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1、图1 设备简图锆钢复合板反应器的制造实践万建春 郑世平 王 建 刘生海（南京斯迈柯特种金属装备股份有限公司，南京211102）摘 要 ： 介 绍 了 锆 钢 复 合 板 反 应 器 制 造 过 程 中 的 一 些 关 键 工 艺 措 施 和 质 量 控 制 要 点 ， 以 此 保 证 设 备的加工质量。关键词：锆钢复合板 反应器 制造1 概述在 掌 握 先 进 的 甲 醇 羰 基 化 法 合 成 醋 酸 、 醋 酐 工 艺 技 术 之 后 ， 伴 随 天 然 气 和 新 型 煤 化 工 的 蓬 勃 发 展 ， 醋 酸 、 醋 酐 已 成 为 近 年 来 有 机 原 料 的 投 资 热 点 ，
2、国 内 多 个 天 然 气 或 煤 化 工 基 地 都 以 碳 一 化 学 作 为 重 要 的 产 业 链 ， 新 建 或 扩 建 了 多 套 醋 酸 、 醋 酐 项 目 ， 在 这 些 项 目 的 工 艺 过 程 中 ， 锆 钢 复 合 板 设 备 占 有 较 大 的 比 重 ， 其 中 反 应 器 又 是 其 核心设备。量 要 求 高 等 特 点 。 通 过 调 研 ， 以 前 只 有 部 分 国 外 公司 和 国 内 个 别 企 业 具 有 相 应 制 造 业 绩 ， 通 过 对 已 投 用 情 况 的 了 解 ， 都 出 现 过 不 同 程 度 的 泄 漏 。针 对 该 反 应 器 的
3、 技 术 特 点 和 可 靠 性 要 求 ， 本 次 在 为 国 内 某 公 司 醋 酐 项 目 制 造 锆 钢 复 合 板 反 应 器 过 程 中 ， 通 过 技 术 分 析 ， 工 艺 试 验 ， 方 案 比 较 ， 对 制 造 过 程 中 的 关 键 工 序 采 取 了 必 要 的 工 艺 和 质 量 控 制 措 施 ， 从 而 达 到 了 加 工 质 量 要 求 。 以下就此进行扼要阐述，希望起到交流借鉴作用。2 主体用复合板要求2.1 原材料的要求锆 钢 复 合 板 中 R60702复 层 板 应 满 足 ASME SB 551/SB551M标 准 的 规 定 ， TA1过 渡 层
4、板 应 满 足 GB/T3621标 准 的 规 定 ， Q345基 层 板 应 满 足 GB713标 准 正 火 板 的 规 定 。 爆 炸 复 合 前 对 复 层 板 和 基 层 板 材 料 进 行 了 力 学 性 能 和 化 学 成 分 复 验 ， 其 中 化 学 成 分 复 验 结 果 分 别 见 表 1、 表 2。 此 外 ， 基 层 板 逐 张 进 行 了 超 声 检 测 ， 满 足 JB/T4730.3的 级要求。2.2 复合板爆炸复合前的加工要求锆 钢 复 合 板 采 用 三 层 爆 炸 复 合 的 形 式 ， 交 货 状态要求为退火状态。2.2.1 复合板原材料的拼接要求 首
5、先 根 据 反 应 器 的 结 构 尺 寸 、 管 口 方 位 、 内件 的 焊 接 位 置 及 加 工 工 艺 要 求 进 行 用 料 排 版 ， 确 定 主 体 所 需 复 合 板 的 数 量 及 每 张 复 合 板 规 格 尺寸 。 排 版 时 要 遵 循 基 、 复 层 材 料 的 拼 接 处 须 避 开反 应 器 结 构 型 式 及 主 要 尺 寸 见 图 1， 主 体 材料 采 用 锆 复 层 （ R60702） +钛 过 渡 层 （ TA1） +钢 基 层 （ Q345R） 爆 炸 复 合 板 ； 上 下 封 头 为 球 形 结 构 ； 带 有 搅 拌 或 内 加 热 部 件 。
