大型德士古氣化爐制造工藝

制造與安裝大型德士古氣化爐制造工藝劉太平,武玉君,杜國珠(哈爾濱鍋爐廠(chǎng)有限責任公司,黑龍江哈爾濱150046 )商要:介紹了目前國內最大規格德士古氣化爐的制造過(guò)程和特點(diǎn),闡述了關(guān)鍵制造工序及制造難點(diǎn)的解決方案,為制造超大規格壓力容器產(chǎn)品積累了經(jīng)驗。關(guān)鍵詞:大尺寸規格;德士古氣化爐;制造工藝中圖分類(lèi)號:TH49 ;TQ054文獻標志碼:B文章編號:1001 - 4837(2014)05 - 0069 - 06doi: 10.3969/j. issn. 1001 - 4837.2014.05. 011Manufacturing Processes of Large - scale TexacoGasification FurnaceLIUTai-ping,WUYu-jun,DUGuo-zhu( Harbin Boiler Co. , Ld. , Harbin 150046, China)Abstract:The manufacturing processes of the large - scale Texaco gasifier were introduced , the manufac-turing difficulties and the solutions were expounded. Valuable experiences are accumulated for manufac-turing of the large - scale pressure vessels.Key words :large - scale ; Texaco gasification furmace ;manufacturing process0引言1氣化爐結構特 點(diǎn)和主要規格參數德士古氣化爐是國內現有的幾種成熟的煤氣1.1 結構特點(diǎn)化裝置之- -。隨著(zhù)煤化工行業(yè)市場(chǎng)的擴大,德士該氣化爐殼體由凸緣法蘭、上封頭、燃燒室筒古氣化爐進(jìn)- -步向大型化發(fā)展。某公司制造的德體、變徑段、殼體鍛件、激冷室筒體、下錐體、激冷士古氣化爐設計金屬重量已達405 t, 該氣化爐外室短節及下大法蘭組成(如圖1所示)。殼體主形尺寸如下:$3464/ φ4474 mm x22170 mm,其中材選用SA - 387Gr11CL2和SA - 336F11CL3耐燃燒室簡(jiǎn)體壁厚132 mm,激冷室筒體壁厚162熱合金鋼，與介質(zhì)接觸氣化爐內壁全部堆焊鎳基mm,具體規格尺寸見(jiàn)圖1。合金,其中燃燒室側堆焊Inconel 625 ,激冷室堆焊該氣化爐殼體板材厚、設備壓力高,技術(shù)要求Inconel 600。嚴格,制造難度大。對此，制定了切實(shí)有效的制造1.2 技術(shù)規格參數工藝和措施,并進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),最終解決了多氣化爐容器為II類(lèi)(A2)壓力容器，任意CPVT大型德士古氣化爐制造工藝Vol31. No5 2014允差+6mm。制造完成后,氣化爐全長(cháng)范圍內設備中心線(xiàn)垂直度公差不大于16 mm;殼體圓度允2關(guān)鍵部件的制造難點(diǎn)及控制措施差+6mm;氣化爐頂凸緣法蘭中心線(xiàn)與爐體中心線(xiàn)間的同軸度允差不大于+6 mm,其與激冷環(huán)安2.1激冷室簡(jiǎn)體成型裝中心線(xiàn)之間同軸度允差士3 mm;凸緣法蘭中心激冷室筒體材質(zhì)為SA - 387Gr11CI2,內徑為線(xiàn)與殼體中心線(xiàn)的角度允差+0. 5°,氣化爐托磚4150 mm,設計厚度160 mm,考慮到工藝減薄量，板水平度偏差不大于+3 mm。簡(jiǎn)體取用厚度162 mm, 簡(jiǎn)體分4節，單節長(cháng)度L=2055 mm。由于技術(shù)文件要求筒體圓度允差不大于+6mm,如此厚壁大直徑的筒體成型尺寸公差上封頭、中S一沙控制難度很大。