羰基化反应器是合成气羰基法制备乙醇的核心设备,采用3～10MPa、250～300℃的WAC、DME、CO、H2高温高压混合气体进入反应器，在换热管中催化剂的催化作用下，混合气体发生羰基反应合成乙醇，反应热传给壳程中的沸腾水，产生蒸汽进入汽包，用于加热混合气，形成一个循环反应[1]。反应器由管程和壳程两部分组成，利用加强段将管程和壳程焊接连在一起，因此管板既要接受管程4MPa、240℃左右饱和水和蒸汽混合介质的冲刷，还要接受壳程280℃的易爆、具有一定危害介质发生化学反应所引起的撞击和腐蚀。羰化反应器凭借优异的耐腐蚀性和高压反应功能,越来越多地应用于化工行业,但由于设备结构复杂、直径大、管板厚及管孔多等因素,致使该类设备制造周期长,管头易腐蚀[2],因此管板和反应管的连接强度和密封性能是保证该设备安全运行的关键。

1 管孔加工重要性

因壳程内4.0MPa、温度240℃左右的汽水介质不断冲击反应管和管板贴胀口，若因反应管和管板贴胀不实，易在管板贴胀口形成腐蚀区，严重影响到反应管和端面焊的使用寿命，从而导致设备失效；或者因贴胀量过大，造成管子内壁产生冷作裂纹，在腐蚀介质长期作用下发生泄漏。影响管孔贴胀率的主要原因是管孔加工精度，即管孔形位精度、尺寸精度和表面粗糙度[3]。为提高羰基化反应器管板管孔加工精度，通过对羰基化反应器管板钻孔进行工艺性分析，制定合理的工艺优化方案，实现羰基化反应器管板钻孔一次加工合格的目标。

由图3、图4可知，M1、M2、IP1、IP2异常强度大，梯度陡，范围宽，对应较好，位于震旦、寒武及中泥盆统跳马涧组、棋梓桥组的多条断裂间或断裂交汇处附近，成矿条件较为有利[12]。通过对高磁数据进行向上、向下延拓处理，查明了测区浅、深部的磁场特征，将深浅部磁异常区分开来，结合视极化率异常进行综合分析，确定在100线地质剖面两侧，各类 磁异常等值线0值线附近设计钻孔(图7)。

2 工艺难点分析

管孔与反应管连接选用端面强度焊+贴胀形式，如图1所示。为了满足反应器管板承受振动冲击、抗击疲劳载荷和应对间隙腐蚀的复杂工况，设计核算选定管板管孔区厚(130+7)mm、管孔区材料为15CrMoⅣ+TP309L+2209、管孔孔径为孔位定心尺寸45±0.3mm、管孔轴心垂直度0.20mm、管孔出钻端96%管桥宽度不小于5.49mm、管孔表面粗糙度为Ra6.3。

  

图1 管板和换热管(反应管)连接方式

2.1 材料切削性能差异

管板布孔区端面堆焊不仅引起的焊接变形大，而且造成了管孔加工区材料硬度不同[4]，选用钻床加工管孔，加工中就会产生孔位偏移即管桥尺寸超差、管孔轴线偏斜不垂直管孔端面，在管孔出口端产生贯穿豁孔、孔径超差及孔表面粗糙度差等质量问题，不能满足图纸技术要求，会给管束装配带来不良影响，严重影响到产品质量。而反应器管板管孔深径比已达3.6∶1.0，管板材料又为3种不同性质的材料，管孔加工工艺性变得更差。

现场组对折流支撑板和管板，顺利完成换热管的装配，并进行换热管和管孔贴胀工作，检测换热管内径增大0.3～0.4mm,贴胀变形率小于1%，达到图纸要求。

结合反应管实际外径，以保证管束组装精度和胀接贴合率，确定管板的工艺管孔直径为根据工艺管孔直径精度要求，拟定了管孔的加工工艺路线，即用中心钻铣划定孔窝，用φ38.4mm钻头钻削堆焊层提供管孔定位台，再用φ36mm钻头钻通管孔，最后采用φ38.45mm立铣刀铣削管孔的工艺方法，并进行了现场试验，经检测管板符合图纸要求，技术指标全部达标，实现了甲醇管板深管孔一次加工合格的目标。共检查套管孔5项精度目标，合格率为100%，见表3。

 

表1 切削性能指标

  

材料类别切削加工等级相对加工性指数性能15CrMo42.50强度高、延展性好熔深层8<0.15硬度高TP309和220960.50耐腐蚀、强度高、粘性大

2.2 定位基准和定位方式

参阅切削手册，选定钻削φ38.40mm管孔的切削参数：转速100～250r/min、走刀量0.16～0.60mm/r，同时考虑切削参数对刀具耐用度影响，首先选择较大的进给量，再选择合理切削速度，并通过现场试验选定管孔堆焊层钻削转速100～110r/min、走刀量0.20～0.25mm/r；母材钻削选用转速125～150r/min，走刀量0.30～0.40mm/r，做到铁屑排屑流畅，提高并保证刀具耐用度，从而保证孔心线偏斜量不超过0.2mm。

3 工艺方案优化

3.1 分工步加工

管板布孔面为堆焊面，局部会存在不平度，易造成孔位偏移或孔心线偏斜，同时钻头的切削导向性差、易偏斜，易造成孔桥超差，因此定位导向是管孔孔桥的决定性因素，必须选定适宜的孔位定位方法，才能保证孔位定位精度和导向精度。通过对比试验，经分析筛选确定选用定位、加工精度高轴类零件中心孔用的中线钻，管孔定位方式为中心钻划窝定位，保证定位精度。通过现场试验改制短型麻花钻预钻导向深度10mm，为后续管孔提供可靠的导向性，以保出口端管桥尺寸精度。

