某大型煤化工项目是目前在建的国内最大煤制天然气单体工程，该项目净化工艺引进德国林德低温甲醇洗技术。净化装置中的２台甲醇洗涤塔是目前亚洲最高的低温净化塔，塔高９７２８５ｍｍ，烟囱高１０１ｍ，且烟囱以捆绑式结构依附于塔设备上。甲醇洗涤塔为Ⅲ类容器，主体材质０９ＭｎＮｉＤＲ，设计压力３．９ＭＰａ，设计温度－６５／５０℃，直径４７００ｍｍ，壁厚６６ｍｍ，全体积１５２５ｍ３，净重约８５２ｔ（不含内件）。受长度、直径、质量等因素的影响，设备整体运输受限，故制造厂通过分段制造、现场组焊完成了洗涤塔的制造，文中对制造过程中遇到的难点及解决方法进行简述。
１甲醇洗涤塔分段及组焊方法
根据甲醇洗涤塔质量、运输条件及现场吊车的规格，将甲醇洗涤塔分为Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ共６段在厂内进行制造，出厂前在每段塔体端口设置撑圆工装后进行分段热处理。甲醇洗涤塔结构简图及分段明细见图１，分段筒体的组对顺序及组焊方法见表１。
２甲醇洗涤塔现场组焊制造难点
２．１卧式组焊时筒体在滚轮架上的窜动及偏重控制
卧式组焊时筒体在滚轮架上产生轴向窜动的主要影响因素是滚轮各轴线与筒体轴线的平行度［１］。在施工现场布置滚轮架时无法达到绝对水平，而且各滚轮的轴线与筒体的轴线也无法达到绝对平行，因此筒体在滚轮架上按照同一方向旋转时，会在筒体轴向方向产生窜动［２］，导致焊道逐渐跑偏，直接影响焊接质量。另外，甲醇洗涤塔部分分段筒体上大型锻制接管以及法兰集中分布在某一方位，筒体的重心偏离轴线就会产生偏重现象，导致筒体在滚轮架上旋转时重心侧通过圆周最高点一段距离后会突然加快旋转，焊接速度在这一过程中不受控制，严重影响焊接质量。
２．２环焊缝焊接温度控制
在甲醇洗涤塔施工现场没有大量的加热气源供应，用瓶装燃气火焰加热的方法对厚壁筒体并不适用，而且无法对整圈焊缝进行加热。电磁感应加热工装的敷设要求比较高，也很难用于现场制造的大型塔器上。红外线加热最适用于现场施工环境，红外线加热工装由履带式红外陶瓷电加热片组成，柔性可变能力强［３］。无论是卧式组对还是立式组对，施焊时需移开焊缝周边保温棉和加热片进行作业［４］，同时要求加热片输出稳定的热量来保证预热温度及层间温度符合工艺要求，因此加热片与筒体的固定方式是需要解决的难题。
２．３热处理效果及防变形控制
在热处理温度下，材料的强度会发生降低，而筒体自重对焊缝加热区产生的压应力很大，该压应力约束了加热区材料的自由膨胀，难以使环焊缝处的焊接残余应力再次均布，达不到消除应力热处理的目的。塔体垂直度引起的偏心载荷以及可能出现的风载荷产生的弯矩叠加会在热处理之后形成一定的残余变形，难以再次消除。此外，热处理过程中必须确保塔体的稳定性良好并且受热均匀［５］。因此，尽可能减少外力对热处理效果的影响及其防变形控制就显得尤为重要。
３甲醇洗涤塔分段筒体组焊
甲醇洗涤塔筒体的卧式组焊、立式组焊方法分别采用的是埋弧自动焊和焊条电弧焊，焊接过程中的焊接电流均为直流反接，具体的焊接工艺参数详见表２。
３．１卧式组焊
３．１．１组对Ａ段与Ｂ段组对端口材质为Ｑ３４５Ｒ，卧式组焊后进行该条焊缝的局部热处理，之后吊装至设备基础并找正。卧式组对Ｃ段与Ｄ段筒体时，为了解决筒体轴向窜动和焊道跑偏的问题，现场采用３台滚轮架组对，其中２台为５００ｔ的双驱动型滚轮架，均配有滚轮顶升装置，另外１台从动滚轮架辅助。将Ｃ段置于滚轮架上，吊车吊起Ｄ段，通过旋转Ｃ段按四心位置组对［６］。为了使筒体旋转过程中保持足够的稳定性，筒体组对完成并用拉筋板加强后，移出组对端口下部的从动滚轮架，使２台主动滚轮架与筒体外壁充分接触，增大摩擦力。同时，为了保持２台滚轮架的旋转速度一致，将其中１台滚轮架上的驱动联轴器拆除，只保留顶升装置，使筒体旋转时的驱动方式变为一主一从。启动滚轮架，通过旋转筒体确定轴向窜动的方向，并启动顶升电机调整滚轮位置，使筒体的轴向窜动位移控制到最小。甲醇洗涤塔筒体卧式组对示意图见图２。３．１．２焊接温度控制低温钢的焊接关键是避免焊缝金属以及热影响区形成粗晶组织导致韧性降低［７］，应对措施主要体现于温度的可控性。