催化裂化反應器筒體排版圖的繪制

張敬華

南京宇創石化工程有限公司 江蘇南京 210033

1 設備簡介

催化裂化反應器是某石化公司煉油結構調整項目280 萬t/ a 催化裂化裝置的核心設備。該設備直徑大，易變形，材料要求嚴格，所有經熱成型和焊后熱處理的Q345R/ Q245R 鋼板，經模擬熱成型工藝和最大焊后熱處理（12h 模擬）后的力學性能應滿足GB/ T713- 2014 要求。板材需要到鋼廠專門訂制，生產周期長。該設備有大直徑管口與筒體焊接（例如M3 裝卸孔，公稱直徑DN2300），制造難度高，斜插管數量多（例如件32 筒體上分布5 個），個別斜插管所在筒體開孔復雜（例如件32 筒體上N8 圓臺形斜插管開孔），大開孔處筒體采用超過筒體壁厚30mm 鑲板嵌入。綜上所述，排版圖繪制一定要準確，一旦出錯，材料需重新采購，不但造成不可估量的經濟損失，還會給工程進度帶來巨大影響。該催化裂化反應器的主要參數見表1，結構見圖1。

圖1 催化裂化反應器結構圖

表1 設備主要設計參數和結構特點

2 筒體排版依據及規則

2.1 繪制排版圖依據

繪制排版圖依據包括設備裝配圖、零部件圖、管口方位圖、內件圖、GB/ T150、T- EQ051085C- 2022 催化裂化裝置三器免除耐壓試驗技術條件、技術協議、中國石化物資采購技術標準《碳鋼、低合金鋼制壓力容器采購技術規范SPTS- EQ04- T001》、GB/ T25198- 2010《壓力容器封頭》、TSG21- 2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》。

2.2 排版圖內容

排版圖應包括度數線、筒節中徑展開長度、筒體總長、筒體件號、板規格、材質、筒節編號、筒節尺寸、焊縫號、開孔中心標高及與軸線的距離、編制、審核、排版日期等。

2.3 排版規則

對需拼焊的封頭、筒體、變徑段、裙座及結構復雜的配件等應進行排版。排版前，需掌握以下規則：

（1）熟悉圖紙，根據圖樣及實際材料規格進行排版；

（2）應使板材軋制方向與筒體的卷制方向一致；

（3）同一筒節縱縫應相互平行，相鄰焊縫間距的弧長應不小于500mm；

（4）板材盡可能長，根據裝備能力也要盡可能寬，以減少環縫及縱縫數量；同時，這樣排版，既減少了焊接量，節約了焊材及人工成本，又有利于開孔布置；且開孔更便于避開焊縫，距焊縫距離更遠，減少應力集中，提高設備制造質量；

（5）縱縫盡量布置在0°、90°、180°、270°四條方位母線上，既美觀又便于筒體組裝后劃線，相鄰筒節縱縫在避開開孔的情況下距離要盡量遠；若縱縫無法布置在四條方位母線上，則縱縫距方位母線距離盡量圓整；

（6）相鄰筒節A 類接頭間外圓弧長應大于鋼材厚度的3 倍，且不小于100mm；

（7）與封頭相鄰筒節的A 類接頭相互間的外圓弧長應大于鋼材厚度的3 倍，且不得小于100mm；

（8）組裝筒體中，任何單個筒節的長度不得小于300mm；

（9）不宜采用十字焊縫；

（10）容器內件和殼體間的焊接應盡量避開殼體上的A、B 類焊接接頭；

（11）所有開孔、補強圈和墊板應避開焊縫，兩焊縫中心線距離應不小于2 倍壁厚，且不小于50mm；當墊板或補強圈等覆蓋焊縫的情況不可避免時，應將焊縫磨平，并根據GB/ T150.4 的規定進行無損檢測；

在博弈中涉及到關于主體的邏輯，可以在動態邏輯中引入更新，但語言的的深層次的使用是建立在時間上的決策行為。語言涉及每一主體和多個主體之間均衡(equilibrium)的重復的社會知識，兩者都涉及到博弈論中的處理方法。

（12）殼體排版時，焊縫應盡量少；臥式容器的縱焊縫應避免布置在容器下部90°范圍內（南京宇創石化工程有限公司排版按140°考慮），且應避開支座墊板；塔式容器的縱向焊縫應避免布置在降液區域；環焊縫應盡量避開內部支撐件，間距應不小于30mm；

（13）筒體直徑應與封頭(錐體)實際直徑配作，筒體展開料尺寸計算應以筒體中徑為計算依據；

（14）對于分段出廠的設備，排版圖上應標注分段處位置。分段的基本原則：根據設備的形狀特征、結構，分段線應盡量避開內件焊縫、塔壁不等厚處及材質不相同處；根據運輸條件，起重能力及工藝裝備的允許尺寸或合同確定分段。

