摘要：以某项目中甲醇合成装置的甲醇分离器为例，对低温复合板容器的裙座对接结构、接管补强结构设计进行比较分析，提出符合低温容器结构特点的方案，为类似设备的结构设计提供参考。
关键词：甲醇；低温；结构设计；翻边锻管
中图分类号：TQ050.3；TH122 文献标识码：A 文章编号：1009-3281（2016）02-0023-003
甲醇分离器是对上游气化、净化装置产生的甲醇合成气（粗甲醇、循环气）进行净化分离的容器，是甲醇合成装置的关键设备。该设备的工作环境温度较低，但是压力较高，随着使用温度的降低，设备可能会发生脆性破坏。为了避免这种危害的发生，在设备设计时应充分考虑：（1）结构应尽量简单，减少约束；（2）尽量避免结构形状的突然变化，减少局部应力；（3）接管与壳体连接部位应圆滑过渡，接管端部内壁倒圆[1]。本文从裙座对接结构和接管结构设计两方面论述此类低温高压厚壁容器的设计问题。
1甲醇分离器的结构特点和主要技术参数
甲醇分离器的结构形式如图1所示，设备主要由筒体、球形封头、法兰、锻管、裙座组成。设备主体材料采用16MnDR+S30403复合板，所有接管法兰及加强锻管采用16MnⅣ锻件+S30403（堆焊），密封结构采用环连接面（RJ）密封形式，支撑形式为裙式支撑。产品技术参数见表1。
2裙座与封头对接接头的优化
由于设备所在服役环境恶劣，为低温冰冻工况，因此在操作过程中裙座顶部内外温差较大。裙座与下封头之间的焊缝容易产生冷裂纹，甚至开裂，致使设备造成破坏，所以有必要对裙座与下封头的焊缝进行设计优化。图2为两种对接接头的结构图。节点（a）为国家标准[2]中推荐的塔器裙座与塔壳对接形式（图2a），一般为塔器所通用的结构。而节点（b）的做法是先将一段300~500mm的裙座筒节与封头焊接，然后再将上段与裙座下段立式组对。对裙座短节的内部坡口进行了30°切削处理，使其有一定的空间堆焊，形成R10的圆滑倒角，并保证对接焊缝为全焊透结构[3]。目前，我公司专门开发了一套狭窄空间复合焊接脉冲自动/半自动焊机来完成该狭窄空间的焊接作业，经过多个项目的设备裙座内狭窄间隙堆焊的验证实施，效果良好，提高焊接效率的同时又保证了焊接质量。使用狭窄空间复合焊接脉冲自动/半自动焊机焊接完成后，焊缝在空气中冷却后形成自然的内凹，熔池金属与两侧壳体呈现圆滑过渡的弧线，焊缝成形良好，采用R10的样板测量，完全无需打磨。
3补强接管结构设计
工程规定要求本设备所有接管焊缝均要求为对接焊缝，所有接管补强均采用自补强翻边锻件。其中，对于DN≤100mm的仪表口，采用LWN长高颈整体法兰带翻边结构（见图3左），翻边尺寸为锻管外径加100mm；DN≥150mm的管口采用翻边锻管加法兰焊接（见图3右），锻管翻边尺寸为锻管外径加80mm。所有锻管的翻边尺寸以适合射线检测时贴胶片为宜。对于下封头上带引出管的接管，设计时考虑了3种方案：（1）采用翻边补强锻件焊接分段接管，分别堆焊完成；（2）采用不锈钢翻边锻管和不锈钢管组成；（3）采用碳钢锻件内衬不锈钢管组成。方案一补强接管堆焊成形可以满足要求，但是由于接管分段处内壁堆焊质量不能保证，不可取；方案二，接管所需补强厚度超厚，翻边部分需要的厚度比筒体厚30mm，且主要焊缝存在异种钢焊接，不可取；方案三，由于补强锻管为碳钢，厚度适宜，且引出管为不锈钢，不存在堆焊问题，为最佳方案，如图4为下封头补强接管形式。在该结构中，对补强锻管的端部采用不锈钢环板封闭不锈钢管与锻件的空隙，锻管外缘机加工一圈，形成凸缘，并将机加工后的凹台堆焊S30403与末端齐平，并与环板用不锈钢焊条焊接，采用该方式是为了避免异种钢焊接。在距离端部50mm的锻管侧面开设一个M6的检漏孔，整件制造完毕，检漏孔应通入0.4~0.5MPa的压缩空气进行焊缝质量检查，以保证结构安全。同时，在翻边锻管壳体焊接完毕后，按标准规定要求对焊缝进行100%射线检测，满足JB/T4730.2—2005Ⅱ级合格，技术等级AB级，由于壳体和翻边翼缘厚度达到（90+4）mm，采用射线（Ir192）检测因曝光时间长，受环境和场地限制，而采用超声波衍射时差法（TOFD）代替射线检测[4]，并辅以100%MT和100%PT检测，以杜绝焊接缺陷的存在。
4结束语
在甲醇分离器的设计过程中，充分考虑设计温度和环境温度对设备造成的影响，结构形式上尽量简单可操作，优化存在薄弱环节的结构，在裙座对接焊缝和补强接管结构上另辟蹊径，为此类低温高压产品的设计积累了经验。
参考文献
[1]GB150.1~4—2011，压力容器[S].
[2]NB/T47041—2014，塔式容器[S].
[3]贺玲.大型焦炭塔的结构优化.炼油技术与工程[J]，2004，34（3）：38-40.
[4]吴俊，王超.衍射时差法超声检测（TOFD）技术在工程施工中的应用[J].石油化工建设，2012（4）：87-88.
作者：黄德华 王欢 单位：中石化宁波工程有限公司 黎明化工研究设计院有限责任公司
