1、第一变换炉制造方案新第一变换炉08021-5501/5502-1制造方案 编制： 校核： 审核： 山西丰喜化工设备有限公司2011年6月15日第一变换炉制造工艺方案1、概述1.1、设备结构特点和主要技术参数第一变换炉由裙座、筒体、上下球形封头、粗煤气进出口、卸料口、人孔、温度计口、接管、吊耳、吊柱及内件等组成。设备总高13350，筒体内径为3600，筒体及封头材料均为SA387Gr11cl2，筒体厚度为138mm，封头下料厚度为85mm。设备工作压力6.15MPa，工作温度305450，工况为临氢、高温状态，极易产生氢腐蚀及回火脆化现象，该设备筒体及封头厚度较厚，制造难度大，技术要求较高，因此
2、在设备生产过程中的材料采购、复验及制造过程中的下料、坡口加工、成形、焊接、无损检测、热处理等各个环节上应有更加严格的工艺措施和检验方法，特制定该工艺方案，以确保第一变换炉的制造质量。主要设计条件及参数项目技术参数设计压力 MPa6.7设计温度 480物料名称水煤气（CO、H2、CO2、H2O、CH4、N2、H2S等）腐蚀裕度 mm6焊接接头系数1.0容器类别III/A2全容积 m385设备净质量Kg192000水压试验压力 MPa12.68气密性试验 MPa6.7 1.2 设备制造、检验和验收的标准规范1.2.1 TSG R0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程1.2.2 GB150
3、1998钢制压力容器1.2.3 JB47082000钢制压力容器焊接工艺评定 1.2.4 JB/T47092000钢制压力容器焊接规程 1.2.5 JB47262000压力容器用碳素钢和低合金钢锻件 1.2.6 JB47442000承压设备产品焊接试件的力学性能检验 1.2.7 JB/T4730.162005承压设备无损检测 1.2.8 HG205841998钢制化工容器制造技术要求 1.2.9 HG205831998钢制化工容器结构设计规定 1.2.10 GB7132008锅炉和压力容器用钢板 1.2.11 JB/T47112003压力容器涂敷与运输、包装 1.2.12 ASME 锅炉和压力
4、容器规范第II卷 A篇和D篇部分及相关增补 1.2.13 ASME 锅炉和压力容器规范第V卷及相关增补 1.2.14 ASME 锅炉和压力容器规范第VIII卷第I、II册及相关增补 1.2.15 ASME SA20 压力容器用钢板通用要求 1.2.16 ASME SA-370钢制品力学性能的标准试验方法和定义标准 1.2.17 ASME SA-387压力容器用铬-钼合金钢板 2、主体材料的采购控制 2.1、板材 2.1.1 材料特点及控制要点 SA387Gr11 CL2为珠光体耐热钢，热处理状态为正火+回火，其力学性能、化学成份、工艺性能的各项指标均应符合ASME SA-387/SA-387M
5、的规定，同时应满足华陆工程科技有限责任公司变换炉用 SA387Gr11 CL2钢板材料说明书的规定，材料进厂后应按照GB150的有关规定对材料的化学成分和机械性能进行复验，合格后方能投料使用。 SA387Gr11 CL2在中温（350480）临氢环境中具有防止氢脆、氢腐蚀、氢剥离、硫化物腐蚀性能，同时具有良好的低回火脆性，高温强度和高温抗氧化性较好，焊接及加工性能较好，广泛使用于化肥、石油化工以及火力发电厂设备的制造. 如合成氨反应器、煤气化炉、变换炉和加氢反应器等。虽然 SA387Gr11 CL2的焊碳量控制在0.050.17%之间，但由于含有较多的Cr、Mo等合金元素，其碳当量较高，脆硬性
6、强，故该材料焊接前应预热到200250，切割后应清除渗碳层，打磨至露出金属光泽，并应对切割端面进行100%MT检测，符合JB/T4730.4-2005 I级合格。焊后应立即采取加热32020，保温4的消氢处理，并保温缓冷。2.1.2 SA387Gr11 CL2的化学成分及力学性能 化 学 成 份 （%）CbSiMnPSCrMoSbSnAsNiCu0.050.170.440.860.350.730.0080.0101.01.560.40.70.0030.0150.0160.180.16力 学 性 能项 目 b（(MPa) s(MPa) 482st(MPa) AKV(注)（J)硬度 HV10数 值
