二氧化碳闪蒸塔的制造及检验
张茹雅*翟得旺武艳芳王家祥
（大连金州重型机器有限公司)
摘要介绍了二氧化碳闪蒸塔的结构特点，并对筒体、大直径弯头的制造工艺以及设备的 水封井
中图分类号TQ 050.6
Manufactur e and Inspection of CO2 Flash Tower
Zhang Ruya Zhai Dewang Wu Yanfang Wang Jiaxiang
Abst r ac t：Introduced the structure characterist i c of the CO2 flash tower, focusing on the difficult poi
nts in the fabricat i on progress, i ncluding the manufacturing process for shell and large diameter elbow, the hydrost a t i c test a nd
the t i ghtness test.
Key w or d s：Mult i chamber vessel; D i stort i on; Thin-wall; Hydrost a t i c test; Tightness test; Flash tower
独立的腔体，Ⅰ腔筒体壁厚为36 mm，Ⅱ腔、Ⅲ腔前言
0和Ⅳ腔的壁厚均为16 mm，总高约为41 740 mm。
二氧化碳闪蒸塔是某公司16 万t/a 煤基合成油示范工程低温甲醇洗项目中的一台重要设备。该设备的结构特点是直径大、高度高、筒壁薄，且分为四个独立腔体。其制造难度大，质量要求高。为此，特别编制了二氧化碳闪蒸塔组装方案及质量控制措施，制作了一些专用工装，严格按照设计院提供的施工图纸和产品技术协议进行制造，保证了产品质量。
本文介绍了二氧化碳闪蒸塔的结构特点，并对筒体、大直径弯头的制造工艺以及设备的水压试验和气密性试验进行了重点论述。主要受压元件材料为09MnNiDR。整塔总质量约为106 t，充水后总质量为344 t （均不包括填料质量）。受热处理炉尺寸和运输条件等的限制，该塔分为两段进行制造和运输。
上段总长为19 895 m m，总质量约为53.93 t；第二段总长为21 845 m m，总质量约为52.45 t。在用户现场完成设备的最终合拢缝的组对焊接、无损检测、热处理、设备的水压试验和气密性试验等工序。
2 制造难点和关键点
2.1 筒体的制造
由于该塔直径大、筒壁薄、刚度相对不足、自重产生的变形较大和筒体圆度偏差太大，所以必须严格控制筒体的变形。控制筒体的变形，每一个工序都有相应的控制措施。下料尺寸为按筒体中径展
二氧化碳闪蒸塔的结构特点和主要技术参数
1
设备结构简图见图1，主要技术参数见表1。
如图1 所示，该塔内径为3000 mm，分为4 个*张茹雅，女，1978 年生，工程师。大连市，116100。
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化工装备技术
第 34 卷第 6 期
采用机加工， 在刨边机上直接刨出。 为保证其精确 度， 刨边时另一边用压板压紧， 采用小吃刀量 ， 这 样可使加工的坡口尺寸均匀， 偏差较小。 筒体卷圆 时先在油压机上预弯， 然后在卷板机上滚圆 。 筒体 滚 制 过 程中用吊车辅助吊装 ， 以减少自重的影响 ， 表 1 二氧化碳闪蒸塔主要技术参数
项 目 参 数
Ⅱ类
2.8（Ⅰ）， 0.8（Ⅱ）
FV/0.8（Ⅲ）， FV/0.8（Ⅳ） 容 器 类 别 设 计 压 力/MPa 有 效 地 控 制 变 形 。 纵焊缝对口错边量 ≤3 mm ， 难 0.28（Ⅰ）， 0.08（Ⅱ） －0.045（Ⅲ）， －0.076（Ⅳ）
－65（Ⅰ）， －65（Ⅱ）， －65（Ⅲ）， －65（Ⅳ） －54（Ⅰ）， －40（Ⅱ）， －50（Ⅲ）， －54（Ⅳ） 甲 醇 （CO 2）（易 燃 、易 爆 、中 度 危 害)
24
238.4
3.63（Ⅰ）， 1.05（Ⅱ） 1.05（Ⅲ）， 1.11（Ⅳ） 2.8（Ⅰ）， 0.8（Ⅱ） 0.8（Ⅲ）， 0.8（Ⅳ） 覫3000×36/16×41 740
106
09MnN i DR ， 09MnN i D Ⅲ
工 作 压 力/MPa 度很大。 考虑到滚制时的反弹量， 滚制过程中采用 多次小压力加压， 同时用样板测量曲率 。 经过多次 压 制 ， 达 到 了 要 求 。 筒体纵焊缝焊接后应进行校 圆， 纵焊缝加强高应打磨平滑， 并用圆弧样板检查 筒 体 圆 度 ， 间 隙 ≤2 m m 。 对于筒体圆度超差的部 位， 可使用内撑胎在内部撑圆。 内撑胎上的调节螺 杆可调整内撑胎的局部尺寸大小， 达到调节筒体圆 度的目的。
