大型鈦-鋼復合材料濃縮塔現(xiàn)場分段組裝技術

劉吉坡* 李芳俠 張立峰

（西部寶德科技股份有限公司 國家地方聯(lián)合過濾分離工程研究中心 陜西省過濾分離工程研究中心）

0 引言

表1 濃縮塔技術參數(shù)

圖1 濃縮塔主要結構和尺寸示意圖（單位：mm）

1 整體方案

設備部件、材料、人員和現(xiàn)場施工條件具備后，先進行三段塔體鋼層的組對、焊接井作業(yè)，為了保證三段塔體相互間的角度、塔體的直線度等因素滿足施工要求，應對塔體進行角度、尺寸檢測，組焊完畢后對焊縫進行外觀檢測和射線探傷；然后進行TA2復層組對、焊接作業(yè)，為了保證復層焊縫的可靠性，對復層進行氣密性檢測、滲透檢測及外焊縫外觀檢測，鉚焊工作全部完成后，對塔體進行整體壓力試驗和氣密性檢測；最后對設備進行整體除銹、涂漆等，再交付用戶，進入吊裝階段。

2 施工過程

2.1 準備工作

現(xiàn)場需要達到“三通一平”（即水通、電通、路通和場地平整），安裝時由于吊車的支撐要求，塔基周圍20 m 以內地面必須硬化，塔體基礎需清理、打磨、找平、復驗，使其符合相關標準規(guī)定。塔體基礎驗收合格后，在基礎上找出塔體安裝的中心基準和標高基準線，放出十字中心線，并做好標記。

筒體吊裝前將原基礎中心點基準及十字線移植到底板上表面，作出明顯標識，按塔體直徑在底板放出塔體圓周線并沿內外壁設置第一段筒體安裝靠柵，將第一段筒體吊起并插入靠柵內，用經緯儀或線錘測量該段筒壁的垂直度和中心偏差，并作必要的調整以滿足設計要求，然后將其與基礎用地腳螺栓緊固。沿塔體壁內外塔設腳手架，再依次進行以上各段筒體的正裝（腳手架搭設隨筒體安裝同時進行）直至安裝完塔頂。

2.2 塔體組焊

塔體組對順序按照自下而上進行，分段塔體的組合依托現(xiàn)場臨時搭建的鋼平臺，分段組合進行前，在其上下端口以內50 mm 處，每隔45°設置加固撐板，并幅向加設對稱支撐，為了防止吊裝時筒體變形，臨時吊耳焊于上口支撐板處。各段均須對上下口部母材坡口進行清理，在上下端口外側標明圓周0°、90°、180°、270°角度線，筒體環(huán)縫組對時以劃線為基準進行環(huán)向調整。

2 000 mm、 1 400 mm、 1 200 mm 三段塔體組對過程為：立式吊裝 2 000 mm 塔段，按照規(guī)定的角度將其座落于基礎上，緊固地腳螺栓、螺母，緊固時分120°同時進行，緊固次數(shù)應至少達到3 遍；然后立式吊裝 1 400mm 塔段，使其座落于 2 000 mm 塔段上口部，依據(jù)上下端口外側標明圓周0°、90°、180°、270°線，以此為基準進行環(huán)向調整，點焊固定，要求錯邊量≤1 mm，按照焊接工藝對Q345R 基層焊縫施焊成型，TA2 復層組對、焊接工作暫不進行；重復以上步驟，吊裝 1 200 mm 塔段，座落于 2 000 mm 段塔體上口部，TA2 復層組對、焊接工作暫不進行。

3 焊接

由于鋼與鈦兩種材料不具有互熔性，因此，鈦-鋼復合板焊接時需將鋼焊接與鈦焊接分開進行，尤為重要的是，鋼材料焊接時熔池內及其周圍不能存在鈦材料，同理，鈦材料焊接時熔池內及其周圍也不能有鋼材料存在，如果鋼焊縫中混入鈦，則會出現(xiàn)焊縫夾渣等焊接缺陷，導致焊縫射線（RT）探傷不合格，需對焊縫進行返修。鈦焊縫中混入鋼，鈦焊縫的抗腐蝕性能會急劇下降，設備服役之后短時間內會發(fā)生嚴重腐蝕，腐蝕性介質會穿過鈦層直接腐蝕鋼層，造成重大安全隱患。該設備復合板對接采用結構如圖2 所示，并將對接母材邊緣的復層剔除，避免鈦混入鋼的情況。

鈦復層的作用是將介質與鋼層隔離，防止介質與鋼層直接接觸，需在鋼焊縫背面設置一層蓋板，將蓋板與復合板復層焊接，因復層會直接承受介質壓力，之前因鋼層焊接需要被剔除的復層部分不能空缺，否則蓋板會處于懸空狀態(tài)，介質形成的壓力會將蓋板或蓋板與復層的焊縫壓裂，因此需要在蓋板下方設置墊板，如圖2 所示。