7、51569031021132225 注：试验温度为液压试验温度-17。 2. 1.3 华陆工程科技有限公司变换炉用 SA387Gr11 CL2钢板材料说明书2. 1.3 .1化学成分成品分析（SA-387-S2)钢板化学成分除应符合SA-387 的规定外，对下述组成有如下限制：1）Cr 含量应大于1.0% P0.012% S0.010%2）钢板回火脆化敏感系数J (SA-387-S62):J=(Si+Mn)*(P+Sn)*104150(Si、Mn、P和Sn为重量百分数)Cu0.20% Ni0.30%3）化学成分分析结果和碳当量计算结果应在材料合格证书中表示。碳当量的计算方法为：CE=C%+Mn
8、%/6+(Ni%+Cu%)/15+(Cr%+Mo%+V%)/5 CE0.452. 1.3 .2 机械性能钢板的机械性能除应符合SA-387 的规定外，还应进行下述补充试验：1）力学性能试样坯料的模拟焊后热处理（SA-387-S3）2) 高温拉伸试验（SA-387-S7）筒体及封头用钢板应按SA-20 的要求进行附加拉伸试验，高温拉伸试验按温度482进行，高温屈服强度的最小强度值应满足ASME 第II 卷D 部分的要求（st211MPa）。每轧制张钢板进行一次试验。材料合格证中应阐明高温抗拉强度值。常温b515690MPa ,s 310MPa,伸长率22%,3) 夏比V 形缺口冲击试验（SA-3
9、87-S5） 夏比V 形缺口冲击试验应按SA-370钢制品力学性能标准试验方法和定义标准进行。试验温度为液压试验用液体温度-17oC，冲击功三个试样的平均值Akv32J，允许其中一个最小值Akv22J，试样取样为横向。 4) 硬度要求 钢板交货状态的硬度值HB225。 5） 晶粒度 钢板的晶粒度6 级或更细，按ASME E112 试验方法测定平均晶粒度。 6）钢板进行冷弯试验R=180 检测次数：每炉一次，合格按照SA20中表S14.1。 7） 在钢板的长度头部或尾部处，在钢板1/2 厚度处和离钢板表面1.6mm处取样作上述机械性能试验。 8） 钢板应进行真空处理（SA-387-S1）。2.
10、1.3 .3 超声波检测（SA-387-S12）1） 逐张钢板均应按SA-578 的要求进行超声波检测，验收标准为C 级。2） 钢板的超声波检测要求:钢板表面：沿垂直于钢板主轴线的标称中心距为75mm 的平行线连续扫查，扫描线应从钢板中心或某一个顶角开始量起，并在扫查面上离钢板的所有边缘不到50mm 处补加一条扫描线。钢板边缘：在离钢板切口边缘宽度为50mm 的整个区域内进行100%扫查。 2.2 锻件 15GrMoIII（正火+回火）锻件的制造、检验、验收应符合JB4726-2000压力容器用碳素钢和低合金钢锻件的规定要求 2. 3 主要焊材 2. 3.1 手工电弧焊：焊条CMA96 符合标
11、准：JIS Z3223 DT2316（AWSA 5.5 E8016-B2） 烘干温度：325375，保温时间：1h 2.3. 2 埋弧自动焊：焊丝 US511N 符合标准JIS Z3183 S642-2CM(AWS A5.23F9P2-EG-B3)。焊剂PF200超低氢型高碱烧结焊剂，烘干温度200300，保温时间1h。焊接材料的化学成份（%）焊材类型CSiMnPSCrMoCM-A960.060.380.720.080.041.310.54US-511N0.080.200.860.060.051.380.533 设备主要零部件的加工3.1、筒体制作要点及注意事项 筒体采用在板料中间位置进行卷板
12、机预弯，再气割掉头拼接后中温卷制成形，操作时除应严格遵守卷板机操作使用规程、维护规程和安全规程外，同时采用保温棉对卷板机的轴承、油箱、液压缸、电器等部位做好隔热措施。3.1.1、号料及标记移植根据施工图给定的筒体长度，为了尽量减小焊接接头，采用定长、定宽双定尺板。筒体DN3600X138 H=6280，按中径计算理论展开长度尺寸为L=11743，其中一台设备筒体采用2125X12000（利用板头制作产品试板）1张、2125X11800 2张定尺板制作，另一台设备采用定尺板2125X11800 3张制作。3.1.2、下料及两端坡口加工 板材验收合格且板面氧化皮、油污等清除干净后采用气割法下料L=
13、117605，对角线相对差2mm，并在板料长度方向的两端采用半自动气割法切割坡口，坡口形式见下图，要求坡口打磨光滑，不允许有凹坑。 3.1.3、中部预弯在板材中间进行预弯，预弯前在板长方向的两侧面划出中线及两边各1000mm的压弧终止线，并将板料整体加热。加热规范：升温期间温度400后的升温速度为100120/h，加热至66020后保温4h。预弯时要求板料两端进料均匀，不得扭曲，确保预弯后圆弧中心线与板长方向垂直，预弯弧R=1870，弧长不小于2000mm，D外圆3740+0.5 的样板检查，间隙应不大于1mm，预弯卷制温度不得低于500。3.1.4、切割 沿圆弧中心划出切割线，采用半自动气割