2.4 管口標高及管口方位圖

排版前，不但需要掌握排版規則，而且要仔細審核圖紙。根據裝配圖中各管口標高，記錄各孔軸向位置；根據管口方位圖，記錄管口方位角，確定各孔環向位置；根據零件圖，記錄管子規格，確定開孔大小。如此，可確定管口在殼體、封頭上的位置。根據內件圖，可確定四圈油氣阻擋圈及兩層檢修平臺支架在筒體件15 的位置。

3 筒體排版的難點及關鍵點

以筒體件15 及件32 為例介紹排版情況。件15 筒體上布置一塊大的鑲板及一個大開孔DN2300，件32 筒體上斜插管數量多且設計有N8 錐臺形大接管。件15 及件32 筒體排版均有一定的代表性，且有一定難度。

3.1 件15 筒體排版

件15 為反應器上段筒體，規格φ9600×28×8514。此筒體向上連接SR4800×28 半球形封頭，向下連接φ9600/ φ7400×48，H=2538 翻邊錐體。畫排版圖時，首先確定筒體展開周長。筒體展開時，外側延伸，內側壓縮，中間層不會有變化，所以按中徑展開，展開長度為（9600+28）×π=30247mm。件15 排版圖見圖2。

圖2 件15 筒體排版圖

繪制0°、90°、180°、270°四條縱向方位母線，其中每兩條相鄰方位母線間距離30247/ 4=7561.75mm，方位母線排列方向按管口方位圖中方位母線排列方向，為順時針。繪制L=30247mm 線段，此線段為筒體環向焊接接頭B11，與方位母線垂直。B11 偏移8514mm，此為環向焊接接頭A15（半球形封頭與筒體焊接接頭，根據GB/ T150.1 第4.5.1.1 條，此焊接接頭為A 類焊接接頭）。根據審圖過程中已確定的各開孔位置、大小，依次繪制各個開孔。根據鋼板寬度，依次繪制B12、B13、B14 環向接頭；根據鋼板長度，依次繪制A11- 1～A14- 3 縱向接頭。繪圖過程中，縱、環向焊接接頭需避開開孔、補強圈、內件，且縱向焊接接頭需避開相鄰筒節縱向焊接接頭，距離符合標準規范規定。與筒體連接翻邊錐體直徑大、高度高，分12 等分預排版，一帶制作，溫壓成型。錐體12 道A類焊接接頭，錐體A 類焊接接頭需避開相鄰A11- 1、A11- 2、A11- 3 筒體縱向焊接接頭，且避開距離盡可能大，以減小應力集中。排版圖中錐體縱向焊接接頭距筒體縱向焊接接頭，最近距離為960mm。SR4800×28 半球形封頭由極蓋1 件、中間瓜瓣9 等分、與筒體連接瓜瓣12 等分組成。筒體與瓜瓣縱向接頭最近距離950mm。以上與封頭相鄰筒節的A 類接頭相互間的外圓弧長應大于鋼材厚度δs 的3 倍，且不得小于100mm ，符合2.3（7）條要求。

直徑φ2416、M3 裝卸孔中心標高68083mm、方位157°，此裝卸孔內徑φ2300，壁厚58mm。裝卸孔采用58×4600×4614（4600 為軸向長度，4614 為按中徑展開長度）鑲板整體補強。件15 筒體內部有兩層檢修平臺支架，支架上表面標高分別為71933mm、66733mm，支架已避開筒體縱、環向接頭。件15 筒體內部有4 圈環形油氣阻擋圈，上表面標高分別為73047、71047、68647、66247mm，擋圈避開筒體環向接頭（標高66247 擋圈距環向接頭B12中心距離464mm，標高73047 擋圈距環向接頭A15 中心距離100mm）。根據2.3（12）條要求，環焊縫應盡量避開內部支撐件，間距應不小于30mm?？梢?，內件在筒體上的布置符合2.3（12）條要求。

本排版圖（含鑲板）最短筒節長度900mm，大于300mm。未采用十字焊縫。相鄰筒節A 類接頭間外圓弧長大于100mm。以上符合2.3（6）條、2.3（8）條及2.3（9）條殼體上焊接接頭布置要求。

以M1- 4 人孔為例，人孔中心標高67333mm，人孔距B13 環向接頭距離68083- 67333=750mm，人孔方位349°，人孔距0°方位線外圓弧長為（9600+2×28）×π（360- 349）/ 360=927mm。此處標注外圓弧長，因接管于設備外側劃線，測量的是外圓弧長。人孔接管外徑φ711，人孔補強圈規格φ1161/ φ717。環向接頭B13 中心距M1- 4 補強圈外邊緣距離750- 1161/ 2=169.5mm。根據2.3.11 條要求，所有開孔、補強圈和墊板應避開焊縫，兩焊縫中心線距離應不小于2 倍壁厚，且不小于50mm。南京宇創石化工程有限公司按不小于100mm 控制。169.5mm＞100mm，符合補強圈避開焊縫且距焊縫中心線距離大于100mm 要求。