為保證簡(jiǎn)體尺寸公差滿(mǎn)足技術(shù)文件要求,利于后續工序實(shí)施，結合以往厚壁筒體卷制經(jīng)燃燒室簡(jiǎn)身、130+6古驗2-4,從以下幾個(gè)方面進(jìn)一步優(yōu)化簡(jiǎn)體成型工i 63200.00藝，最終將簡(jiǎn)體內徑尺寸控制在4147 ~4154 mm燃燒室短節、范圍內，完全滿(mǎn)足了圖紙尺寸要求。變徑段、160+32.1.1激冷室筒 體成型工序流程的確定常規情況下,激冷室簡(jiǎn)體的成型應按照以下N工序進(jìn)行:預彎-→卷圓-→切除直邊段-→二次合口激冷室內件激冷室簡(jiǎn)體、->焊接縱縫->中間熱處理-→校圓;但按照卷板機#規格書(shū)中提供的技術(shù)要求，該厚度直邊段長(cháng)度約為2倍的壁厚,將不可避免地造成不必要的原材04150料浪費。下錐體結合多年厚璧筒體卷制經(jīng)驗，考慮到SA -激冷室短節I 30+387Gr11CL2材料在中間熱處理溫度區間左右的抗拉強度較室溫狀態(tài)降幅很大，將縱縫中間熱處下大法蘭一01800理與校圓合并,將激冷室簡(jiǎn)體成型工藝作出如下優(yōu)化:預彎- +卷圓→焊接縱縫- >中溫校圓。圖1氣化爐結構示意2.1.2簡(jiǎn)體下料尺寸的確定鋼板下料長(cháng)度決定了筒體卷成后的周長(cháng)πD1.3 主要設計參數是否超差;由于影響鋼板周長(cháng)伸長(cháng)量的因素很多，該氣化爐主要設計參數見(jiàn)表1。如卷校圓時(shí)卷制圈數、卷制時(shí)間溫度、鋼板受力大小、卷制速度、鋼板材質(zhì)屈服強度等,很難準確表1主要設計參數地計算出來(lái)。對此,- -般通過(guò)理論估算確定范圍，項目燃燒室/激冷室然后參考制造廠(chǎng)以往制造經(jīng)驗進(jìn)行修正。根據周長(cháng)伸長(cháng)量估算公式":設計壓力/ MPa .9.3△L=KπS(1 +S/D。)式中0L--周長(cháng)伸長(cháng)量,mm.設計溫度/C455K一卷制條件系數水壓試驗壓力/MPa12. 7S一板厚,mmD,一內徑,mm.總長(cháng)/m≈22由于熱卷時(shí)K=0. 10 ~0.12,冷卷時(shí)K =0.03 ,因此按冷卷計算時(shí)△L= 16 mm,按熱卷計算爐體設計凈重/t≈405第31卷第5期壓力器總第258期的焊接收縮量,同時(shí)結合對SA - 387Gr11CL2這其硬度 及強度值仍會(huì )比其他位置高?；诹Ρ墼N材質(zhì)類(lèi)似筒身制造經(jīng)驗,筒體伸長(cháng)量定為35理,初卷直邊段長(cháng)短將會(huì )影響校圓直邊段所需要mm比較準確,即下料尺寸按πDφ -35 mm。同的下壓力和校圓時(shí)間。這是因為簡(jiǎn)體縱縫及其熱時(shí)下料時(shí)應嚴格控制鋼板對角線(xiàn)公差,避免下料影響區 在校圓過(guò)程中需承受的壓力均高于其余位尺寸超差引起筒體成型尺寸超差。筆者在縱縫焊置 ,而且每一-次校圓的受壓點(diǎn)不能處于同一-位置。后及校圓后分別測量多個(gè)筒體外周長(cháng)尺寸，與理因此，直邊段過(guò)長(cháng)或過(guò)短都會(huì )增加校圓直邊段所論數據的差值基本都在10 mm以?xún)?這個(gè)數據為消耗的時(shí)間,甚至會(huì )造成在高溫區間無(wú)法完全有筒體內徑尺寸避免超差提供了基礎。效地校圓直邊,增加成本的同時(shí)還將影響焊縫的2.1.3激冷室 筒體中溫校圓過(guò)程控制工藝評定時(shí)間;另- -方面，焊縫及其熱影響區在校激冷室簡(jiǎn)體成型工藝的關(guān)鍵就是在中溫校圓時(shí)所承受的壓力過(guò)大,受壓時(shí)間過(guò)長(cháng),焊縫及其圓,結合Cr-Mo鋼的特性,激冷室簡(jiǎn)體校圓過(guò)程熱影響區出現裂紋的風(fēng)險進(jìn)一步 加大。