14、法切开，要求切割处光滑，不允许有弧坑。3.1.5、清理坡口、检测 对两端的坡口清除渗碳层，打磨至露出金属光泽，清理坡口表面及两侧50mm内的铁锈、油污及水份等有害杂质，并进行100%MT检测，符合JB/T4730.4-2005 I级合格，要求坡口表面不得有分层、裂纹、夹杂等缺陷。3.1.6、掉头、组对 坡口检测合格后进行组对，选用CMA96 4焊条进行接板固定点焊，点焊长度50mm，间隔200mm，焊缝两端带引弧板，组对时对口错边量b1.5mm，跨板中9000mm范围内测量对角线允差不大于1.5mm，并在第一节筒体焊缝的延长线上组对产品试板。定位点焊前应预热到200250，焊接参数如下： 焊接
15、电流：140160A，电弧电压：2224V，焊接速度：1416cm/min，线能量17.5KJ/cm 。 3.1.7、焊接 组对检验合格后，采用埋弧自动焊施焊，预热温度200250，层间温度大于或等于200，焊接后应立即采取加热到30020，保温4h的消氢处理，并保温缓冷，焊接完成后进行外观检查，要求表面无裂纹、气孔、弧坑、咬边、夹渣等缺陷。焊丝牌号：US511N，焊剂牌号：PF200，焊接参数如下： 焊接电流：560590A，电弧电压：3234V，焊接速度：4244cm/min，线能量28.6KJ/cm。3.1.8、打磨 焊接完成后，将接缝的上下面及两侧面均应打磨与母材平齐，避免卷制过程中焊
16、缝应力集中。3.1.9、对接接头检测 焊接接头24h后进行100%UT检测，符合JB/T4730.3-2005 I级合格，超声波检测合格后再进行100%MT检测，符合JB/T4730.4-2005 I级合格，必须确保焊接接头表面及内部无任何缺陷。3.1.10、温卷 纵缝接头检测合格后，进行中温卷制。加热规范：升温期间温度400后的升温速度为100120/h，加热至66020后保温4h。 卷制时应选择最佳的下压量，合口处距离约为50mm，温卷温度不得低于500。3.1.11、测量、划坡口线 筒体冷却后利用卷尺测量外周长，要求外周边L=12177+5（焊缝收缩量）-50=12132，并划出6坡口线
17、，样冲标记。 3.1.12、切割余量、割磨坡口 采用半自动气割法切除多余量，同时按标记线切割出坡口。3.1.13、坡口清理、检测 切割后应清除渗碳层，打磨至露出金属光泽，清理坡口表面及两侧50mm内的铁锈、油污及水份等有害杂质，并进行100%MT检测，符合JB/T4730.4-2005 I级合格，要求坡口表面不得有分层、裂纹、夹杂等缺陷。3.1.14、合口、组焊槽型铁及垫板 在卷板机上通过滚圆的方式进行合口，合口处尺寸见下图，组焊槽型铁和垫板以便对筒体两侧进行固定和对口错边量的调整，组焊时应预热200250。测量对口错边量，要求b18.5mm。组焊槽型铁采用J507焊条，焊条直径4，焊接电流：
18、150170A，焊接电压2224V 组焊垫板采用R307焊条，焊条直径4，焊接电流：150170A，焊接电压2224V 3.1.15、焊接纵缝 焊接采用埋弧自动焊，预热温度200250，层间温度大于或等于200，焊接后应立即采取加热30020，保温4h的消氢处理，并保温缓冷，焊接完成后进行外观检查，要求表面无裂纹、气孔、弧坑、咬边、夹渣等缺陷。焊丝牌号：US511N，焊剂牌号：PF200，焊接参数如下： 焊接电流：560590A，电弧电压：3234V，焊接速度：4244cm/min，线能量28.6KJ/cm。3.1.16、打磨 焊接完成后采用碳弧气刨刨去垫板及槽型铁，清除焊疤，并打磨焊缝与母材
19、平齐。3.1.17、校圆校圆前应将筒体整体加热。加热规范：升温期间温度400后的升温速度为100120/h，加热至66020后保温4h。 校圆温度不得低于500，校圆完成后利用样板检查，要求圆度e10mm，棱角度E15mm。3.1.18、检测 焊接完成24h后A类焊接接头进行100%RT检测，符合JB/T4730.2-2005 II级合格，并附加20%UT检测，符合JB/T4730.3-2005 I级合格。3.1.19、环缝坡口加工 按零件图加工每节筒体两端环缝坡口，保证两端面垂直于轴线，坡口表面进行磁粉检测，符合JB/T4730.4-2005-I级合格。3.1.20、环缝组对 B类缝可在卧式