筒体按指定的焊接速度旋转１周需要近３０ｍｉｎ，若在组对端口下部采用局部预热，已焊部位再次旋转至埋弧自动焊机头时温度已经低于预热温度，层间温度更无法达到工艺要求。为了提高整个焊缝的焊接质量，获得无冷裂纹的较理想焊缝，决定适当加大预热宽度，采用焊接前整圈加热、焊接时辐射供热的方法保证预热温度和层间温度［８］。甲醇洗涤塔卧式组焊加热工装见图３。将２３片规格为６６０ｍｍ×３３０ｍｍ的履带式电加热片分２组串接，上部加热片总共１５片，下部加热片总共８片，分别包裹在组对端口处，上部加热片、下部加热片各配有１台ＬＷＫ－３６０型温度控制柜控温。开机加热，用红外线测温仪在加热源背面测量筒体壁温［９］，测温点距坡口中心处１００ｍｍ以上，达到预热温度后关闭上部加热源并将其拆除。调整升降杆，使下部加热源刚离开筒体外壁即可，提高外部辐射源的设定温度后开动滚轮架，按预定的焊接速度使筒体旋转１周，再次测量预热温度，使其刚达到预热温度即可，尽量采用低热输入焊接［１０］，以防止焊接时热输入导致层间温度过高，使焊接接头韧性变差［１１］。埋弧自动焊所需的焊剂由专用的焊剂烘干箱烘干，目的是降低扩散氢含量，降低冷裂纹产生的可能性。清根后用热磁粉按照ＪＢ／Ｔ４７３０—２００５《承压设备无损检测》［１２］中的Ⅰ级要求进行磁粉检测，焊接完成后用上、下部加热片包裹整圈焊道进行消氢热处理。整个焊接及消氢热处理过程在搭建防风、防雨棚的条件下完成。
３．２立式组焊
吊车吊起ＣＤ段并缓慢靠近ＡＢ段端口，确认方位之后用龙门工装将销轴逐个插在定位块的销轴孔内（定位块在组对前按照对应方位事先焊接在组对端口上），用楔铁将各组对尺寸调整合格之后，用拉筋板在筒体外壁加固并且保持吊车不松钩，拆除龙门铁工装，保留定位块，将２３片串联的电加热片通过定位块的销轴孔固定，并用钢丝紧绳器将保温棉紧贴加热片，达到预热温度之后在筒体内对称施焊，以确保整条环缝受热、收缩均匀［１３］。焊接外部时电加热片仍然采用内部撑圆工装固定，焊接完毕后直接进行后热处理。按照与上述相同的方法分别组焊甲醇洗涤塔的Ｅ段、Ｆ段筒体。甲醇洗涤塔筒体立式组对示意图见图４。在消氢热处理完成之后对甲醇洗涤塔的环焊缝进行１００％衍射时差法超声波检测（ＩＩ级合格）＋１００％超声波检测（Ｉ级合格）＋１００％磁粉检测（Ｉ级合格）［１４］。２台甲醇洗涤塔总共有８条环焊缝，检测发现只有１条环焊缝局部存在返修，并且无裂纹缺陷，为清根不彻底造成的微小夹渣，所有焊缝的焊接合格率为９９％。
４甲醇洗涤塔环焊缝热处理
环焊缝局部热处理的防变形控制影响着设备的成型质量，若发生局部变形则与消除应力热处理的目的相违背，若焊接环焊缝后再进行临时焊接加固，反而会产生附加应力和残余变形［１５］。同时，由于缺少低温钢在热处理温度下的力学性能数值，现场无法预估塔壁强度下降引起的安全风险［１６］，因此决定对吊车不松钩并施加拉力进行热处理操作。ＣＤ段环焊缝３９Ｂ由吊车施加１４００ｋＮ的拉力进行热处理操作，Ｅ段环焊缝２２Ｂ、Ｆ段环焊缝１１０Ｂ由吊车施加８００ｋＮ的拉力进行热处理操作，尽量降低筒体自重对加热环焊缝产生的约束，防止在热处理过程中产生较大的压应力。根据图５所示的甲醇洗涤塔环焊缝热处理工艺曲线，延长４００℃前的升温时间为４ｈ，保温结束后再次延长４００℃后的空冷时间为４ｈ，确保加热、保温、冷却阶段不产生大的温度梯度，使热处理后焊缝周围的应力分布更加均匀。本次施工单个环焊缝热处理工序共耗时约２４ｈ。在甲醇洗涤塔环焊缝热处理完毕３６ｈ之后按照相关要求进行磁粉检测，未发现再热裂纹等缺陷，说明甲醇洗涤塔的制造质量良好。
５结论
（１）运用双驱动、双顶升型的滚轮架可以有效防止甲醇洗涤塔筒体的轴向窜动。对于埋弧自动焊操作时产生的焊缝跑偏，可提前进行焊缝外形纠偏，有效防止超重型筒体因偏重产生打滑现象，使筒体旋转速度和焊接速度更加稳定、同步。（２）对低温钢厚板焊接，通过采取整体预热及加大焊件预热宽度的方法，可以有效降低焊件之间的温度梯度，显著降低焊接应力，对提高整个焊接接头的抗裂性非常重要。（３）对于厚壁塔器立式组焊之后环焊缝的局部热处理，广西职称如果塔体的自重过大，通过减小自重产生的压应力并且延长升温时间和降温时间，可以使焊接残余应力再分布速度得到提高，使应力消除得更为彻底。
作者：叶海 夏涵月 单位：兰州兰石能源装备工程研究院有限公司
