D-400聚合反应器组焊工法

1、1.序言兰化6万吨/年线性低密度聚乙烯装置是兰化公司“七五”期间技术改造挖潜的重点建设项目。本装置采用英国BP公司气相法工艺，技术先进，投产后可平衡毫秒炉乙烯装置生产能力，每年为兰化公司增收利税4000万元。D-400聚合反应器是该装置内核心设备，由华凯公司负责设计，BP公司审批，具有世界先进水平，我国同装置中均由国外引进。石化总公司本着“引进、消化、运用”的方针，实现大型石油化工设备国产化和节约外汇的原则，并解决西北地区大型化工设备运输困难，总公司与兰化公司商定部分材料引进，国内制造，并指定我公司承担现场组焊任务。D-400聚合反应器总重170吨，容积417.4米3，高度25.994米，安装高度20米，顶部高度37米。形状复杂，壁板厚度变化大，工序多，要求严。2.D-400聚合反应器组焊工艺原理2.1D-400聚合反应器由下列部件组成：2.1.1下球形封头 R=1900mm，板厚30mm，材质16MnR。2.1.2筒体=3800mm，高度13000mm，板厚42mm，（与锥体连接高500mm，板厚55mm过渡段），材质SPV36N。2.1.3下锥体3800/4625，4625/533

2、7两节24块板，高度3366mm，板厚55mm，材质SPV36N。2.1.4上锥体5337/5983，5983/6610两节24块板，高度3102mm，板厚70mm，材质SPV36N。2.1.5球顶R=3380mm，由赤道的1/2加682mm、温带、极板等三部分组成，合计25块板，板厚42mm，材质SPV36N。2.1.6人孔接管、分布板、予分布板等内件，顶部平台。上述部件除下球形封头和筒体由制造厂负责制作并整体出厂，其他均由施工单位现场组焊，其焊缝长度纵缝164米，横缝126米，合计290米。组焊安装过程按予定的网络施工顺序，严格按工序质量管理标准，实行全过程的质量控制，使人、机、料、法各因素均处于控制状态和良好保证条件。从而在合理的工期内，保证D-400局核反应器的组装、成型、焊接、探伤、热处理、检验的质量和总体的安装质量。2.2D-400局核反应器设计技术条件和规范2.2.1设计技术条件设计压力 2.35MPa设计温度 110操作压力 1.9 MPa 操作温度 8095水压试验压力 3.55 MPa 气密试验压力 2.15 MPa容器类别 焊缝透视 100%2.2.2技术标准 原

3、设计要求制造、试验、验收均按ASME标准。经兰化公司技术改造指挥部和华凯公司的同意，改用JB741-80标准，球顶部分采用GBJ94-86标准。3.工艺程序3.1D-400聚合反应器组装3.1.1基础验收 D-400聚合反应器基础是环形基础，基础顶标高20米。反应器裙座与基础之间在热处理加S=25mm厚的胶皮板，因而基础标高、表面平整度、地脚螺栓间距和同心度要求较严。实际施工中，基础验收指标是基础标高偏差2mm，基础表面不平度允许偏差为1mm，从直径方向进行测量，地脚螺栓偏差为2mm。3.1.2组装顺序3.1.2.1反应器的筒体整体出厂，筒体裙座分二分之一出厂。现场进行筒体与裙座组对焊接，而后进行吊装。3.1.2.2下锥体1-2、2-2分两节在平台上进行组对焊接，再将两节组对为下锥体，吊装与筒体连接。3.1.2.3吊装下球形封头与筒体连接，临时固定，但方位应与图纸符合。3.1.2.4筒体、下锥体进行热处理。（Dy500mm人孔应进行热处理）3.1.2.5上锥体3-2、4-2两节分开组对，再将两节组成为上锥体。3.1.2.6球顶，5-2赤道，6-2温带分别进行组对，再将赤道、温带、极板、