另舉一例裝卸孔M3。M3 位于鑲板中心，管口中心標高68083mm，開孔大小φ2416，方位157°。劃線時，需測量157°距180°方位線外圓弧長。此處外弧長為（9600+2×58）×π（180- 157）/ 360=1950mm。因M3 位于鑲板上，故計算時選擇筒體厚度58mm。鑲板規格58×4600×4614，滾板機滾制鋼板最寬3100mm，鋼板4600mm 超寬，故采購2 張鋼板，中間排板58×2800×4614，兩側均排板58×900×4614。開孔φ2416 避開環向接頭12- B1、12- B2，開孔邊緣距環向接頭中心距離1400- 2416/ 2=192＞2×58，符合2.3（11）條要求。

J12 筒節由兩種壁厚鋼板組成，排版比較特殊。J12- 1、J12- 2 和 J12- 3 板 長 合 計=9840+9840+5967=25647mm，此3 張板圍成筒節角度25647×360/ 30247=305.25°。鑲板J12- 4 圍成筒節角度4614×360/ （9658×π）=54.75°。305.25°+54.75°=360°，所以4 張板合計圍成一個筒節。

鑲板58×4600×4614 中心有一DN2300 大開孔，鑲板排版時縱、環向接頭需避開大開孔，以減少應力集中。又由于4600 高鋼板超出滾板機滾制能力，因此鑲板需拼焊。鑲板與件15 筒體連接處環向接頭如何布置呢？最優布置為鑲板上、下兩端與件15 筒體環向接頭重合，既符合排版規則，又美觀、節約板材，同時易于組裝時鑲板嵌入。

3.2 件32 筒體排版

件32 為反應器下段筒體，材質為Q345R 正火，規格φ5200×36×4710。此筒體向上連接φ5200×28×6398圓柱形筒體，向下連接EHA5200×28（27.7）橢圓形封頭。畫排版圖時，首先確定筒體展開周長，筒體按中徑展開，展開長度為（5200+36）×π=16449mm。繪制0°、90°、180°、270°四條方位母線，其中每兩條相鄰方位母線間距離16449/ 4=4112.25mm，方位母線排列方向按管口方位圖中方位母線排列方向，為順時針。繪制L=16449mm線段，此線段為環向焊接接頭B1，與方位母線垂直。B1 偏移4710mm，此為環向焊接接頭B3。根據審圖過程中已確定的各開孔位置、大小，依次繪制各個開孔。根據鋼板寬度，繪制B2 環向焊接接頭；根據鋼板長度，依次繪制A1- 1—A2- 2 縱向焊接接頭。此段筒體內件比較少，僅8塊連接板與筒體相焊，連接板與筒體焊縫已避開筒體縱、環向焊接接頭，符合2.3（10）條要求。與件32 連接φ5200×28×6398 圓柱形筒體A3- 1、A3- 2 縱縫分別位于270°、90°，A3- 1、A3- 2 與A2- 1、A2- 2 相隔90°。與件32 連接下封頭EHA5200×28（27.7）兩道縱向焊接接頭，避開了筒體縱向焊接接頭A1- 1、A1- 2，且距離遠遠大于100mm。圖3 為件32 簡體排版圖。

圖3 件32 筒體排版圖

件32 段筒體上管口比較多，共計11 個管口。其中6個管口與筒體垂直正交。3 個DN20 小管口斜插筒體，斜向上，與筒體夾角45°。管口N11 圓柱形大接管DN750斜插筒體，斜向下，與筒體夾角32°。管口N8 錐臺形大接管斜插筒體，斜向下，與筒體夾角32°。以上11 個管口中，管口N8 接管所在筒體處開孔劃線比較復雜。N8 小端內直徑φ1600，錐角10°。N8 接管所在開孔軸向長度3764mm，周向弧長最長處為2099mm。N8 補強圈周邊等寬250mm，補強圈下邊緣距環向接頭B1 中心距離156，補強圈上邊緣距環向接頭B3 中心距離290mm。管口N8開孔屬于超大孔，無法避開環向接頭B2。GB/ T150.3 第6.1.4 條有如下規定：容器上的開孔宜避開容器焊接接頭。當開孔通過或鄰近容器焊接接頭時，則應保證在開孔中心的2dop 范圍內的接頭不存在有任何超標缺陷。因此，N8 開孔附近筒體排版符合GB/ T150.3 規定。N8開孔劃線采用三視圖結合Solidworks 繪制，見圖4。

圖4 管口N8 立體圖

4 結語

該催化裂化反應器按照本排版圖下料及進行后續制造，最大限度節約了材料，減少了焊縫長度，減少了應力集中，既降低成本，設備又美觀、高質量，符合相應標準規范及技術條件的要求，也為類似設備的排版提供了借鑒。