 

表2 钻头试验磨损检测表

  

序号目标值实测值10.050.0420.050.03

3.2 选定最佳切削参数

管孔呈等边三角形分布排列，管孔数量多，以常规的划线定位或模板定位根本无法满足孔位精度不超过0.3mm的要求。且因管板堆焊引起工件翘曲变形大，必然造成管板布孔区域平面不平[5]，严重影响钻头入口定位精度和钻头切入工件的垂直度精度，造成管孔孔桥超差和管孔与堆焊面不垂直，甚至出现管孔在出口端贯穿，因此选择管孔的定位基准和定位方式至关重要[6]，管孔加工方案必须科学、合理、可行。

3.3 合理选用并提高孔位加工找正定位基准

考虑到管板直径大(实际尺寸φ3 560mm)，布孔端面需堆焊且堆焊热量大，堆焊后管板会产生翘曲变形，将必然会影响到管孔端面基准精度和管孔的垂直度，因此以减少焊接变形为切入点，采取工艺措施减少焊接变形，以保证管孔端面基准精度。

通过对堆焊变形原因和形成机理的研究，同时结合实际经验，预定管板堆焊变形为12～14mm渐进式阶梯变形量,并采取反变形工艺方案加工管板堆焊面，如图2所示，再通过连接板将上下管板背靠背连接成一体，增加工件刚性和强度；并在焊后进行消除应力热处理工艺措施抵消、减少和释放焊接应力，保证并提高堆焊面的平面度精度，为管孔加工提供了平面度为0.5mm的高精度找正定位基准。

皖河流域旅游资源十分丰富，司空山、妙道山国家森林公园、鹞落坪自然保护区、明堂山、天柱山等都在开发之中。已开发的旅游吸引物以山地景观为主，诸多具有开发意义的水体旅游资源尚处在深闺人未识，以治水带动旅游资源开发将会是一个突破。实际上，这方面已有经验积累，花凉亭水库建成了花亭湖风景区，时值今日，灌溉、旅游、养殖、防洪价值都有充分体现。天仙河景区开发在皖河流域旅游开发中有开创意义，一批漂流景点应声而起。值得注意的是皖河流域水体旅游资源开发需要防止开发目标雷同，必须挖掘资源内涵，开辟新项目。

  

图2 反变形台阶

3.4 试验确定孔位定位方法

母材15CrMo强度大、延展性好、粘性大，切屑排屑困难，加工表面质量差；而过渡层和面层耐腐蚀、强度硬度高、粘附性强，切削力大，切削温度高，刀具磨损快，耐用度低。针对母材和堆焊层截然不同的切削性能，首先以小走刀量加工掉不锈钢堆焊层，再以较大走刀量加工碳钢。第1步加工堆焊层钻深10mm，第2步钻通管孔，分别用两支钻头加工30min后检测钻头的径向磨损量，结果见表2，可以看出钻头的径向磨损小于设定目标值。

4 管孔加工方案确定及结果检测

中国公共图书馆的创新与发展促使人们思考如下的问题：公共图书馆服务品牌建设如何认知其内在发展的规律性？如何把握其创新和科学发展的钥匙？如何保持服务品牌生命之树常青？如何体现服务品牌的中国特色和中国智慧？需要将理论的研究和方法的探讨融入精彩纷呈的伟大实践之中，以破解服务品牌的创新密码。

管板母材材料为高强度低合金容器类钢，堆焊层和过渡层又为高强度耐蚀的铁素体+奥氏体双相不锈钢，其使用性能和切削性能见表1，3种材料切削性能差异大，直接影响到钻孔精度。

5 结束语

对羰基化反应器管板钻孔进行工艺优化分析，制定合理的工艺优化方案，提高了管板管孔的加工精度，进而实现了羰基化反应器管板钻孔一次加工合格的目标，不仅提高了质量可靠性，同时提高了生产效率。

 

表3 目标检查表

  

目标名称图纸要求值实测值结论孔位定心尺寸/mm45±0.345±0.3合格管孔直径/mm38.45+0.1-0.238.45+0.050合格管孔出钻端96%管桥宽度(允许不大于4%的最小管桥宽度)/mm≥5.49(3.93)≥6.10(4.50)合格管孔轴心垂直度/mm0.200.20合格管孔表面粗糙度≤Ra6.3≤Ra6.3合格

(3)水温。地下水水温人工测量主要是使用温度计现场测量，自动测量仪器多使用半导体、铂电阻等类型的传感器，一般不单独安装，多与水位计一起构成多参数传感器。

参 考 文 献

[1] 朱志庆. 化学工艺学[M]. 北京: 化学工业出版社, 2017: 85～191.

[2] 郝文生，曾硕，雷金林. 新型羰化反应器管束制造工艺[J]. 化工机械，2014，41(6):812～814.

[3] 刘琪.羰基合成反应器的布置和配管[J].化学与医药工程，2016，37(4)：21～24.

[4] 耿伟轩,张红陶,汉中，等.管板间隙对管壳式换热器流动与传热的影响研究[J].压力容器，2012，29(5)：10～14.

[5] 马开春.膨胀管技术及膨胀工具的改进与计算[J].科学技术与工程，2012，(4)：900～903.

[6] 李涛，黄守志，韩伟业，等.膨胀管配合公差带设计方法研究[J]. 科学技术与工程，2104，(26):55～59.

文献[6]给出了总体X的分布函数F(x)的非参数贝叶斯估计,在该估计中取F(x)的先验分布服从Dirichlet过程.Dirichlet过程定义如下.