需控制在高溫區和低溫區進(jìn)行,以避開(kāi)材料脆性直邊段尺寸與校圓時(shí)間協(xié)調控制到一個(gè)合理加大的溫度區間,其中高溫區主要用于校圓直邊，的范圍是中溫校圓過(guò)程的關(guān)鍵。該工程氣化爐激低溫區主要用于筒體整體尺寸的校圓。初卷圓時(shí)冷室筒體初卷圓時(shí)控制單側直邊長(cháng)度在2.5 ~3直邊段長(cháng)度將對筒體校圓過(guò)程產(chǎn)生關(guān)鍵的影響。倍壁厚后,一次加熱筒體并校圓后,尺寸公差就已焊縫金屬及其熱影響區在經(jīng)歷中溫過(guò)程后，滿(mǎn)足要求,筒體中溫校圓過(guò)程見(jiàn)圖2。(a)(b)圖2簡(jiǎn)體中 溫校圓圖簡(jiǎn)體在中間熱處理溫度出爐后,由于溫差大，壓后續還有恢復性能的熱處理，這不可避免地會(huì )溫度下降很快,因此工序操作的銜接對筒體中溫增加控制錐體瓦片成型公差的難度。錐體1/4分校圓過(guò)程的影響很大。經(jīng)測算,內徑4150 mm的瓣成型后,單個(gè)瓦片的重量近8 t, 裝配過(guò)程中調筒體在高溫區間校圓需要的時(shí)間約1h。由于筒整難度很大,同時(shí)錐體壁厚和高度尺寸太高,焊接體與周?chē)h(huán)境溫差很大,校圓過(guò)程中筒體冷卻很過(guò)程中的變形無(wú)法通過(guò)設備進(jìn)行校正。兩個(gè)錐體快，為保證筒體在高溫區間有足夠的時(shí)間進(jìn)行校的大口分別與激冷室簡(jiǎn)體相接，若錐體裝焊成型，圓,減少簡(jiǎn)體校圓前的不必要的溫度降低,必須縮后圓度公差無(wú)法控制到與激冷室簡(jiǎn)體相近,將嚴短校圓前的準備時(shí)間,筒體加熱和校圓之間的工重影響氣化爐的最終裝配直線(xiàn)度要求。序銜接必須迅速有效。針對錐體成型的困難,結合其他錐體成型經(jīng)2.2厚壁 錐體的成型驗[5),錐體成型按照如下方案進(jìn)行:氣化爐變徑段壁厚162 mm,下錐體壁厚182(1)錐體瓦片四周留足夠的余量,用以保證mm,具體尺寸規格見(jiàn)圖3,4。瓦片尺寸;由于錐體壁厚太大，無(wú)法冷壓成型,熱壓成型(2)錐體專(zhuān)用裝配平臺上組裝,裝配過(guò)程中CPVT大型德士古氣化爐制造工藝Vol31. No5 2014余一片試裝調整合格后加工余量和坡口,再與其介質(zhì)對殼體的腐蝕,設計結構采取了在爐殼所有余3片裝焊固定。與工作介質(zhì)接觸的內表面全部堆焊鎳基合金的方式，其中燃燒室側堆焊Inconel 625,堆焊厚度≥6φ3200mm,激冷室側堆焊Inconel600,堆焊厚度≥3mm。T本次堆焊面積大,工作量重,對于簡(jiǎn)體、錐形10160毛壞厚162)封頭等零部件可以實(shí)現帶極堆焊7的部件,在對比各種大面積堆焊工藝的優(yōu)缺點(diǎn)后,最終選用高堆焊三效率的附帶磁控裝置的帶極電渣堆焊工藝進(jìn)行生，pnconel600產(chǎn)。鎳基合金的堆焊過(guò)程中,鎳元素與雜質(zhì)元素φ4150易形成低熔點(diǎn)共晶物而產(chǎn)生熱裂紋,為此,針對堆焊焊材,調整和優(yōu)化影響堆焊質(zhì)量的相關(guān)重要焊圖3.上錐體結構示意接工藝參數進(jìn)行焊接工藝評定試驗,確定了最合格的焊接材料和焊接參數。鎳基合金單層或雙層堆焊均在第-層堆焊完成后,工件整體進(jìn)爐進(jìn)行消氫處理,釋放堆焊產(chǎn)生的部分熱應力,降低產(chǎn)生焊接缺陷的風(fēng)險,減小筒體圓度因堆焊產(chǎn)生變形的幾率。2.4氣化爐 殼體的總裝該工程氣化爐殼體總重近390 t,且需要對， φ1800接的各部件都是由卷制或壓制成型厚壁簡(jiǎn)體或錐體,零件本身存在-定公差,總裝過(guò)程中的調圖4下 錐體結構示意整難度非常大,生產(chǎn)效率低,還存在一定的安全風(fēng)險。(3)裝焊拼縫前,應在錐體高度方向上均布為保證氣化爐殼體總裝尺寸公差及爐殼上接裝焊3個(gè)環(huán)向拉筋固定錐體尺寸,特別是大小管的位置精度符合技術(shù)文件的要求,爐殼分成上、口附近,盡量減小錐體因拼縫焊接產(chǎn)生尺寸中、下三大段分別進(jìn)行組裝,三大段組裝合格后進(jìn)變化。