筒节组对采用卧置组对。 组对时应采用外卡箍 卡圆， 可有效地控制筒体焊接变形。 外卡箍简图见 设 计 温 度/℃
工 作 温 度/℃ 物 料 名 称 塔 盘 数 量/个 全 容 积/m 3
水 压 试 验 压 力/MPa 气密性试验压力
/MPa 塔 体 规 格/mm
设 备 净 重 （ 不 包 括 填 料 ）/t 主 体 材 料
图 2。 外卡箍又像一 个 加 强 圈 ， 起到了增强筒体刚 性的作用。 外卡箍与环缝距离不能太远 ， 位置应合 适 （根 据筒体直径大小不同 ）。 太大了卡圆及加强 作用减小， 太小了焊机等所需的空间不够。
laflof图 2 外 卡 箍
塔体在分段热处理以及运输过程中 ， 筒体分段 处的敞口端采用槽钢制成的米字形工装支撑 ， 以防 止其变形。 该工装要到安装现场组对合拢缝焊接时 才拆除。
2.2 大直径弯头的制造
该 塔 上 有 多 个 大 直 径 弯 头 ， 材 料 是
09MnNiDR 。 弯 头 直 径 大 ， 材 料 特 殊 ， 外 购 成 品 不
方便， 成本很大。 综合考虑， 改为自制。 由于弯头 的 弯 曲 中 径 R ≤D ， 不能用管子直接弯制 ， 因 此 用 板材分两边压制成形后拼接制成 ， 见 图 3。 图 4 是 半边展开图。
弯头的半边展开计算公式为：
图 1 设 备 结 构
开再加上一定量的焊缝收缩量， 对角线之差不大于
2 mm 。 板材切割采用气割 ， 按划好的线气割并注
意消除切口熔渣。 筒体的纵向和环向焊接接头坡口
39 2013 年12 月张茹雅等：二氧化碳闪蒸塔的制造及检验
度、平面度以及塔体的总体直线度进行调整，以保
证在用户现场的组对工序顺利进行。
预组装检验合格后，在筒体分段坡口表面及其
内外边缘100 mm 的范围内涂可焊性防锈涂料。将
每段塔体分段处外表面0°、90°、180°、270°四条
心线用防雨漆作明显标记，并点焊现场组对定位工
艺板，便于现场调整组对。
3 现场水压试验
该塔采用现场卧式水压试验。试验压力详见
表1。设备容积为238.4 m3，充水后设备最大质量
约为344 t （不含填料质量）。该塔具有4 个独立的
腔体，水压试验过程中应考虑两相邻腔体之间的压
力差，不应对相邻封头构成影响，因此其水压试验
不能单个腔体独立完成，而是4 个腔体同时进行。
具体过程如下所述。
图3 弯头中径R≤D
水压试验的基本要求
水压试验介质为洁净水，温度不低于5 ℃。压
力试验时必须采用8 个量程相同的并经过定期校验
合格的压力表。压力表的量程为试验压力的2 倍左
右，但不应低于1.5 倍和高于3 倍的试验压力。压
力表的精度不低于1.6 级；表盘直径不小于100
m m。压力表分别装在试验设备上便于观察的进水
口近端和远端的部位上，且必须安装在设备的最高
点。安装压力表的接管是平齐式结构，不能是插入
式结构。试验中一旦发现各压力表指示异常，应立
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即停止升压，待出原因、做出正确判断后再继续
升压。
压力试验前应对安全防护措施及试验准备工作
进行全面检验。试压应在专用的场地进行，场地周
围设置警戒线，无关人员不得进入试压场地。连接
3.1
图4 半边展开图
R1=1.7×R
式中，1.7 为冲压成形时的偏移系数（实测确定）。
R2=R1+ π（D-δ）+S 余
4
硬质合金密封环
R3=R1－π（D-δ）－S 余
4
式中，S 余为修整余量，一般S 余= （2~2.5）δ，且
不小于15 mm。
下料时应先按半边展开图作好样板，按样板下
料。板材切割采用气割，油压压形，压半边弯头，
借用弯头压模工装。弯头压形后应整体进炉进行热
处理, 200 mm×300mm 母材试板随炉热处理。两个
半边弯头压好后先打磨纵缝坡口，然后组对焊接成
形。弯头的端部坡口可由机床加工制成。该设备的
几个大弯头，严格按图纸尺寸及工艺要求制作，质
量非常好。
2.3 设备整体预组装
两段塔体分别制造检验合格后，在制造厂内按
JB/T 4710—2005的规定进行无间隙预组装。对分
段口处的环向焊接接头对口错边量、分段口处的圆
部位的紧固螺栓必须装配齐全、
管的方向应避免指向操作人员。
脚踏式垃圾桶
逐个管口检查其螺栓是否把紧，
紧固妥当。开口接
水压试验前钳工应
注水口、排气口位
置是否正确。试验时水从容器所留管口注入，直至
