大型气化炉制造技术()

1、大型气化炉制造技术官云胜 郭晓春（大庆油田建设集团建材公司，黑龙江大庆 163453）Manufacture technology of large-sized gasify stoveGUAN Yun-sheng GUO Xiao-chun（Construction Material Company of Daqing Oilfield Construction Group Company ，Daqing 163453，Heilongjiang，China） Abstract：The gasify stove is the kernel equipment in coal chemical

2、industry，its trends to largescale is obvious,this article introduce the manufacture technology and craft measure of the Four Sideburner subassemblies about New Gasify Stove。Introduce the craftwork steps for ensuring these requires detailedly.Such asBurner machining,assembling and welding,the second

3、machining of-side burner subassemblies and measuring etc.Key words：gasify stove、manufacture、craft measure摘要：气化炉是煤化工的核心设备，其大型化趋势明显。本文介绍了侧壁四个烧嘴(燃烧器)对置式新型气化炉的制造工艺、主要关键技术及要求，详细介绍了为保证这些要求而采取的工艺措施。其中包括筒体成型、机加工、组装焊接、热处理、组件二次加工及测量等。关键词：气化炉；制造；工艺措施发展煤化工是缓解国家能源紧张的重要途径之一，气化炉是煤化工的核心设备，在引进德士古等国外技术的同时，国内开发了四个烧嘴对置

4、式新型气化炉，形成了具有自主知识产权的技术，大庆油田金属结构厂与哈尔滨锅炉厂合作，为某大型石化企业制造并投入运行了目前国内同类产品最大的气化炉。1 产品结构及技术特性该气化炉炉壳由燃烧室、激冷室、顶部备用烧嘴，四个对置侧壁烧嘴、托砖盘等部件组成。内径3400mm，燃烧室材质SA387Gr.11.CL2，厚度82mm，激冷室材质SA387Gr.11.CL2+316L ，厚度（82+4）复合板,设备重量199.7t。其技术特性详见表1，结构见图1。表1 气化炉技术特性表技 术 特 性容器类别第三类设计压力（Mpa）4.8参数名称燃烧室激冷室工作压力（Mpa）4.0焊接接头系数1.01.0燃烧室激冷

5、室全容积(m3)42.5壳体设计温度()425250保温层厚度(mm)100壳体工作温度 ()210230充水后重量(Kg)386195工作介质高温煤气、熔渣煤气、熔渣、黑水设备重量(Kg)199700腐蚀余量（mm）61图1 气化炉结构简图2 主要制造技术要求及分析该设备除通常的制造难度外，如厚度82mm低合金耐热钢SA387Gr.11.CL2加厚度4mm超低碳不锈钢 316L复合板的焊接,锥体成型，整体热处理等，且采用“对置式”燃烧器，对燃烧器的方位，管口方位和密封面等加工精度提出了更高的要求，代表了大型煤化工容器的发展方向。四个侧壁烧嘴法兰的轴线应处于同一平面，偏差不大于2mm；四个侧壁

6、烧嘴法兰沿圆周均布；每两个相对的侧壁烧嘴法兰，同轴度偏差不大于3mm；安装后法兰面与轴线的垂直度不大于1mm；法兰轴线与壳体轴线的垂直度不大于2mm。顶部烧嘴安装法兰与壳体的同轴度偏差不大于5mm，法兰与轴线的垂直度不大于3mm。液位计：两接管距离允差为±1.5mm；通过两接管中心垂线的间距不大于1.5mm；法兰面的垂直度公差不大于0.5。托砖盘上托砖板水平度偏差不大于8mm。3 制造工艺及保证措施3.1 成型激冷室筒体3392×（82+4）mm，材质SA387Gr.11.CL2+ 316L，复合板为正火+回火状态供货,技术要求不允许热成型,又因奥氏体不锈钢的敏化温度在45

7、0850之间,为提高材料塑性,防止厚板卷制脆性,因此采用150200卷制成型的方法。锥封头大口直径3392mm，下口直径1575mm，材质SA387Gr.11.CL2加 316L，厚度（84+4）mm，高度1580mm。将锥体按展开尺寸分四等份下料，在直边和高度方向各预留50mm的单边余量，在压力机上压型，并用径向和弧向样板检验，同时检验对角线翘曲，合格后对直边进行二次切割，上下直口待机加工，组焊后在滚板机上进行校型，压制校型温度150200。采用上述方法保证筒节和锥体椭圆度5mm，使不锈钢复合层对口错边量2mm，棱角度3mm，满足技术要求。3.2 尺寸精度控制措施为保证关键尺寸精度,必须采用

