阐述大型纯钛塔器制造过程塔类设备作为压力容器设备中的一种，在石油化工行业中各个装置中有着非常广泛的应用，是这些装置中的核心设备，直接影响着整个装置的高效运行和安全使用钛具有优良的耐腐蚀性能、力学性能和工艺性能，被广泛应用于国民经济各个领域特别是在化工生产中，用钛代替不锈钢、镍基合金和其他稀有金属作为耐腐蚀材料[1,2]1、产品结构简介近年洛阳双瑞特种装备有限公司承制了一台大型纯钛塔器，该设备为某化工厂离子膜烧碱装置氯气处理及压缩单元用的氯气洗涤塔该设备为改造设备，原设计为碳钢内衬橡胶结构，现改为纯钛结构设备工艺原理:从电槽出来的湿氯气进入氯气洗涤塔，氯气由冷却循环氯水逆流接触，对氯气进行洗涤和冷却氯气夹带的蒸汽约90%被冷凝下来，并且氯气中所含的盐水水雾与蒸汽冷凝液一起被脱除;氯气处理能力9170m3/h设备主要设计参数如下:介质为湿Cl2(高度危害);工作温度<90℃;工作压力0.018MPa;设计温度90℃;设计压力0.09MPa;试验压力0.27MPa(卧);主体材料TA2;规格型号直径3200mm、壁厚12mm、长13970mm;设备净质量36440kg(含填料);设计寿命20年。
设备简图如图1所示该设备主要由筒体、封头、法兰、接管等零部件构成其中设备下封头为平板，采用加强筋井字支撑;设备连接部分采用活套法兰连接;设备内填2层陶瓷拉西环，由栅板支撑图1设备简图2、制造要求及难点(1)大直径薄壁活套密封环的加工及焊接密封环如何加工、如何控制焊接变形，以保证设备最终的可靠密封2)设备整体性能保证设备直径大、壁厚小，刚性较差，如何保证筒体椭圆度、直线度;接管及内外焊接件较多，如何通过合理排版避开纵环缝;如何避免各段筒节误差累计，以保证设备最终尺寸要求3)焊缝保护及焊接变形控制钛极易氧化，如何对纵环缝、角缝等进行充分保护，如何进行合理的坡口设计，如何选择合理的装配焊接顺序，以方便焊接且变形较小3、制造工艺3.1密封环加工及焊接密封环、法兰、筒体连接方式如图2所示图2密封环、法兰、筒体连接示意由于设备直径大，密封环宽度小，且密封环与筒体组焊后变形难以控制，因此密封环焊后整体加工困难同时考虑到设备压力低，密封环刚性差，焊后变形可通过活套法兰螺栓紧固修正，故对密封环采取先加工后组焊的方案根据密封环尺寸选择3.4m立车加工，但该立车旋转平台尺寸<3.2m，密封环不能直接放置在平台上。
经测量，车床立柱至旋转平台中心距离约为1780mm，故可通过工装扩展旋转平台尺寸，以满足密封环加工采用直径大于密封环尺寸的圆盘通过螺栓和压板与机床旋转平台固定，圆盘见平后放置密封环，从而实现密封环的加工密封环加工方案如图3所示图3密封环加工方案示意3.2主要部件制造工艺控制(1)筒体排版由于塔体直径大、壁厚小，易变形为椭圆，不易组对，且塔体上内外零部件多，加工过程中最大限度地减少焊缝，不但可以使塔体直线度、总长等尺寸较易保证，还能使开孔及内外件避开焊缝，因此考虑采用定尺宽钛板根据钛板供应商的生产能力及塔器开孔位置，对筒体进行了排版，排版图如图4所示图4筒体排版图(2)筒体圆度控制下料时单边留出5mm刨边余量，便于刨边时进一步找正板料，同时去除下料时的氧化层刨边后控制板料对角线误差≤2mm筒体卷制前应将卷板机辊子清理干净，卷制时先采用垫板对板料两端进行预弯，避免卷制后纵缝两侧产生直边段卷圆时，采用少压多滚的原则，逐次调整上压辊的下压量，严格控制筒体纵缝棱角3)其余控制塔器内件统一排版后，采用水切割净尺寸下料，避免下料氧化及二次加工;考虑到设备运行过程中的振动，内部填料格栅支撑仅起支撑作用，故对支撑筋板满焊，而环形支撑圈与塔体点焊，避免设备运行中焊缝开裂。
接管采取正公差组对，保证焊接收缩后的外伸高度尺寸满足图纸要求;同时根据内件安装方位，确定塔器放置的合理方向3.3焊接控制钛材的焊接应有清洁的环境，最好在独立的钛加工车间进行，满足标准要求，并与其他作业区分隔开[3,4]1)焊接方法根据产品特点及尺寸，纵缝选择等离子焊接，提高效率且焊接质量好;环缝由于尺寸限制采用氩弧焊，便于操作实施2)焊接坡口设计坡口设计的原则是可焊接、能焊透、便于焊接保护;根据此原则环缝采用双面坡口，减少焊接量，减少焊接变形;接管与塔体的D类焊缝采用内坡口加外侧焊角;内件角焊缝根部焊透，并要求焊角饱满3)焊缝保护分别制作合适的纵缝、环缝以及角缝保护工装，保证氩气直通进入焊接背面，保证工装在与焊缝两侧贴合条件下有充分的气流保护及冷却;在第2层焊接时仍采用背面保护，防止背面超温氧化4)焊接顺序塔体环缝采用2人对称焊接，焊完第1遍后，里面先熔焊，再焊第2遍，最大限度地减小焊接变形;内部空间受限处先断续焊接，筋板等装配后再焊满，保证焊接空间，同时控制焊接变形3.4包装运输控制设备制造完毕经检验合格后，对设备内部进行充氮，保证设备内部始终处于惰性气体保护状态，防止空气中的污染物进入内部。
该设备为立式设备，运输时为卧式，故采用临时鞍座支撑，支撑时需要避免支撑接触面过小;同时在支撑鞍座垫板上加胶皮衬垫，防止对钛材造成铁离子污染完工后的设备如图5所示图5设备完工照片4、结语(1)在大型塔器制造过程中，需要从塔体排版开始严格控制各环节尺寸，尤其是每节塔体的圆度，从而保证整体塔器的几何尺寸在公差范围内2)对钛材设备，焊接控制是关键，要保证整个焊接环节的清洁度，同时需要考虑相应的保护工装及合理的焊接顺序，配合后期的检测手段，才能有效保证焊缝质量3)焊接方法及坡口设计要结合产品自身特点，以便于更好地保证焊接质量，并提高生产效率参考文献:[1]贺学志,杜珊珊,吴磊,等.厚壁钛塔的制造技术研究及应用[J].化工装备技术,2017(2):47-50.[2]武晓伟,肖昌辉,张恩远.大型钛—钢复合板塔器制造工艺研究[J].化工装备技术,2017(3):58-60.[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.压力容器GB150.1~GB150.4—2011[S].北京:中国标准出版社,2012.[4]全国压力容器标准化技术委员会.钛制焊接容器:JB/T4745—2002[S].昆明:云南科技出版社,2003.包广华,段利哲,黑鹏辉.大型纯钛塔器制造工艺研究[J].能源与环保,2020(10):163-165.。