行最終對接。其中凸緣法蘭和球形封頭組焊后進(jìn)(4)錐體拼縫應采用對稱(chēng)焊接,焊縫焊至2/3 .行中間熱處理,再進(jìn)行燒嘴中心孔和封頭環(huán)縫坡壁厚后進(jìn)行中間熱處理,減小焊接應力,所有焊縫口加工,以保證二者同心。由于激冷室、上下錐體焊滿(mǎn)后再進(jìn)行中間熱處理,進(jìn)-.步減小焊接應的壁厚都超過(guò)160 mm,接管焊接工作量大,為防力,最后一次中間熱處理結束后方可拆除固定止焊接過(guò)程中焊接應力過(guò)大而產(chǎn)生熱裂紋和應力拉筋。裂紋,激冷室、上下錐體上的接管焊至壁厚的2/3(5)錐體大小口機械加工時(shí)相互兼顧，以保后進(jìn)行中間熱處理,降低風(fēng)險。托轉盤(pán)及下大法證錐體大小口同心度,同時(shí)與激冷室相關(guān)筒體蘭都在中間熱處理后加工，以保證整體零件尺寸配車(chē)合車(chē)加工坡口及內外輪廓[6],以保證相關(guān)公差滿(mǎn)足要求,利于后續總裝。部件的同心度,降低爐殼在總裝過(guò)程中的調整氣化爐殼體三大段分別對接時(shí),為保證整體難度。裝配公差滿(mǎn)足要求(如圖5所示)，分別在爐項凸2.3氣化爐 殼體內表面的鎳基堆焊緣法蘭處、托轉盤(pán)法蘭中心及爐底下大法蘭處各氣化爐結構(如圖1所示)分為上部燃燒室選定一個(gè)測量截面，并在所測量的截面上用定心和下部激冷室兩部分,煤的氣化在燃燒室段完成，器定出中心點(diǎn)。使用測微準直望遠鏡利用已定出.產(chǎn)出氣和煤渣進(jìn)入激冷室段冷卻和排出。德士古上下法蘭上的兩中心點(diǎn)建立爐體中心基準線(xiàn);裝氣化爐內部,特別是激冷室側的工作介質(zhì)都具有配過(guò)程中使用準直望遠鏡測量凸緣法蘭定位中心第31卷第5期壓力容器總第258期凸緣法蘭調整合格后,再利用定心器分別確定激結合所測的偏差值，調整三大段,合格后裝焊成冷室及燃燒室筒體各截面的中心，并利用準直望--體。遠鏡測量各截面的中心點(diǎn)與殼體直線(xiàn)度偏差[8]。0.5 A._g準直望遠鏡+4 0.50 A3/3000土6/總長(cháng)圖5氣化爐總裝檢測示意2.5大型德士古氣化爐的運輸4474 mm,無(wú)法使用常規板車(chē)裝車(chē)承載運輸。結該大型德士古氣化爐的外形尺寸規格和噸位合運輸路線(xiàn)中路橋情況,最終確定如圖6所示的大,遠超一-般大件的運輸尺寸,運輸難度特別大?！疤мI式”裝車(chē)運輸方案。在不考慮接管方位的情況下,零件理論高度已達:2181913000轉盤(pán)、 氣化爐工裝筒 分載梁:J5-9耳、.西中西國國國西西國國國西西1550170506631118600圖6氣化爐運輸方案示意(a)(b)CPVT大型德士古氣化爐制造工藝Vol31. No5 2014“抬轎式”裝車(chē)運輸方案是結合了氣化爐殼鑒 和參考。體燃燒室到激冷室的外徑尺寸變化的結構特點(diǎn)，參考文獻:運輸過(guò)程中,將氣化爐殼體中激冷室懸空,有效降低車(chē)貨的整體高度,使用前后兩板車(chē)共同承載的[1]蘭州石油機械研究所.壓力容器制造和修理[M].方式運輸。裝車(chē)時(shí),將前車(chē)支撐點(diǎn)固定于前板車(chē)北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.轉盤(pán)上,前車(chē)承重約240 t,后車(chē)支撐點(diǎn)在后板車(chē)[2]李國驥，杜國珠.新型氣化爐側壁四燒嘴組件制造技術(shù)[J].壓力容器,2005 ,22(6):37 -39.支座上,承重約1651,爐體重心調整至前后支撐點(diǎn)間距前支撐點(diǎn)約15 m的位置。實(shí)際裝車(chē)和運[3]張利偉，都吉哲,張暉，等.水煤漿氣化爐的制造[J].壓力容器,2005 ,22(4):26 -30.輸過(guò)程中,將燃燒室側筒體固定于前車(chē)懸臂梁上，[4]李國驥， 王連峰，劉霞.