8、二次机加工的方法配合必要的检测手段。备用燃烧器法兰与球封头组焊件，四个燃烧器法兰与筒节组焊件，锥型托砖盘与筒节组焊件，锥封头与大法兰组焊件需进行二次加工，同时也是进入组装工序的前提。按燃烧器法兰筒节组件带托砖盘筒节组件锥封头大法兰组件球封头组件顺序组织生产。3.2.1 备用烧嘴法兰与球封头组焊件球封头上有一备用燃烧器法兰。为保证备用燃烧器的精度，需要控制焊接变形和应力的影响，在燃烧器法兰的内孔和密封面各留出5mm的加工余量，先将法兰与封头进行组焊，在焊接时采取整体加热方式，保证焊接过程温度的均匀性和一致性，采用对称焊接来控制变形和应力。在焊接完成并检测合格后，进行中间热处理来消除应力稳定形状，

9、热处理后对密封面进行机械加工，这样既消除了焊接变形和应力的影响，又保证了加工精度。图2 球封头组件结构图3.2.2 燃烧器筒节该筒节上在同一标高周向均匀布置4个主燃烧器，对其法兰精度提出了很高要求，是该设备制造关键控制点。燃烧器法兰单个零件加工时，由于其密封形式采用八角垫结构，为了保证尺寸精度，密封面及法兰内孔留二次机加工余量，八角槽暂不加工，待与筒节装焊及中间热处理后再二次加工燃烧器法兰密封面及八角槽（与八角垫配合加工），并同时加工法兰内孔，采用加工中心设备一次镗加工加工完成，以保证两对应燃烧器法兰的同心度要求。筒节上、下端口采用机加先成平口并留有加工余量，保证单节筒节平行和垂直度。筒节上内

10、外端部及开孔中心画出0°，90°，180°，270°方位基准线。在开孔前组焊接有足够刚度的防变形环见图3，防变形环在法兰和筒节组件焊接完毕并中间热处理消除应力后方可拆除。法兰装配时采用定位导向块和光学测微准直望远镜测量结合进行，保证每两个相对法兰中心重合，其偏差1.5mm。在筒节四个燃烧器法兰中心线所在的测量截面上用定心器定出中心点，然后用测微准直望远镜利用已定出的两中心点建立筒节组件中心基准线。利用直角头（或经纬仪）在筒节四个燃烧器法兰中心线所组成的平面位置建立一个与筒节中心线垂直的回扫测量平面，测量四个燃烧器法兰内孔相对于回扫测量平面的偏差值，四个燃

11、烧器法兰内孔中心最大偏差值即为平面度偏差。各燃烧器法兰里侧内孔中心与外侧端面内孔中心的偏差即为垂直度偏差，测量原理见图4。完成焊接并以组件中间热处理后拆除防变形工装，利用机加工中心一次装卡，加工坡口，镗加工四个燃烧器法兰密封面包括八角槽及法兰内壁等，保证了两对燃烧器法兰同心度和平面度的要求。图3 燃烧器筒节结构图图4 形位精度检测原理图4.2.3 锥型托砖盘与筒节组焊件该筒节带有不锈钢托砖盘，锥形托砖盘下端有法兰与下降管相连，把法兰中心与筒节中心的同轴度和法兰密封面与筒节轴线的垂直度作为控制重点。筒节找正机加工上、下端口加工成直口，控制和保证端口和筒体轴线的垂直度，并在两端留出加工余量。在筒体

12、内外均需划出0°，90°，180°，270°方位线，开孔的中心线，切割边缘线和检验复合线。衬板内径按锥体大口外径匹配车加工，保证顺利装配。法兰装焊时内孔和密封面均留出二次加工余量，利用定心器和光学准直望远镜配合测量法兰密封面和筒节端面的平行度及两轴线的同轴度，点固焊接并以组焊件中间热处理后，一次装卡加工密封面、八角槽并进行攻丝。图4 带托砖盘筒节结构图3.2.4 锥封头和大法兰组焊件图5 锥封头及大法兰结构图锥封头与法兰的同轴度是控制重点。锥封头与法兰分别进行机加工，锥封头找正，大口加工成直口留有加工余量，小口直接加工到位；法兰焊接坡口加工到位，密封面留

13、有加工余量，螺栓孔先不加工。以锥封头大口和法兰密封面及外圆为基准进行测量装焊，所有焊接工作完成并进行中间热处理后，机加工法兰密封面、钻螺栓孔、车锥封头坡口，待组装。 3.3 焊接气化炉主体材质的厚度为82、82+4（复合板），选择了窄坡口埋弧焊为主手工电弧焊为辅的工艺方法。这种方法既有较高的生产效率,又能满足厚板容器的焊接质量要求。采用U+V的坡口形式，可以减少工人在容器内部高温环境下工作的时间，具体坡口形式见图6。对于复合板部分，先将复合层剥去5mm，这样焊工操作时能避免焊接基层时对复层的影响(防止混层)，可在基层焊接工作完成时进行探伤检验，既能保证焊接质量又便于焊缝返修，坡口见图7。图6

14、A、B类焊缝坡口 图7 复合板部分A、B类焊缝坡口SA387Gr.11CL2焊接时存在冷裂纹倾向，需采取预热、控制层间温度和后热工艺措施。厚板材料的焊前预接、焊后消氢及热处理是防止焊接裂纹的重要工艺措施，该焊缝易产生冷裂纹，防止冷裂纹常采用提高预热温度及焊接线能量的方法，但预热温度及焊接线能量过高会导致焊缝金属晶粒粗大，造成热影响区的脆化，接头韧性得不到保证。通过试验确定预热温度150（基材），层间温度控制在300以内，焊后立即进行（300350）/2 h消氢处理。过渡层因是异种钢焊接，经试验确定其预热温度120，层间温度不超过200。复层(耐蚀层)焊接不预热，层间温度低于150。 因材料的焊

15、接性较差，筒体较厚，制造周期较长，为防止焊缝产生延迟裂纹及焊接变形，减少不锈钢过渡层焊接时熔合区及热影呼区的淬硬程度，基材焊完后立即进行中间热处理（300升温速度50/ h），以提高接头的综合力学性能及接头的高温蠕变强度和组织和稳定性，降低焊缝和热影响区的硬度。焊接顺序为手工电弧焊(内恻)窄坡口埋弧自动焊(外侧)手工电弧焊（一层过渡层）手工电弧焊（两层复层）。焊材使用见表2,主体焊缝焊接工艺参数见表3.表2 主要焊接材料及焊接方法主体材料焊接方法焊接材料/规格焊材标准SA387Gr11CL2手工焊+埋弧焊焊丝：ETC AS2CrMo14.0焊剂:ETC FX76B焊条:ETC PH KV54.

16、0,5.0AWS A5.23 F8P2-EB2-B2AWS A5.5 E8016-B2SA387Gr11CL2+316L（复合层）手工焊焊条：WEL E309MoL3.2(过渡层)WEL E316L 4.0(耐蚀层)AWS A5.4 AWS A5.4SA387Gr11CL2+SA182F11CL2手工焊焊条: ETC PH KV53.2,4.4,5.0AWS A5.5 E8016-B2SA182F11CL2+耐蚀层手工焊焊条：WEL E309MoL3.2(过渡层)WEL E316L 4.0(耐蚀层)AWS A5.4 AWS A5.4表3 主体焊缝焊接工艺参数焊接方法层次焊材规格d/mm焊接电流

17、/A焊接电压U/V焊接速度/（mm·min-1）焊丝伸出长度/mm手工电弧焊基层4.016019023275.02002402428过渡层3.21001202224240260耐蚀层4.01301502325260280埋弧焊4.0560590293145048030353.4 总装路线球封头和带燃烧器筒节二次加工完成后与燃烧室其余3节筒体组装焊接完成整个燃烧室壳体，进行划线，开孔接管组焊。激冷室最上节即带托砖盘筒节和锥封头和大法兰组件二次加工完成后与激冷室其余3节组装焊接完成整个激冷室壳体，进行划线，开孔接管组装焊接。在筒节组对过程中采用定心器和光学准直望远镜配合，控制筒节间同轴度

18、，上、下两大部分环焊缝组装焊接，容器内件组装焊接，容器整体热处理。3.5 热处理热处理采用部件热处理和最终整体热处理相结合的方式，热处理炉加热方式采用远红外电加热方式，除了炉内气氛测温热电偶外，还在在容器壳体的不同位置设置多支热电偶，炉内温度控制采用自动电控。保证入炉温度、升温速度、恒温时间、降温速度和出炉温度。图8 部件热处理曲线图9 整体热处理曲线3.6无损检测1、所有A、B、C、D类焊缝坡口及焊缝表面，碳钢表面进行100MT，JB4730 级合格；不锈钢表面100PT，JB4730 级合格。修磨处和工装卡具去处后容器表面也按上述标准执行。水试压后进行复验。2、堆焊层表面进行100PT，JB4730 级合格，待堆焊层表面进行100MT，JB4730 级合格。3、所有A、B类焊缝进行100RT 符合JB4730 级合格，并进行100UT复验，JB4730 级合格。4、所有角焊缝采用全焊透结构，内径大于200mm的接管角焊缝进行100UT检验，JB4730 级合格。3.7水压试验水压试验应控制水中氯离子含量不超过25mg/L，水压试验