从管口溢出水为止。钳工用试水盲板、垫片、螺栓
和螺母把紧排气口。
3.2 压力试验过程
压力试验顺序为：第一步Ⅰ腔，第二步Ⅱ腔，
第三步Ⅲ腔，最后Ⅳ腔。
（1）先向Ⅰ腔装满水进行水压试验，合格后不
排水不泄压，保持试验状态不变；
40
化工装备技术 第 34 卷第 6 期
（2） 然后向Ⅱ腔装满水进行水压试验 ， 合格后 不排水不泄压， 保持试验状态不变；
（3） 再向Ⅲ腔装满水进行水压试验 ， 合格后不 排水不泄压， 保持试验状态不变；
4 现场气密性试验 4.1 气密性试验的基本要求
该台塔器应进行气密性试验 ， 试 验 压 力 详 见 表 1。 气密性试验介 质 为 干 燥 、 洁 净 的 空 气 。 试 验 （4） 最后向Ⅳ腔装满水进行水压试验 ， 泄压排水。
水压试验后排水泄压的顺序为 ： 第 一 步Ⅳ腔 ， 第二步Ⅲ腔， 第三步Ⅱ腔， 最后Ⅰ腔。
排水泄压的具体过程为 ： 先 将 Ⅳ 腔 的 压 力 泄 放 ， 其 余 三 腔 保 持 不 变 ； 然 后 将Ⅲ腔 的 压 力 泄 放 ，
Ⅰ腔和Ⅱ腔保持不变； 再将Ⅱ腔的压力泄放 ， Ⅰ腔 保持不变； 最后将Ⅰ腔泄压； 泄压完毕后 ， 四个腔
同时排水。
试验过程中应保持容器观察表面的干燥 。 试验 时， 压力应缓慢上升， 达到规定压力后 ， 保压时间 不 少 于 30 min 。 保 压 过 程 中 ， 人员不能靠近检查 ， 主 要 是 观 察压力表的指针是否回落 。 保 压 结 束 后 ， 将压力降至规定试验压 力 的 80% ， 并 保 持 足 够 长 的 时 间 对 所有焊接接头和连接部位进行全面检查 。 检查期间压力应保持不变， 不得采用连续加压来保 持试验压力不变。
压力容器液压试验过程中， 不得带压焊补 、 紧 固 螺 栓 或 向受压元件施加外力 。 压力试验过程中 ， 如果发现有异常响声、 压力下降和加压装置发生故 障等不正常现象， 应立即降压停止试验 ， 并查明原 因。
压力试验的合格标准为： 无泄漏； 无可见的变 合格后 用空气温度不得低于 5 ℃。 气密性试验时对
压力表 的要求与水压试验时对压力表的要求相同 。
4.2 气密性试验过程
气密性试验前应对安全防护措施及试验准备工 作进行全面检验。 试压应在专用的场地进行 ， 场地 周围设置警戒线， 无关人员不得进入试压场地 。 连 接部位的紧固螺栓必须装配齐全、 紧固妥当。 开口 接管的方向应避免指向操作人员。 试验前钳工应逐 个管口检查其螺栓是否把紧， 注气口、 排气口位置 是否正确。
气密性试验的试验顺序和泄压顺序与水压试验 时相同。
试验过程中应保持容器观察表面的干燥 。 试验 时压力应缓慢上升， 达到规定试验压力后保压足够 长 时 间 。 对 所 有焊接接头和连接部位进行泄漏检 查。 检查期间压力应保持不变， 不得采用连续加压 来 保 持 试 验 压 力 不 变 。 压力容器气压试验过程中 ， 不得带压焊补、 紧固螺栓或向受压元件施加外力。
试验过程中， 如果发现有异常响声 、 压力下降 和加压装置发生故障等不正常现象， 应立即降压停 止试验， 并查明原因。
气密性试验的合格标准为： 经检查无泄漏 ， 保 压不少于 30 min 即为合格。
设备气密性试验发生泄漏时， 应采取的修理措 施与水压试验时相同。
设备检验合格后， 卧置交付使用。
形； 试验过程中无异常的响声。
设备水压试验发生泄漏时应采取的修理措施如 下：
法兰密封面发生泄漏， 则马上泄压 ， 按螺栓上 紧要求重新紧固， 直至密封面不泄漏为止 ， 然后重 新升压试验。 当按要求重新紧固螺栓后 ， 仍发生泄 漏， 则应泄压、 放水后检验垫片及密封面是否有缺 陷， 如有问题则更换垫片或处理密封面 ， 重新紧固 螺栓， 然后重新升压试验。
如果焊缝处发生泄漏， 应先泄压， 然后将水排 尽， 并用压缩空气将容器内部吹干。 由设计工艺人 员 制 定 返 修 方 案 。 按返修方案对缺陷处进行返修 ， 合格后重新升压试验。
5 结语
设备制造过程中制定了严密的方案 ， 采取了相 应的质量控制措施， 使用了有效的工装 ， 保证了筒 体、 大弯头等零件的制造质量， 也使设备整体质量 得以保证。 特别是设备水压试验和气密性试验的合 格实施， 标志着该台二氧化碳闪蒸塔的最终制造完 成。 该塔各项指标均达到了相应标准和技术条件的 要求， 为同类产品的制造和检验提供了可借鉴的经 验。
（收 稿 日 期 ： 2013-04-27）
水压试验完毕后， 将内部吹干。
应将液体排尽并用压缩空气
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