20、转台上按线找正后进行组对，两节筒体与其中一件封头组对，另一件筒体与剩余封头组对，内件装配后设备再进行整体组对，要求对口错边量b28.5mm、棱角度E25mm，筒节直线度6.2mm。 选用CMA96 4焊条进行接板固定点焊，点焊长度50mm，间隔200mm，定位点焊前应预热到200250，焊接参数如下： 焊接电流：150170A，电弧电压：2224V，焊接速度：1416cm/min，线能量17.5KJ/cm 。3.1.21、环缝焊接 焊接采用双面埋弧自动焊，要求焊透，焊前应预热200250，层间温度大于或等于200，每道缝焊接后应立即采取加热32020，保温4h的消氢处理，并保温缓冷，焊接完成后
21、进行外观检查，要求表面无裂纹、气孔、弧坑、咬边、夹渣等缺陷。焊丝牌号：US511N，焊剂牌号：PF200，焊接参数如下： 焊接电流：560590A，电弧电压：3234V，焊接速度：4244cm/min，线能量28.6KJ/cm。3.1.22、检测 焊接完成24h后 B类焊接接头进行100%RT检测，符合JB/T4730.2-2005 II级合格，并附加20%UT检测，符合JB/T4730.3-2005 I级合格。 4、封头制造 用于制造封头的钢板SA387Gr11CL2应符合ASMEII和ASMEVIII-I及华陆工程科技有限责任公司变换炉用 SA387Gr11 CL2钢板材料说明书的规定要求
22、，并以正火+回火状态供货，不允许有负偏差。复验内容包括：材料标记清楚,质量证明书、材料、标记相符，逐张检查钢板表面质量和材料标志；按炉复验钢的化学成份； 按批复验钢板的力学性能、冷弯性能；钢板逐张进行超声波检测，符合JB/T4730.3-2005 II级合格。材料复验合格后按以下内容进行： 4.1、号料 两台设备的封头采用定尺板1750X10500X84 2张、 1750X8900X84 4张进行制作。封头下料尺寸：5250,并根据排料图下焊接工艺评定试板130X600X84 14件，封头产品试板：500X600X84 2件，做好标记移植。4.2、下料 下料采用气割进行，下料切割后应清除渗碳层
23、，打磨至露出金属光泽，清理坡口表面及两侧50mm内的铁锈、油污及水份等有害杂质，并进行100%MT检测，符合JB/T4730.4-2005 I级合格，要求坡口表面不得有分层、裂纹、夹杂等缺陷。（坡口形式见下图） 4.3、接板4.3.1、选用CMA96 4焊条进行接板固定点焊，点焊长度50mm，间隔200mm，焊缝两端带引弧板，对口错边量b1.5mm。定位点焊前应预热到200250，焊接参数如下： 焊接电流：150170A，电弧电压：2224V，焊接速度：1416cm/min，线能量17.5KJ/cm 。 4.3.2、焊接采用双面埋弧自动焊，要求焊透，焊前应预热200250，预热范围要求焊缝两侧
24、不小于255mm，层间温度大于或等于200，每道缝焊接后应立即采取加热30020，保温4h的消氢处理，并保温缓冷，焊丝牌号：US511N，焊剂牌号：PF200，焊接参数如下： 焊接电流：560590A，电弧电压：3234V，焊接速度：4244cm/min，线能量28.6KJ/cm。4.3.3、焊接完成后进行外观检查，要求表面无裂纹、气孔、弧坑、咬边、夹渣等缺陷；4.3.4、封头拼接焊缝的内表面及影响成形质量的拼接焊缝的外表面，在成形前应打磨与母材平齐。4.3.5、 拼接接头24h后进行100%UT检测，符合JB/T4730.3-2005 I级合格。4.4、成形封头采用热压成形，封头焊接试板及母
25、材试板应放置于坯料上且尽量靠近中间部分，与封头进行同样的加热工艺。4. 4.1、冲压加热参数及控制要点如下： 4.4.1.1、校验与检查加热炉的热电偶和电子电位差计，要求测量记录准确，记录仪走纸速度为60mm/h；4.4.1.2、用红外线测温仪校核封头坯料的保温温度和保温时间达到工艺要求范围内；4.4.1.3、炉工应精心操作，在封头成形过程中应严格执行热冲压工艺，做好跟踪记录，并做好封头编号的移植；4.4.2、压制要求 4.4.2.1、全面检查压机设备，应运行正常，工装模具安装紧固牢靠，检查清理上模、压边、下胎表面，不得有氧化皮、割渣等杂物。4.4.2.2、用压铝焊条的办法校核压边与下胎的平行
26、度，其不平度0.5mm。4.4.2.3、压制前应用热底模预热上下模具,其预热温度100。4.4.2.4、压制时下模增加找正装置，控制偏差3mm，以保证料片放置后偏心度8mm， 找正工装直径=1.01坯料实际直径最大值+20。4.4.2.5、操作中应行动迅速，配合得当，以控制料片出炉至压制成形时间5分钟；4.4.2.6、坯料入炉前应在板面上均匀涂高温保护剂，封头成形压制前，应在与坯料接触的模具表面上涂石墨滑润剂，活动平台中心部位应垫上耐火棉。4.5、封头成形后初步验收4.5.1、封头冷却到室温后，认真检查验收封头表面质量，目视检查不得有裂纹、凹坑、皱折等缺陷；达到技术要求后才能进行下道工序；4.
