，采用这内组对方法的优点是可以保证多工种、多人次同时处于工作状态，避开外组对法依赖吊车的局限性，提高了组对效率，在实际焊接时可以使相隔180℃的接管（接缘）同时处于焊接或清根状态，有效的提高了工作效率及焊接人员的上岗率，极大地缩短了施工周期，同时内组对时又可最大限度地保证工作人员的安全性。

6、现场焊接

6.1 环缝的焊接

本设备的制造现场多风、多雨，昼夜温差较大，而本台设备基层材质为15CrMoR，对氢致冷裂纹敏感性较强，按焊接工艺规程，焊前预热温度为≥150℃，层间温度控制在150℃～250℃之间，焊后或焊接中途停止施焊应立即进行消氢处理。为了满足上述条件，我们设计、制造了一个防雨、防风、同时可以实现保温的窄间隙焊机棚，窄间隙机头及电源固定于机棚上。经过实际焊接证明该机棚经受了大风、多雨考验，保温效果良好，焊接过程中运行平稳，在组对筒体及接管（接缘）时可移动，便于施工人员操作，为工作人员提供了适宜的工作环境，为保证组对、焊接质量提供了支持。为整台设备的顺利施工打下了基础。机棚简图见图4、图5。

6.2 预热、层间温度及消氢

本设备基层材料为Cr-Mo钢，焊后具有一定的延迟裂纹倾向，焊接过程中要采取预热、控制层间温度和焊后消氢处理的措施。经焊接工艺评定确定焊前要对焊接坡口两侧300mm范围内预热至不低于150℃，焊接过程中层间温度控制在150℃～250℃之间，焊后要及时对焊接接头进行300℃～350℃，保温3小时的消氢处理，以保证焊缝中的扩散氢能够充分地逸出，减小冷裂倾向。实际工作中采用液化汽简易加热器对焊接区域进行加热和保温，消氢处理时采用保温毡进行保温。加热时通过若干个气阀控制液化汽的流量。加热器简图见图6。

参考文献

［1］ 张金昌.超大型压力容器的现场组焊技术初探［M］.天津：天津科学技术出版社，1985.

［2］ GB/T 985.1-2008，气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口［S］