4、人孔、接管组焊成整体，应注意方位。3.1.2.7球顶和上锥体组对成整体，吊装与下锥体连接。3.1.2.8球顶和上锥体（包括下锥体、1.5米过渡段）进行热处理。3.1.2.9拆下球形封头，进行反应器内部件，分布板，予分布板，立柱安装，再安装下封头。3.1.2.10 D-400聚合反应器水压试验与气密试验及水压试验后进行磁粉探伤和超声探伤检查。3.1.2.11验收、省劳动局和BP公司验收。3.2D-400聚合反应器的焊接3.2.1焊接工艺评定 在D-400聚合反应器正式施焊前，用板厚S=55mm，SPV36N的钢板，由焊接试验室负责抗烈性试验。在此基础上进行立横仰平四种位置焊接工艺评定，给施工现场提供焊接依据。3.2.2焊工资格 根据焊接试验室提供工艺评定的各种数据和焊接方法，组织焊工进行学习，并请参加过球罐施工的经验比较丰富的焊工做示范，进行为期一个月的培训和考试，结果15名焊工通过了严格的考试，并取得较满意的成绩，可参加D-400聚合反应器的焊接。3.2.3电焊机 根据焊接工艺要求选用上海产AX8-500 30KW1台，AX5-500 26KW15台，并配备电流表电压表各一块。3.2.

5、4电焊条 电焊条的选用，经兰化技术改造指挥部和华凯公司同意，选用T557焊条，规格3.2、4. 5mm三种，并经复验，均符合规范要求。3.2.5焊接环境 D-400聚合反应器施工周期较长，冬、春、夏三季。因而在平台上搭设防雨、防风、防雨雪，同时棚内设通风机和采暖设备，保证焊接环境符合工艺要求，但出现下列条件之一，不准进行焊接。3.2.5.1棚内风速大于5米/秒；3.2.5.2棚内温度小于-5；3.2.5.3棚内相对湿度大于90%；3.2.5.4棚内漏雪漏雨；3.2.6焊接工艺参数焊前预热温度焊缝种类预热温度最小预热范围mm测量位置mm罐体主焊缝130150焊缝两侧各120距坡口边缘50脚焊缝130150焊缝两侧各120距坡口边缘50点固焊130150焊缝两侧各120距焊缝中心50补 焊150175焊缝四周各150距焊缝中心各50各种焊接位置的焊接规范焊条规格焊接位置焊接电流电压焊接速度毫米/分电流电压4立焊135150232570854平焊16521028291201304仰焊1351502325801004横焊1401702427110220S2102202829180220焊接线能

6、量控制范围焊接位置线能量J/cm立焊2200030000平焊2000030000仰焊2000030000横焊1400022000层间温度不得低于预热温度，最大不超过200，当温度超过175可暂停电加热器。后热必须及时进行，规范要求15020030分钟。同一条焊缝一天焊不完时，可第二天再施焊，但必须至少焊三层，方可停焊，停焊时应立刻进行后热。第二天经预热后方可再焊各层。预热、后热均采用杨中焊接热处理设备厂生产的红外吸铁式电加热器进行。测温用国产半导体表面测温计。采用如图所示的多层多道焊，深坡口侧的前3-4层一般采用单道焊，以后各层用多道焊，另一侧也同样。3.2.7清根与打磨D-400聚合反应器锥体，球顶内侧焊接后，焊接外侧前应先采用碳弧气刨清根，碳弧气刨时要保持刨槽的宽度和深度基本均匀一致，并确保焊根处的缺陷清理干净，然后用磨光机将刨槽打磨圆滑并呈现金属光泽，经着色检查和超声波探伤。方案规定，确认焊缝表面和内部无缺陷，再将着色剂清洗干净，方可进行外侧焊接。各条焊缝全部焊完后，并经后热处理之后，均将焊缝打磨成圆滑过渡到母材的几何尺寸形状，同时清除焊缝两侧飞溅，焊缝增高处要磨至没有焊缝波纹的