6、 其 设 备 技 术 参 数 ：（ 1） 设 计 温 度 ： 220 240 ； （ 2） 设 计 压 力 ： 3.3 4.5MPa； (3)介 质 特 性 ： 易 燃 易 爆 、 高 毒性危害介质（ CO、 HAC、催化剂等）。该 反 应 器 具 有 材 料 性 能 特 殊 ， 加 工 难 度 大 ， 质- 17 -图2 复合板热处理曲线图化工装备 技术应用与发展表1 R60702的化学成分%表2 Q345R的化学成分%管 口 开 孔 区 域 的 原 则 ， 同 时 在 保 证 复 合 板 爆 炸 复合 质 量 前 提 下 ， 复 合 板 单 张 尺 寸 尽 可 能 加 大 ， 以 减少焊接
7、拼缝数量。为 满 足 球 形 封 头 成 形 加 工 的 要 求 ， 上 下 球 形 封头所用的复合板过渡层和复层均不允许拼接。 筒 体 复 合 板 上 的 锆 复 层 板 拼 焊 时 ， 使 用 纯 度 99.999% 的 氩 气 进 行 双 面 保 护 ， 以 避 免 氧 化 。 焊 接 完 成 以 后 ， 应 分 别 按 JB/T4730.5和 JB/ T4730.2对 焊 缝 进 行 100%渗 透 及 射 线 检 测 ， 合 格 级 别 分 别 为 I级 及 II级 。 钛 过 渡 层 板 拼 焊 时 ， 使 用 纯度 99.99%的氩气进行保护，焊接完成以后， 拼 接 焊 缝 应
8、磨 至 与 钛 板 表 面 平 齐 ， 并 进 行 100%渗透检测，按 JB/T4730.5标准 I级验收。2.2.2 复合板的热处理要求 复 合 板 爆 炸 成 形 后 ， 需 进 行 消 应 力 热 处 理 。热 处 理 前 锆 复 层 板 表 面 须 进 行 清 洗 ， 除 去 锆 材 表 面 的 污 物 和 铁 离 子 。 热 处 理 采 用 电 炉 加 热 的 方 式 ， 控 制 炉 内 气 氛 为 中 性 。 复 合 板 在 炉 内 摆 放 须 用 耐 火 砖 隔 开 ， 使 板 板 之 间 有 一 定 的 间 隙 以 便 确 保 温 度 均 匀 ， 另 外 在 炉 内 的 多
9、点 位 置 设 置 热 电 偶 ， 以 测 量 复 合 板 实 际 热 处 理 温 度 ， 并 自 动 记 录 热处理曲线。复合板热处理工艺曲线见图 2。2.2.3 复合板搬运吊装要求 复 合 板 在 搬 运 、 吊 装 时 严 禁 使 用 金 属 吊 钩 直接 夹 板 复 层 表 面 以 造 成 损 伤 污 染 ， 应 在 吊 钩 表 面衬上软性隔离物或在基板边缘焊接吊耳。2.2.4 复合板的矫平要求复 合 板 热 处 理 后 需 进 行 矫 平 加 工 ， 矫 平 过 程 中 对 锆 复 层 表 面 应 采 取 复 层 贴 保 护 膜 的 隔 离 措 施 并 对 矫 辊 进 行 清 理 ，
10、 防 止 铁 离 子 污 染 。 矫 平 过 程 中应均匀施压避免局部频繁碾压。2.3 复合板的检验要求对 复 合 板 应 进 行 以 下 检 测 试 验 ， 合 格 以 后 才 能投入使用。2.3.1复 合 板 的 不 平 度 应 符 合 设 计 图 样 规 定 ,复合板表面不允许有机械损伤。2.3.2 逐 张 进 行 全 区 域 100%超 声 检 测 ， 贴 合 率 应 大 于 99%， 任 何 一 个 未 贴 合 区 的 最 大 尺 寸 不 得 超 过 25mm， 且 周 边 100mm范 围 内 不 允 许 存 在 不贴合区域 3。2.3.3 锆 复 层 拼 缝 进 行 100%渗
11、透 检 测 ， 按 照JB/T4730.5要求 级合格。2.3.4 复 合 板 取 样 进 行 剪 切 试 验 ， 剪 切 强 度 值应不小于 137.9MPa3。- 18 -元素 C Mn Si V Mo Nb N Cr Ni S P标准值 2 0.20 1.20 1.60 0.55 0.015 0.025实测值 (筒体板 ) 0.18 1.41 0.38 0.00 0.014实测值 (封头板 ) 0.16 1.30 0.30 0.004 0.013元 素 Zr+Hf Hf Fe+Cr Sn H N C Nb O标准值 1 99.2 4.5 0.2 0.005 0.025 0.05 0.16
