（青岛兰石重型机械设备有限公司，山东青岛266426）

0 前言

加氢反应器是石化装置中的重要设备之一，由于炼油化工行业工艺的苛刻性与油品升级的迫切性，厚壁大直径容器越来越多。青岛兰石重型机械设备有限公司在压力容器制造方面，多为板焊式压力容器，卷板作业相对较多，尤其厚壁筒节工艺过程复杂，需要经过多道工序，加之筒节规格与材质的多样性，卷板机智能数据获取与捕捉系统的缺失，对不同规格、不同材质筒节卷板碾长情况的数据搜集与分析不够精细化，以致卷板作业过程中形成筒节碾长量，导致成型后的筒体尺寸偏离了标准或技术要求范围，对后续筒体环缝组装、内件装配、表面成形质量均造成了一定的影响。本文将同材质不同规格及同规格不同材质两组筒体作为研究对象，对一次卷板、合口、校圆三个工序的实际数据进行跟踪分析，研究碾长量的变化情况，通过积累数据、量化卷制过程的碾长量，找准对症工序，在划线过程中提前预减，优化卷板工艺，以提高厚壁筒体成型精度。

1 研究对象

以某项目产品主体厚壁筒节（厚度大于100 mm、需要二次划线的筒节）为研究载体。第一组实验对象是同规格φ3013×192mm，材质分别为Q345R（HIC）和12Cr2Mo1R的各10节筒节；第二组研究对象是同材质12Cr2Mo1R[1]，规格分别为φ4 013×120 mm和φ3013×138mm的各10节筒节。研究以上两组实验对象在一次卷板、合口、校圆作业后筒节外周长的变化情况。

1.1 材料基本性能

材料基本性能如表1～表4所示。

表1 Q345R（HIC）化学成分标准范围及实测值 %

表2 Q345R（HIC）力学性能标准范围及实测值

表3 12Cr2Mo1R化学成分标准范围及实测值 %

表4 12Cr2Mo1R力学性能标准范围及实测值

1.2 卷板机性能简介

目前各大公司制造企业的卷板机大多采用全液压三辊或四辊卷板机[2]，对于卷板机参数而言，上辊的直径、上辊的下压力[3]、上辊的有效长度决定了卷板机的能力。卷板机的主要参数如表5所示。

表5 卷板机的主要参数

1.3 数据采集方式

根据钢板在卷制[2]时中性层位置不变这一原理，一次划线时将划线尺寸引线至板厚方向，二次划线时根据筒体直径计算筒体外周长，并使用同等的测量工具（盘尺、围盘）测量一次划线引线至筒体外侧的基准实际外弧长，通过对比卷板前后的外周长差值得出此筒体卷制成型后的碾长量。同时，考虑合口、校圆过程中外周长的整体变化，分别收集筒节在合口、校圆过程后的数据，如图1、图2所示。

图1 数据测量方式

图2 数据标记位置

（1）确定数据收集三个阶段：①二次号料；②合口后；③校圆后。

（2）数据测量的三个位置：①A端口；②中间部位；③B端口。

（3）数据测量具体位置：距离筒节端口120 mm位置。

（4）数据测量注意事项：①测量时，在筒体两端备注A、B两个端口，做到数据的有效对应；②对于同一台产品所有测量数据外部条件尽可能一致。

2 研究过程及数据统计

2.1 第一组实验对象

以相同直径及厚度（φ3 013×192 mm）材质分别为Q345R（HIC）和12Cr2Mo1R的各10节筒体测量数据为例，跟踪统计碾长量及平均值如表6～表7所示。

由表6和表7可知，直径及厚度相同、材质不同的筒体在卷制过程中，Q345R（HIC）筒体碾长量平均值大于12Cr2Mo1R。这是因为Q345R（HIC）的其塑性指标延伸率及断面收缩率均高于12Cr2Mo1R，材料塑韧性良好，在筒体卷制过程中受压力作用，材料塑性越好越容易碾长，尺寸超差也就越大，对筒体成型精度的影响就越大。