27、5.2、几何尺寸及形状偏差的初步检验：内直径公差： -3+3mm ；圆度公差：18mm；封头最小厚度： 73.75mm4.6、淬火、回火热处理工艺4.6. 1、淬火时采用口面向下放置，并保证口面平整和防止变形，试板应同炉进行热处理；4.6.2、厚度84mm的淬火和回火工艺如下图： 4.6.3、热处理要求：4.6.3.1、工件尺寸合格后方能进行调质处理，并在标准高度的口径处打钢印，使用油漆做标识，以便淬火和回火后尺寸的测量；4.6.3.2、在680-700或930保温阶段，保温时间以工件上的热偶温度为准，其余阶段按炉温执行工艺，记录整个过程的偶温；4.6.3.3、淬火前水温22（循环水冷却），每
28、件封头淬火结束后，需全部放水后重新加新的冷却水，记录淬火始末水温（不得高于35）。4.6.3.4、循环水开到最大水量，记录淬火始末的水温、工件温度及冷却时间；4.6.3.5、工件从出炉到入水的时间应控制在3分钟之内，否则空冷后重新热处理；4.6.3.6、淬火后检测封头几何尺寸，合格后进行回火；4.6.3.7、试板需要使用25mm直径的拉筋两条固定于封头上与封头同步淬火等热处理；4.7检验、检测4.7.1、 封头成形后，取齐端面并留有不小于10mm的加工余量；4.7.2、封头冷却至室温后，再次检查封头表面质量、几何尺寸及形状偏差；4.7.3、封头封头外观质量及尺寸检验合格后，应对拼接接头进行10
29、0%RT检测，符合JB/T4730.2-2005 II级合格，同时进行20%UT检测，符合JB/T4730.3-2005 I级合格；4.8、加工4.8.1、铆工划出封头中心0、90、180、360十字线，并根据管口方位图划出各接管中心位置十字线；4.8.2、方位检验合格后，划割上封头785、830、200底孔，下封头785、310底孔；4.8.3、立车加工封头端面及中心孔到尺寸，并按图加工坡口；4.8.4、采用铣镗铣床加工其余各管口到尺寸；4.8.5、坡口表面进行100%MT检测，符合JB/T4730.4-2005 I级合格。 5 设备的焊接5.1、施焊前，按JB4708-2000钢制压力容器
30、焊接工艺评定进行合格的工艺评定。5.2、设备A类焊接接头的焊接基本要求：a、施焊前，应清除坡口两侧20mm范围内的氧化物、油污、熔渣、灰尘、铁粉及其他有害物质。b、焊接采用埋弧自动焊，施焊时的引弧在引弧板上引弧，A类接头在引出板上收弧，弧坑应填饱满。c、焊接接头范围内，不允许存在咬边。d、不允许用钢印在规定部位作焊工的识别标记。5.3 焊接要点：5.3.1 焊前预热200250，焊接过程中层间温度控制不低于预热温度；5.3.2 焊后立即进行32020，保温4h的消氢处理，并保温缓冷； 5.3.3 设备制造完毕后，进行650700的整体消除应力热处理；5.3.4 焊接时尽量采用小的线能量，有利于减小焊接应力，细化晶粒，改善组织，提高 冲击韧性。自动焊厚板打底时，为防止产生裂纹采用小电流、慢速度