7、痕迹。这样既有利于反应器在高温高压下运行，也便利磁粉探伤和超声波探伤。4.质量标准和质量控制4.1质量标准4.1.1D-400聚合圈反应器设计图SK57-00014.1.2英国BP公司提供检验标准4.1.3“压力容器安全技术监察规程”4.1.4“锅炉压力容器焊工考试规则”4.1.5JB741-80“钢制焊接压力容器技术条件”4.1.6GBJ94-86“球形储罐施工及验收规范”4.1.7GBJ94-86“球形储罐施工及验收规范条文说明”4.1.8JB3964-83“压力容器焊接工艺评定”4.1.9GB3323-87钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级4.1.10JB1152-81“锅炉和钢制压力容器对焊、焊缝超声波探伤”4.1.11JB3965-85“钢制压力容器磁粉探伤”4.1.12SHJ510-88“石油化工装置设备基础施工及验收规范”4.2质量控制4.2.1基础施工质量D-400聚合反应器裙座直接座在基础平面上，不许加垫铁。故基础的标高，表面的不平度允差，地脚螺栓的中心偏差及同心度偏差等都必须严格控制在技术规范规定的范围内，否则就难以保证安装质量。4.2.2组装质量D-400聚合反应

8、器分节在平台上进行组对，其锥体分四节，球顶分赤道、温带进行组对，上下口直径、水平度、椭圆度及对口间隙、错边量、棱角度等都必须严格控制在规定的范围内。4.2.3焊接质量D-400聚合反应器焊接过程中最主要的是控制以下环节。a、上岗焊工必须经培训考试合格。在此基础上选出年纪轻、素质好、体力充沛的焊工进行焊接。我们在15名合格的焊工种挑选出12名参加，焊接的结果，有3名获得优胜，一次合格率100%，5人获得奖励，总的合格率达98.2%。b、焊条SPV36N是调质钢，所选用电焊条T557，如果焊条因管理不善而吸潮，很有可能引起焊缝的延迟裂缝。因此，施工中我们给予高度重视，专设焊条烘烤、发放专责负责人，并制定严格管理制度。焊条发放、回收均作记录，坚持称量发放，回收焊条临行存放，重新烘烤后不再用在主焊缝上。电焊工人手一个专用焊条保温筒，焊条烘烤箱和恒温箱经专业人员调试、校核、焊接责任工程师检查，并随时检查焊条烘烤、发放、回收记录，保证焊条的使用及管理的可靠性。c、焊接工艺焊接工艺主要控制预热温度、层间温度、焊接线能量、焊接层次、后热及焊接环境，为此，焊接时配备一名专职记录员。及时测量和记录有关数据

9、。还配备一名调节电流人员，三名电工负责电加热送电停电，由工段长负责气候条件记录，并负责防雨防风棚内采暖停送工作。4.2.4无损探伤无损探伤是检查焊缝质量的主要手段，反应器使用以下四种方式、渗透、磁粉、超声波和射线。我们对探伤前的焊缝打磨，探伤时的技术参数，操作方法及底片质量都进行严密控制，杜绝了漏检及误判现象。5.安全措施5.1加强安全教育，坚持开好安全班前会，参加施工的全体人员认真遵守本工种的安全操作规程。5.2施工现场设置砂箱，灭火器材，预防火灾发生。5.3氧气瓶和乙炔瓶分开堆放，堆放距离应符合规定，堆放整齐。5.4电焊机二次线通过道路应有保护装置，电焊钳应处于绝缘处，电机应有接地装置。5.5电加热器送电前应仔细检查绝缘，送电过程应经常检查是否有漏电现象。5.6在罐内施工时，应有安全而充足的照明，罐顶应有抽风机而有专人监护。5.7吊装前应对所有起重工具进行全面检查，在作业时应遵守操作和安全规程。6.技术经济效果6.1D-400聚合反应器外观和内在质量优良。6.1.1锥体与球壳率测量E3mmE3mm部位尺寸mm编号锥体1-2锥体2-2锥体3-2锥体4-2赤道5-2温带6-2上中下上中下上中下上中

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