12、实测值 99.6 1.2 0.08 0.0005 0.003 0.01 0.14图3 球形封头装配实图化工装备 技术应用与发展2.3.5 按 规 定 取 样 进 行 弯 曲 试 验 ， 每 组 试 样不 少 于 2 件 ， 基 、 复 层 分 别 受 拉 ， 合 格 指 标 为 3 ： 内 弯 ： 弯 曲 直 径 2 倍 基 板 厚 度 ， 弯 曲 角 度180，弯曲部分的拉伸面上不允许有裂纹；外 弯 ： 复 层 受 拉 ， 弯 曲 直 径 10倍 复 层 板 厚 度 ， 弯 曲 角 度 105， 弯 曲 部 分 的 外 侧 面 不 允 许 有裂纹，复合界面不允许分层。2.3.6 基 层 Q3
13、45R钢 板 取 样 进 行 力 学 性 能 检 验 （ 拉 伸 、 弯 曲 、 冲 击 试 验 ） ,按 GB713-2008标准规定值验收合格。按 规 定 的 焊 接 工 艺 规 范 ， 采 用 对 称 爬 坡 焊 接方 式 ， 施 焊 时 严 格 控 制 热 输 入 量 和 层 间 温 度 。 为 防 止 飞 溅 对 焊 接 区 域 边 缘 锆 复 层 的 破 坏 ， 焊 接 前 锆 复 层 表 面 需 涂 防 飞 溅 保 护 涂 层 。 组 焊 完 成 的 封 头 ， 经 形 状 及 表 面 质 量 检 验 后 ， 对 焊 缝 逐 条 进 行100%射线检测和 20%的超声检测。 为
14、避 免 火 焰 切 割 可 能 造 成 的 锆 复 层 污 染 或 装配 间 隙 误 差 ， 封 头 上 的 工 艺 管 口 开 孔 均 采 用 机 械加工方法进行。3 封头成型要求3.1 球片压制设 备 的 上 下 封 头 设 计 为 半 球 形 结 构 ， 采 用 由 一 个 球 冠 顶 圆 +五 片 球 瓣 的 结 构 ， 采 取 单 片 成 型 后 再 拼 接 的 成 形 方 式 。 即 先 使 用 液 压 机 对 顶 圆 和 球 瓣 的 坯 料 进 行 冷 压 成 形 ， 加 工 过 程 中 通 过 胎 具 工 装 校 正 和 样 板 检 查 ， 直 到 各 自 的 曲 面 与 半
15、球 的 弧度相同。3.2 装配成型对 压 制 成 型 的 顶 圆 和 球 瓣 的 坯 料 进 行 工 艺 放 样 ， 使 顶 圆 和 球 瓣 的 切 割 坯 料 规 格 满 足 封 头 形 状 及 尺 寸 要 求 。 考 虑 到 封 头 组 焊 时 产 生 的 收 缩 变 形 因 素 ， 对 其 中 的 一 片 球 瓣 坯 料 须 留 有 一 定 的 切 割 余量进行二次净料。由 于 钛 、 锆 与 钢 为 不 相 熔 材 料 ， 定 型 切 割 好 的 封 头 坯 料 按 图 样 及 工 艺 技 术 要 求 先 采 用 手 工 方 法 剔 除 钢 基 层 焊 接 区 域 两 侧 各 约 15
16、-20mm的 锆 钛 层 ， 再 加 工 焊 接 坡 口 。 组 装 封 头 时 ， 要 严 格 控 制 各 坯 料 之 间 的 组 对 间 隙 和 复 层 错 边 量 ， 组 对 间 隙 尺 寸 2mm， 复 层 错 边 量 1.5mm， 同 时 要 控 制 封头的圆度，保证尺寸公差在10 mm范围之内。3.3 组装焊接封 头 基 层 的 焊 接 采 用 焊 条 电 弧 焊 的 方 法 ， 为 了 防 止 焊 接 变 形 ， 焊 接 前 要 用 工 装 对 装 配 好 的 封头进行定型加固 (见图 3)。4 锆钢复合板设备的贴条锆 钢 复 合 板 设 备 复 层 密 封 贴 条 及 其 焊 接 ， 是 决 定 设 备 制 造 质 量 的 关 键 所 在 。 为 了 满 足