圖2 復合板對接結構示意圖

3.1 鋼基層焊接

塔體鋼基層材料為Q345R，厚度分別為12 mm、14 mm 或16 mm，均采用單面V 型坡口。埋弧焊具有效率高、焊接缺陷少等優(yōu)點，因此可以優(yōu)先采用埋弧焊，但埋弧焊電大，熱輸入量大，第一道焊接時如果直接采用埋弧焊，V 型坡口的底邊薄，較大的熱輸入量會造成底邊較大范圍被熔化，而此時熔池下方沒有一定厚度的母材支撐，會造成熔池因重力作用下漏，不僅會造成焊接失效，還會使母材損壞，因此，本次焊接采用了氬弧焊打底+手工電弧焊填充+埋弧焊蓋面的方案，焊接參數(shù)可見表2。

表2 鋼基層焊接參數(shù)

3.2 鈦復層焊接

復合板設備復層主要作用是抵御介質腐蝕，鈦是一種活潑材料，在無保護狀態(tài)下，300 ℃以上開始吸氧，700 ℃以上吸氮，尤其在高溫熔融狀態(tài)下，與氧、氮、氫發(fā)生化學反應較快，從而降低了材料的耐蝕性、韌性和塑性，且對焊接時母材、填充材料、焊槍或焊接環(huán)境等清潔度要求較高，雜質也會使材料的耐蝕性和韌性和塑性降低，鈦焊縫一旦發(fā)生氧化，其耐蝕性會迅速下降，介質會在短時間內腐蝕焊縫和熱影響區(qū)，因此鈦焊接對焊接保護和母材、填充材料、焊槍和焊接環(huán)境的清潔性要求很高。

該設備TA2 復層焊接采用了嚴格的焊接方案，首先，應做好焊接前的清潔工作，對焊縫兩邊15 ～20 mm 范圍內的母材用專用清潔布蘸無水乙醇進行擦拭，擦拭完畢后用20 mm 寬的焊接專用紙膠帶粘封，防止異物和灰塵進入，同時也應采用無水乙醇對焊絲進行擦拭。焊接保護也是鈦材料焊接時重要的環(huán)節(jié)，槍氣和保護罩可以實現(xiàn)焊縫的正面保護，但無法對焊縫背面進行惰性氣體保護，背面保護可以采用從檢漏嘴通入氬氣的方法來實現(xiàn)，焊接過程中應根據(jù)焊縫的保護效果及時進行調整，必要時應增加保護罩。焊接方法采用GTAW，焊接電壓、電流、焊絲直徑、槍氣流量、焊接速度應嚴格按照焊接工藝的參數(shù)要求，參數(shù)具體可見表3。焊接后應對焊縫的原始顏色進行檢驗，銀白色、金黃色、藍色、灰色依次代表焊縫保護質量的高低，且不允許出現(xiàn)藍色和灰色。

表3 鈦復層焊接參數(shù)

4 質量控制

4.1 錯邊量、直線度

筒體的縱焊縫、筒節(jié)間環(huán)縫對接的錯邊量不應大于1.5 mm，任意3 000 mm 長圓筒直線度不得大于3 mm，塔體總直線度公差不應超過32 mm。

4.2 焊縫的NDE檢測

鋼基層A、B 類環(huán)縫應進行100%RT 檢測，以NB/T 47013.2—2015 標準要求的Ⅱ級合格；TA2 復層貼條的角焊縫進行100%滲透（PT）檢測，以NB/T 47013.5—2015 標準要求的Ⅰ級為合格。TA2 復層貼條、蓋板的角焊縫經PT 檢測合格后，從檢漏嘴通入0.1 MPa 壓縮氣體，對焊縫進行肥皂水檢漏，以保證焊縫的密封性。

4.3 壓力試驗及氣密性試驗

在塔體焊接和相關件安裝完成后進行壓力試驗，所有管口用臨時墊片、盲板封閉，試驗介質為干凈自來水，由于施工季節(jié)為夏季，壓力試驗溫度應滿足GB 150—2011《壓力容器》標準要求不低于5 ℃的規(guī)定。在升壓和保壓過程中，對所有焊接接頭進行檢查，確保容器無滲漏、無可見變形和無異響。壓力試驗結束后，用壓縮空氣將容器內吹干，不得遺留水漬。為了保證濃縮塔整體密封的可靠性，水壓試驗合格后進行氣密性試驗，壓力為0.1 MPa，檢查所有焊接接頭及密封面是否泄漏。

4.4 涂漆

由于塔節(jié)制造完畢到現(xiàn)場安裝的時間較長，裸露的碳鋼表面會生銹，因此出廠前單段塔節(jié)已經完成涂漆，由于吊裝、支撐、組對和焊接等原因，塔節(jié)對接處和其他劃傷部位需要涂漆，設備涂漆分為底漆、中間層、面漆三層，每層漆的品牌、顏色、漆膜厚度、表面質量等執(zhí)行設備技術協(xié)議規(guī)定，與其他部位保持一致。

5 結論