厚壁復合板SA387Gr11CL2/同時(shí)在后車(chē)支撐點(diǎn)處裝焊專(zhuān)廣]制作的強度合適的304L簡(jiǎn)身的冷成形[J].壓力容器,2000,17(5):41氣化爐工裝筒,使用20個(gè)高強度螺栓將工裝筒和-43.氣化爐連接固定,最終控制車(chē)貨行駛高度在5100[5]袁承春.魯奇式氣化爐錐形封頭組件制造技術(shù)改進(jìn)土200mm范圍波動(dòng),滿(mǎn)足運輸路線(xiàn)上的所有路橋[J].壓力容器,2012 ,29(8):55 -59.高度要求，如圖7所示。[6] 袁承春.德士古氣化爐整體法蘭制造技術(shù)[J].壓力容器,2013 ,30(11):60 -65.[7] 張圓磊.90°彎頭內壁整體堆焊[J].壓力容器，3結語(yǔ)2013 ,30(7):75 -79.該煤制烯烴工程的大型德士古氣化爐順利制[8] 孟震.氣化爐制造的過(guò)程的控制和檢驗[J].電焊.機,2011 ,41(12):72 -81.造完成，表明針對這種超大規格德士古氣化爐采取的關(guān)鍵制造工藝措施、檢測手段及運輸方式是收稿日期:2014-01-15修稿日期:2014-05-10切實(shí)有效的,對產(chǎn)品質(zhì)量和制造的順利進(jìn)行起到作者簡(jiǎn)介:劉太平(1984-),男,綜合工藝員，主要從事鍋了關(guān)鍵作用。該氣化爐的制造成功,為超大規格爐及壓力容器的工藝開(kāi)發(fā)與研究工作,通信地址:150046板焊壓力容器積累了經(jīng)驗,也可以為其他超大規黑龍江省哈爾濱市哈爾濱鍋爐廠(chǎng)有限責任公司工藝處，E格板焊壓力容器的制造工藝和質(zhì)量的改進(jìn)提供借- mail : liutaiping@ gmail. com。(.上接第68頁(yè))[8]何存富，李偉,吳斌.扭轉模態(tài)導波檢測管道縱向缺陷的數值模擬[J].北京工業(yè)大學(xué)報,2007 ,33(10):[1] 肖雄.換熱管內旋轉超聲檢測技術(shù)[J].壓力容器,1009 - 1013.2013 ,30(9) :60 -64.[9]孫廣開(kāi),焦陽(yáng),李光海，等.超聲導波管道缺陷檢測數值模擬[J].河北工業(yè)科技,2010,27(1):18-21.[2] 戴光,崔巍，楊志軍，等.基于三維有限元的換熱管[10] 董為榮，帥健,許葵,等.管道T(0,1)模態(tài)導波檢測缺陷漏磁場(chǎng)數值模擬[J].壓力容器,2009 ,26(8):數值模擬研究[J].無(wú)損檢測, 2008 ,30(3):149 -21 -27.152.[3]劉年華. 換熱管渦流檢測和抗腐蝕技術(shù)的研究[J].[11]楊理踐,張玲玲,高松巍.超聲導波在鋼管中的傳廣州化工,2008 ,36(2) :83 -85.播特性[J].無(wú)損探傷,2011 ,35(1):9-12..4] 牛曉光,劉長(cháng)福，張彥新,等換熱器管超聲導波檢[12]申傳俊,王悅民,孫豐瑞.超聲導波在管道中傳播測[J].無(wú)損檢測,2008 ,31(9) :685 - 688.的可視化模擬研究[J].海軍工程大學(xué)學(xué)報,2008 ,[5]焦敬品,何存富,吳斌，等.管道超聲導波技術(shù)研究20(3):31-35.進(jìn)展[J].實(shí)驗力學(xué),2002,17(1):1-9.[6] ROSE J L, Recent Advances in Guided Wave NDE收稿日期:2014-03-07修稿日 期:2014 -04 -22[ Z]. Ultrasonics Symposium,1995:761 -770.作者簡(jiǎn)介:從明(1989-),男，主要從事超聲導波無(wú)損檢.[7]何存富,孫雅欣,劉增華,等.彎管缺陷超聲導波檢測技術(shù)研究工作,通信地址:430074湖北省武漢市珞瑜路測的有限元分析[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2006,1037號華中科技大學(xué)機械與科學(xué)工程學(xué)院,E - mail: