第45卷第2期化工設備與管道VoL.45 No.2008年4月PROCESS EQUIPMENT & PIPINGApr. 2008大型殼牌煤氣化爐的制造與組裝李濤都吉哲王青(大連冰山集團金州重型機器有限公司,大連116100)摘要: 介紹了大型殼牌煤氣化爐的結構特點、制造難點、霉部件制造、組焊工藝及現(xiàn)場組裝方案。針對結構特點和制造難點闡述了相應的有效措施,并討論了制造過程中的注意事項,供同類設備制造時參考。.關鍵詞:大型殼牌煤氣化爐;制造;組裝中圖分類號:TQ053.2文獻標識碼: A文章編號: 1009-3281(2008 )02-003506Manufacture and Assembling of Shell Brand Large Coal Gasifying FurnaceLi Tao Dou Jizhe Wang Qing(Jinzhou Heary Machinery Co. , Ld, Dalian Bingshan Group, Dalian 116100)Abstract In this article, the structure characteristics, the core points in fabrication, part fabrication, assembling and welding processand assembling scheme onsite of Shell brand large coal gasifying fumace were introduced. With respet to the structure charateristicsand the core points in fabrication, the ffective measures to deal with the problems were described and the notices in fabrication werediscussed. What presented in this article can be referenced in the fabrication of similar equipment.Keywords Shell brand large coal gasifying fumace; fabrication; assembling殼牌的煤氣化技術是當今世界煤技術發(fā)展的主流,具有超潔凈、超高效的特點,近年來在我國發(fā)展氣體返回章迅速,主要原理是將煤粉碎研磨成極細的干煤粉粒,p分兩段運輸噴入氣化爐,通過水蒸氣和氧氣氣化,經冷卻生產出合成氣。這種合成氣可用于城市煤氣、煉鋼還原劑，輸氣管|或用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電,也可作為生產化工產品和化起輸肥、運輸燃料、氫氣等的原料。此技術的應用和推廣將有助于我國解決能源緊張和環(huán)境污染問題。荊藍殼牌煤氣化技術的關鍵設備是殼牌煤氣化爐。合成氣冷卻馨，分兩段運輸大連冰山集團金州重型機器有限公司(以下簡稱金重)在殼牌煤氣化爐的制造上處于國內領先地位，運輸2003年成功地制造出國內第1臺殼牌煤氣化爐,現(xiàn)已制造出7臺。本文介紹其中某臺的制造與組裝工藝。1結構特點圖1 設備簡圉這臺殼牌煤氣化爐是國內某廠年產500 kt甲醇中國煤化工項目中的氣化關鍵設備,金重負責該設備壓力容器收稿CNMHG外殼的制造和內件的安裝(內件由BPE提供)。其作者簡小:子附(1,力,上住師。工女從事壓力容器設計、審結構簡圖如圖1所示,技術參數(shù)見表1。核及制造工藝編制工作?！?6.化工設備與管道第45卷第2期表1技術參數(shù)管口的中心線為定位基準;氣體返回室殼體上有21部件名稱設計壓力/MPa設計溫度/心個接管以N52.1 ~ N52.4管口的中心線為定位基氣化爐s.1/F.V350/-15準;合成氣冷卻器殼體上有97個接管以N55. 1 ~輸氣管5.1/ F.VN55. 4管口的中心線為定位基準。氣體返回室5.1/F.V1.5 分段制造與組裝合成氣冷卻器350/380/450/-15受運輸條件的限制,設備殼體共分14段在金重介質殼體:合成氣;內件:鍋妒水/蒸汽廠內制造,其中氣化爐7段,輸氣管1段,氣體返回設備制造檢驗驗收遵循下列技術規(guī)范:室2段,合成氣冷卻器2段,合成氣冷卻器裙座2《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程>99版段。分段發(fā)運到用戶現(xiàn)場進行殼體的組裝及內件的JB 4732-1995<鋼制壓力容器一分 析設計標準》安裝。JB 4708- 2000< 鋼制壓力容器焊接工藝評定》2制造難點JB/T 4709- 2000<0 鋼制壓力容器焊接規(guī)程》HG 20584- -1998<《鋼制化工容器制造技術要求》2.1防變形JB/T 4730- -2005《承壓設備無損檢測》由于設備殼體分多段進行制造與組裝,為了保《氣化關鍵設備壓力容器制造和內件組裝通用技術規(guī)定》證現(xiàn)場順利組焊,在制造與運輸過程中應采取適當這臺殼牌煤氣化爐具有如下結構特點。的措施防止殼體因組焊接管法蘭、熱處理、運輸而發(fā)1.1尺寸大,噸位大生變形,保證殼體端面的圓度。將殼體錯邊量控制設備總長50.1 m,總重1 283 t, 各部件的尺寸在允許的范圍內:縱向焊接接頭的錯邊量不大于2及質量詳見表2。mm ,環(huán)向焊接接頭的錯邊量不大于3 mm。表2尺寸及質量2.2 防裂紋尺寸/mm質量/t設備殼體材料是中溫抗氫鋼,厚度大，在制造過DN 4630/ DN 3020 x 3090095程中應采取有效措施防止焊后產生氫致裂紋(冷裂DN 3020 x8904DN 3400 x960003紋)和鄰近區(qū)域形成氫致應力腐蝕開裂。2.3接管定位精度高DN 3400 x40500490設備殼體上設有1個開工燒嘴、1個點火燒嘴、1.2 殼體厚、 鍛件厚2個火焰觀察口.4個煤粉燒嘴管口.58個振打器管設備殼體厚,鍛件簡體更厚,其材料及厚度詳見口,這些管口關系到整個設備的正常運行,安裝尺寸表3。精度非常高,在制造過程中應采用適宜的工裝來保表3材料及厚度證其定位精度。名稱材質厚度/mm2.4氣體返回 室斜插管的組焊殼體SA 387F11 CL265/70/75/80/95氣體返回室斜插管DN 1 870 mm x285 mm與SA 387 FII CL2 + N0882590+5主簡體DN3400mmx210mm的組焊是整個設備SA 387 F11 CI2 +304L70+5的焊接難點,殼體厚、焊接量大,焊接條件惡劣,而且返回室主簡體SA 336 FII CI2210必須保證45°角的精度在+0.1°范圍內。返回室斜插管SA 336 FII CL22852.5軸線 平行度要求高接管法蘭SA 182 FII CL2氣化爐與合成氣冷卻器的軸線平行度應控制在1.3結構復雜,管口多土15mm范圍內,這就要求預組裝。設備由氣化爐、輸氣管、氣體返回室、合成氣冷3零部件制造卻器四大部分組成,由氣化爐裙座及合成氣冷卻器裙座支撐整個設備,通過輸氣管和氣體返回室完成3.1筒節(jié)的制造空中連接。設備殼體上共有225個管口。設備內安中國煤化工件最大規(guī)格為DN裝250t內件。.4 630HCNMHGn,材料為SA3871.4接管定位基準線統(tǒng)一GR11 CL2 ,其制造工序如下:氣化爐殼體.上有86個接管以N10.1~N10.8下料、氣割;按簡體排板圖進行下料,考慮焊縫2008年4月李濤等.大型殼牌煤氣化爐的制造與組裝●37●收縮量和壓頭切割余量;三大黃金焊縫處的筒節(jié)長縱縫組焊:組對瓜瓣縱縫,檢查錯邊量,不得超度方向應留有余量,以便焊接試水封頭和水壓試驗過2 mm。檢驗合格后施焊。后切割封頭。按照下料輪廓線采用火焰氣割鋼板。無損檢測:對瓜瓣縱縫進行100%射線檢測、壓頭、滾圓:在大三輥重型卷板機上中溫壓頭并100%超聲檢測、100%磁粉檢測.100%滲透檢測。滾圓,用樣板檢查簡節(jié)內側曲率,保證氣割余量后縱坡口加工:在大立車上配車頂部太陽圓及下部縫對接處錯邊量滿足技術要求。瓜瓣的環(huán)縫坡口,坡口表面進行100%磁粉檢測、縱縫組焊:氣割切除合攏縫兩側直邊部分,并用100%滲透檢測。砂輪打磨縱縫坡口，縱縫坡口表面進行100%磁粉環(huán)縫組焊:組對太陽圓及瓜瓣的環(huán)縫，檢查錯邊檢測。縱縫組對時,應檢查錯邊量不大于2 mm,檢量,不得超過2 mm。檢驗合格后施焊。驗合格后施焊。無損檢測;對環(huán)縫進行100%射線檢測、100%筒節(jié)校圓:在大三輥重型卷板機上校圓,保證簡超聲檢測、100%磁粉檢測100%滲透檢測。節(jié)圓度滿足技術要求。接管劃線:劃出球形封頭端面坡口尺寸線和各無損檢測:對筒節(jié)縱縫進行100%射線檢測、個接管的位置線。100%超聲檢測、100%磁粉檢測。坡口加工:在大立車.上加工球形封頭端面環(huán)縫坡口加工:在大立車上加工筒節(jié)兩端環(huán)縫坡口,坡口,坡口表面進行100%磁粉檢測,100%滲透檢坡口表面進行100%磁粉檢測。測。筒節(jié)待組焊。管孔加工:上鏜床加工球形封頭上各管孔。坡.2 封頭的制造口表面進行100%磁粉檢測100%滲透檢測。設備殼體共有2個球形封頭,最大規(guī)格為SR封頭待組焊。2322.5 870 mm +5 mm,材料為SA 387 GR11 CI2 +3.3鍛件的制造N08825。由于尺寸較大，采用先冷壓成形后拼接的設備殼體有2個主簡體鍛件和1個斜插管鍛方法制造,鋼板厚度不用考慮減薄量。件,直接外購成品回廠;另外還有560個接管法蘭鍛下料、氣割:將球形封頭分為頂部太陽圓和下件,外購鍛坯回廠進行機加工。部6片瓜瓣兩大部分下料,打磨瓜瓣縱縫坡口,并4零部件組焊100%磁粉檢測。沖壓成型:利用胎具沖壓成型,成形后預裝封頭零部件制造完后,氣化爐、輸氣管、氣體返回室、各瓜瓣。合成氣冷卻器四大壓力容器殼體部件按照運輸分段無損檢測:對太陽圓和瓜瓣內表面進行100%進行組焊,工藝流程圖見圖2。超聲檢測,以檢測成型后復合表面結合是否良好。氣化爐殼體1國焊亮體環(huán)過一→[環(huán)楚無都檢潤→+管孔號線了→[管孔加工一→組焊接普法當}→[焊鏡無根檢測分股杭發(fā)型一→焊鏈無根檢利兗體預組裝分七段包裝運輸]輸氣管殼體2圍焊克體年縫了→環(huán)疑無損檢間管禮號線一→管禮加工一→組撐接管出約→[理連無報檢對整牛熱發(fā)理一→坦領無據(jù)檢間一水匠圖了→使秒發(fā)里一圖樣電中網一面火村星施工→[國焊內件}+區(qū)便無都拉間可縫局露熟規(guī)圖→+醫(yī)體包英之明氣體返回室殼體3國焊充體可→環(huán)境無都檢間管孔號線}→一重孔加工]一回理主青體與科行一座速無根性測一國焊修管閆→一雇是無橋檢間一(分技熱觀圖一個坪縫無部檢用一→分兩吸包裝之輸]合威氣冷卻器堯體中國煤化工4國焊競體環(huán)巷環(huán)建無招檢用→[管孔號線一+[管孔加工一國焊接管法蘭]-焊精無橋槍YHCNMHG圖2廠內組焊工藝流程圖●38●化工設備與管道第45卷第2期氣化爐殼體從下到上分7段進行組焊,第1段主簡體單面坡口,焊接工藝采用手工電弧焊,多排工是裙座及封頭,第2~6段是簡體,第7段是簡體及裝同時火焰預熱,多名焊工同時對稱施焊。采用定錐體。輸氣管殼體整體進行組焊。氣體返回室殼體點標記法、剛性固定法、過程控制法,利用樣板、工裝分左、右兩段進行組焊。第1段是DN 3 020 mm短來保證45°角的精度。焊前焊中、焊后分別測量,節(jié)及錐體,第2段是主簡體及斜插管。合成氣冷卻焊接過程中如有變更,及時調整焊接量,盡量減小偏器殼體分上、下兩段進行組焊。差。殼體環(huán)縫組對時應檢查錯邊量,不得超過3 mm,檢驗合格后方可進行施焊。各段殼體管口開孔號線時,應統(tǒng)-一以基準線為基準,氣化爐以N10. 1 ~NI0.8管口中心線為基準，線,氣體返回室以N52.1 ~ N52.4管口中心線為基準線，合成氣冷卻器以N55.1 ~ N55.4管口中心線，主筒體、 45為基準線。氣割預開孔后,在大型鏜床上分別加工各段殼體的管孔坡口,坡口表面進行100%磁粉檢斜插管測。組焊接管法蘭時,每段簡體兩端各點焊-一個環(huán)形內撐胎(詳見圖3),讓筒體周向均勻受力,防止筒285 1870↓體在組焊接管法蘭時發(fā)生變形。環(huán)形內撐胎制作時應與殼體逐- -進行配制。圖4氣體返 回室斜插管組焊20X 45°Q235-A氣化爐的7段殼體必須預組裝,并且作好組對標記,便于現(xiàn)場順利組裝。設備殼體共分12段進行消除應力熱處理(合H DN-44 1注: DN是指殼成氣冷卻器裙座除外)。開口簡體兩端采用環(huán)形內堆焊殼體母材焊材撐胎防止熱處理變形。熱處理時利用經定期校正的/ 10段均布自動記錄儀記錄加熱曲線,嚴格控制熱處理溫度和恒溫時間,以免熱處理工件產生增碳或脫碳現(xiàn)象。--經鉻鉬鋼容器在焊接前焊接時焊接后、熱處理前熱處理后、水壓試驗前、水壓試驗后易產生裂紋，設備殼體在制造過程中進行如下無損檢測:殼體上所有對接焊接接頭在熱處理前應進行100%射線檢圉3環(huán)形內撐胎測.100%超聲檢測、100%磁粉檢測;熱處理后應進焊接應由持證焊工嚴格按照焊接工藝規(guī)程完行100%超聲檢測、100%磁粉檢測。接管與殼體成。采用低氫焊條并嚴格遵守焊條的烘烤.保存規(guī)的焊縫 應在熱處理前和熱處理后進行100%超聲檢定,以減少熱影響區(qū)的擴散氫含量。應嚴格對焊接測、100%磁粉檢測。所有焊縫在水壓試驗后進行坡口及兩側3倍板厚范圍內進行焊前預熱,預熱溫磁粉抽檢( 10%)。鉻鉬鋼坡口應進行100%磁粉度不小于170 C;焊后立即進行消氫處理:300~檢測, 鎳基不銹鋼和奧氏體不銹鋼坡口應進行350 C/2 h。對預熱溫度、消氫溫度、層間溫度采用100%滲透檢測。紅外線測溫儀進行控制，從而有效地防止焊后產生僅輸氣管殼體在金重廠內做水壓試驗及內件安氫裂紋(冷裂紋)和鄰近區(qū)域形成氫致應力腐蝕開裝。熱處理后,利用試水封頭、試水盲板等工裝,在試裂。水鞍座上進行水壓試驗.無損檢測合格后對殼體內表氣體返回室主簡體與斜插管采用斜插管直立，面進中國煤化工及耐火襯里施工-◆主簡體45°放置進行組焊(詳見圖4)。利用CAD對組焊YHCNMHG→包裝運輸。主簡體上斜插孔輪廓線進行尺寸放樣,作樣板精確因運輸尺寸的限制,殼牌煤氣化爐共分14段運號出斜插孔輪廓線,采用火焰氣割坡口。坡口采用輸 ,包裝運輸應符合JB/T 4711- -2003的要求。2008年4月李濤等.大型殼牌煤氣化爐的制造與組裝●39●合攏上、下兩部分殼體的環(huán)縫:在轉胎上組對5現(xiàn)場組裝上、下兩部分殼體的環(huán)縫。檢查錯邊量,不得超過殼牌煤氣化爐四大部件運到用戶現(xiàn)場后,先各2mm。檢驗合格后施焊。自組裝,最后整體合攏。組裝順序不盡相同，為避免局部熱處理:合攏環(huán)縫局部熱處理?；煜?下面逐個作詳細介紹。待組焊黃金焊縫。5.1氣化爐部分5.2輸氣管部分氣化爐殼體分上、下兩部分，上部是指第7段,輸氣管與氣體返回室進行預組裝,做好預組裝下部是指第1~6段。.標記。組焊殼體環(huán)縫:在用戶現(xiàn)場的轉胎上,根據(jù)預先做好的組對標記分別組對上部、下部殼體環(huán)縫。檢5.3 氣體返回室部分查錯邊量,不得超過2mm。檢驗合格后施焊。氣體返回室殼體分左右兩個部分。無損檢測:對殼體環(huán)縫進行100%射線檢測、組焊殼體環(huán)縫:組對左、右兩部分殼體的環(huán)縫。100%超聲檢測.100%磁粉檢測。檢查錯邊量,不得超過3 mm。檢驗合格后施焊。上、下兩部分殼體的環(huán)縫,同時組對試水封頭。檢驗100%超聲檢測、100%磁粉檢測。合格后按焊接工藝規(guī)程施焊。局部熱處理:殼體環(huán)縫局部熱處理。局部熱處理:對殼體環(huán)縫進行局部熱處理。組焊試水封頭:將試水封頭與殼體組焊。無損檢測:對水壓試驗環(huán)縫進行100%超聲檢無損檢測:對試水封頭環(huán)縫進行100%超聲檢測.100%磁粉檢測。水壓試驗:在試水鞍座.上進行水壓試驗。水壓試驗:在試水鞍座上進行水壓試驗。無損檢測:所有焊縫進行磁粉抽檢( 10% )。噴砂處理:水壓試驗合格后將上、下兩部分割噴砂處理:水壓試驗合格后對設備的內表面進開,并對殼體內表面進行噴砂處理。行噴砂處理。組焊龜甲網及耐火襯里施工。組焊內件:按內件施工圖紙分別組對上部內件組焊內件:按內件施工圖紙組對內件。檢驗合和下部內件。檢驗合格后按焊接工藝規(guī)程施焊。格后施焊。無損檢測:對內件接管環(huán)縫進行100%射線檢測、100%超聲檢測、100%磁粉檢測。測,100%超聲檢測、100%磁粉檢測。局部熱處理:內件接管環(huán)縫局部熱處理。N3.1 ~N3.4煤粉燒嘴管口的法蘭蓋(詳見圖5)在水壓試驗后預開中心孔，內件組對時利用模擬5.4合成氣冷卻器部分燒嘴工裝確定中心孔實際偏心位置,然后組焊法蘭合成氣冷卻器殼體分為上、下兩個部分。蓋與接管法蘭,重新加工偏心孔并堆焊,確保燒嘴的組焊上、下兩部分殼體的環(huán)縫:組對上、下兩部組裝精度。分殼體的環(huán)縫。檢查錯邊量,不得超過3 mn。檢驗合格后施焊。局部熱處理:殼體環(huán)縫進行局部熱處理。無損檢測:對水壓試驗焊縫進行100%超聲檢中測、中國煤化工TY HCN M H G水壓試驗。圖5粉煤燒嘴管口法蘭蓋噴砂處理:水壓試驗合格后整個殼體的內表面.40.化工設備與管道第45卷第2期進行噴砂處理。制造難點,我們在制造過程中采取了如下六大有效組焊龜甲網及耐火襯里施工。措施:組焊內件:按內件施工圖紙組對內件。檢驗合(1)殼體熱處理分段處端面采用環(huán)形內撐胎支格后施焊。撐,防止殼體在制造與運輸過程中發(fā)生變形,將錯邊無損檢測:對內件環(huán)縫環(huán)縫進行100%射線檢量控制在允許的范圍內,以免影響現(xiàn)場組焊。環(huán)形測、100%超聲檢測、100%磁粉檢測。內撐胎應與殼體逐- -進行配制,保證貼合緊密,受力局部熱處理:內件接管環(huán)縫局部熱處理。均勻。N91.1~N94.8振打器管口的法蘭蓋(詳見圖(2)焊前預熱,焊后立即進行消氫處理,對預熱6)在水壓試驗后預開中心孔,內件組對時利用振打溫度、消氫溫度、層間溫度采用紅外線測溫儀進行控器工裝確定中心孔實際偏心位置,然后組焊法蘭蓋制,有效防止焊后產生氫裂紋和氫致應力腐蝕開裂。與接管法蘭,重新加工偏心孔并堆焊,確保振打器的(3)設備殼體的1個開工燒嘴、1個點火燒嘴2組裝精度。個火焰觀察口.4個煤粉燒嘴管口、58個振打器管口6420采用專用組對工裝來保證其定位精度。(4)氣體返回室主筒體與斜插管的組焊因殼體超厚(285 mm)、焊接量大(5 t焊材)、操作條件惡劣0190 .(高溫高熱)成為最大的焊接難點。我們采用CAD放樣,精確號出斜插孔輪廓線，采用多排工裝同時均勻預熱,對預熱溫度、消氫溫度層間溫度采用紅外線測溫儀進行控制,多名焊工0560 n對稱施焊,多種方法并用控制45°角的精度。(5)通過氣化爐7段殼體預組裝、四大部件預圖6振打器管口法蘭蓋組裝,并作好組對標記來保證設備2條軸線的平行待組焊黃金焊縫。度。5.5整體合攏(6)現(xiàn)場臥式焊接采用埋弧自動焊,需相應的四大部件各自組裝后就進入了最后總裝階段，工裝 轉胎來讓殼體360°轉動，保證焊接順利進行。即組焊三大黃金焊逢?，F(xiàn)場立式焊接采用手工焊。組焊黃金焊縫:依次組對第二、第三、第- -黃金另外,還應考慮如下三大注意事項:焊逢。檢查錯邊量,不得超過3 mm,檢驗合格后方(1)設備分段處的設置應綜合考慮運輸條件、可進行施焊。第二黃金焊縫是氣體返回室與輸氣管制造便利程度熱處理能力、吊車起吊能力等。之間的環(huán)縫,臥式組焊;第三黃金焊縫是氣體返回室(2)三大黃金焊縫處的簡節(jié)長度方向應留有余與合成氣冷卻器之間的環(huán)縫,借助臨時固定支撐立量(一般取50mm),以便焊接試水封頭和水壓試驗式組焊;第-黃金焊縫是氣化爐與輸氣管之間的環(huán)后切割封頭?？p,在框架上立式組焊。(3)接管法蘭到殼體縱、環(huán)焊縫的距離應大于無損檢測:對黃金焊縫進行100%射線檢測、殼體厚度的3倍,且不小于100mm,這就要求預先，100%超聲檢測、100%磁粉檢測。畫出CAD排板圖,如有不符,及時作相應調整。局部熱處理:黃金焊縫局部熱處理。這臺殼牌煤氣化爐尺寸大、殼體厚、結構復雜，至此,整個設備組裝完畢,交付用戶驗收。分多段制造與組裝。我們制訂了周密詳實的制造與組裝工藝,在制造過程中把握其中每-關鍵環(huán)節(jié),整6結束語個設備按期順利完工,完全滿足設計要求,受到用戶綜_上所述,針對該殼牌煤氣化爐的結構特點和贊譽中國煤化工MYHCNMHG