表6 Q345R（HIC）碾长量数据统计及平均值（φ3 013×192）

表7 12CrMo1R碾长量数据统计及平均值（φ3 013×192）

2.2 第二组实验对象

以相同材质12Cr2Mo1R，规格分别为φ4 013×120mm和φ3013×138mm的各10节筒体测量数据为例，跟踪统计碾长量及平均值分别如表8、表9所示。

表8 12CrMo1R筒体碾长量数据统计及平均值（φ4 013×120）

表9 12CrMo1R筒体碾长量数据统计及平均值（φ3013×138）

由表8、表9可知，相同材质的筒体在相同卷制工艺过程中，T3筒体直径大于T4筒体，碾长量明显小于T4筒体。相同直径的T2筒体与T4筒体，T4筒体厚度小于T2筒体，碾长量明显小于T2筒体。由此可知，筒体厚度越大，直径越小，在卷制过程中受到的压力越大[4]，导致尺寸变化越大，对成形精度的影响越大，筒体厚度与直径的比值即厚径比是影响筒体碾长量形成的重要因素。

2.3 阶段性数据的整理

对材质为12Cr2Mo1R、规格为φ3013×192mm的T2筒体在卷板、合口、校圆后进行数据统计分析，其各阶段碾长规律如图3～图5所示，三序后综合碾长量结果如表10所示。

由图3～图5可知，T2筒体在一次卷板卷板过程中的碾长量为28.7 mm，在合口过程中的平均碾长量为31.2 mm，在校圆过程中外周长为收缩状态，平均碾长量为-16.1 mm。

图3 一次卷板过程碾长量变化

图4 合口过程碾长量变化

图5 校圆过程碾长量变化

计算可得，T2筒体在卷板过程中的碾长率为28.7/192×100%=14.94%，合口过程中的碾长率为31.2/192×100%=16.25%，校圆过程中的碾长率为-16.1/192×100%=-8.38%，三序过程中综合碾长率为44.8/192×100%=23.33%，三序综合碾长量平均值为44.8 mm，在二次划线时理论计算的外周长减去44.8 mm。成型后筒节几何尺寸：外周长偏差45mm，圆度最大4mm，焊缝最大棱角度2 mm，直线度小于等于0.5 mm/m，对口错边量3mm，以上数据均达到或高于国家标准[5]，满足图纸及技术条件要求。

表10 三序综合碾长量 mm

通过以上数据统计及分析可知，控制筒体成型过程碾长量并在二次号料时减去综合碾长量，能有效控制筒节成型尺寸偏差，减小环缝组对错变量，提高厚壁筒节的成型精度。

外周长号线的计算公式[6]

式中 Di为筒体的实际外径（单位：mm）；b为图纸要求坡口尺寸（单位：mm）；L为筒体的下料长度（单位：mm）；ΔL为筒体的经验碾长量（单位：mm），ΔL与筒体规格、卷制温度及材料等因素有关，根据制造经验，ΔL为10～15 mm较为准确。焊缝预留量为20 mm。

3 工艺优化

（1）对塑性较好的材料，对常用材质进行分类，针对不同材质跟踪收集碾长量数据，根据总结的数据在划线工序直接减掉综合碾长量。

（2）对厚径比大的筒体，根据目前常用厚度及直径，划分厚径比区间模块，跟踪收集区间内的碾长量数据，根据总结的数据在划线工序直接减掉碾长量。

4 结论

（1）排除钢板卷制时的受力大小、卷制温度、卷制时间、压弧方法、卷板机的速度、操作工技能等非重要因素，得出材料塑性和筒体的厚径比是影响碾长量的最主要因素。

（2）由综合数据统计得出，碾长量偏差大是影响筒体成型精度的主要原因，有效控制一次下料、合口、校圆过程中的碾长量，并在二次号料中减去综合碾长量，适当增加或减少工艺余量，可有效降低筒体在号料及卷制过程中的成型尺寸偏差，提高厚壁筒体的成型精度。

（3）分类常用材料，划分筒体厚径比区间模块，跟踪收集碾长量数据，建立碾长量数据库，能有效优化卷板工艺，控制环缝错边量，减少筒节环缝组装、焊接过渡、内件装配等大量的材料、人工、时间成本的投入，提高产品表面成型质量。