第51卷第6期化工設(shè)備與管道 Vol. 51 No.62014年12月 PROCESS EQUIPMENT& PIPINGec.2014氣化爐頂部燒損的現(xiàn)場修理韓冰,葉冬梅(中石化集團南化公司化工機械廠,南京210048)摘要:描述了煤氣化爐在運行過程中,因內(nèi)襯耐火層損壞導致爐頂燒損,通過對頂部封頭材料進行無損檢測、金相檢查、硬度測試等確定了具體燒損范圍,由此制定了通過加大頂部法蘭底部直徑進行更換的修理方案并實施,使設(shè)備恢復了正常運行。關(guān)鍵詞:氣化爐;燒損;檢測修理中圖分類號:TQ054:TH17文獻標識碼:A文章編號:1009-3281(21406001-00在煤制甲醇的工藝流程中,需利用氣化爐將水112煤漿與氧進行部分氧化反應制得粗合成氣。水煤漿通過噴嘴在高速氧氣流的作用下,破碎、霧化噴入氣化爐燃燒室,迅速發(fā)生反應,數(shù)秒內(nèi)即完成氣化過程,爐內(nèi)溫度達到1300~1500℃,因長期在高溫下工作,經(jīng)受高速煤漿的沖刷,故燃燒室內(nèi)壁襯有多層耐火569磚,具備耐高溫和耐磨損的性能。某單位600kt/a甲圖1氣化爐結(jié)構(gòu)醇裝置在開工運行20天后,燃燒室頂部法蘭與封頭 Fig.I sketch of gasifier1球形封頭;2.噴嘴;3燃燒室;4.耐火保溫內(nèi)襯;5燃燒室殼由于爐內(nèi)耐火層開裂造成燒損,通過相關(guān)檢測確定燒體:6托磚盤:變徑段8.激冷環(huán):9.激冷室殼體:10激冷室損部位,制定了修理方案予以實施,保證了設(shè)備的正11底部錐體:12排渣口常運行。就是頂部噴嘴法蘭與上封頭連接焊縫,外部查看該連1設(shè)備簡介接焊縫,約34圈焊縫周邊可見明顯的氧化皮;焊縫該氣化爐由上、下兩部分組成,通過托轉(zhuǎn)盤隔的熱影響區(qū)肉眼可見長約800mm的貫穿裂紋,裂紋開,上部分是燃燒室,燃燒室頂部設(shè)有噴嘴,托轉(zhuǎn)最寬處5mm,裂紋所在處的6根法蘭連接螺栓產(chǎn)生盤上表面支撐著燃燒室耐火襯里,下部分是激冷明顯拉伸變形,伸長量約有3mm。由此判斷因耐火室,激冷室安裝有激冷環(huán)和上升、下降管等內(nèi)件。襯里開裂造成法蘭與封頭燒損,燒損部位外表面見圖氣化爐工作壓力6.5MPa,燃燒室直徑3200m,2,圖3為正常使用氣化爐的頂部外表面材料為SA387Gr11CL2,筒體厚度100mm,封頭厚氣化爐殼體材料SA387Gr11CL2,一般會要求為度為60mm,燃燒室工作溫度1450℃,激冷室直徑本質(zhì)細晶粒鎮(zhèn)靜鋼,供貨狀態(tài)為正火+回火(允許3800mm,殼體材料SA387G11CL2+316L(堆焊層),快速冷卻),進行UT檢測,硬度≤225HBW,根據(jù)厚度為(120+6)mm,工作溫度253℃,設(shè)備結(jié)構(gòu)見這些要求,結(jié)合對封頭外表面顏色的觀察,決定對頂圖1部法蘭與封頭連接焊縫向下200mm弧長范圍內(nèi)進行100%UT和100%MT檢測,并取4點進行硬度測定、2頂部燒損范圍的確定收稿日期:2014-08-26從氣化爐頂部噴嘴法蘭口向內(nèi)觀察,內(nèi)襯耐火作者簡介:韓冰(1970),女,山東莒縣人,高級工程師。從材料層可見兩條明顯裂紋,長度約3/4圈,其對應處事壓力容器制造技術(shù)管理工作。32化工設(shè)備與管道第51卷第6期金相檢測。用直探頭進行100%UT,檢測結(jié)果未發(fā)經(jīng)受了短暫高溫過程,球化珠光體的存在表明材料的現(xiàn)分層,用K2斜探頭進行100%UT檢測未發(fā)現(xiàn)裂力學性能會下降,材料已受損,不能使用;3點處金紋;外表面進行100%MT,未發(fā)現(xiàn)裂紋。覆膜金相相組織為鐵素體+貝氏體,已符合要求,但存在有4和硬度取樣位置及檢測結(jié)果見表1,1點、2點、3級晶粒度,未完全滿足細晶粒的要求;4點處金相點和4點微觀組織圖分別見圖4、5、6、7組織鐵素體+貝氏體,晶粒度為5~6級,達到了細晶粒鋼要求,硬度HBW160~165也符合要求,說明在頂部法蘭和封頭連接焊縫向下弧長200mm處,封頭母材已滿足材料要求,燒損部位可確定在此范圍內(nèi)。圖2燒損的頂部法蘭外表面 Fig. burning damaged out surface of top flange根據(jù)UT和MT檢測結(jié)果,可見封頭殼體母材未發(fā)現(xiàn)分層和裂紋等缺陷;根據(jù)金相和硬度檢查結(jié)果可圖3完好的頂部法蘭外表面知,2點處金相組織顯示有球化珠光體,說明材料 Fig. 3 good out surface of top flange表1覆膜金相和硬度取樣位置及檢測結(jié)果 Table I sampling location of metallographic inspection and hardness testing and result取樣號取樣位置檢測項目檢測結(jié)果微觀組織焊縫:鐵素體+已球化的珠光體,熱影響區(qū):鐵素體+貝氏體,晶界上有大量的析出物并已形成網(wǎng)狀焊縫裂紋尾部晶粒度2~3級硬度HBW150~160微觀組織鐵素體+已球化的珠光體+貝氏體2焊縫裂紋向下弧長50mm處晶粒度7~8級硬度HBW150~160微觀組織鐵素體+貝氏體3焊縫裂紋向下弧長120mm處晶粒度4~5級硬度HBW145~150微觀組織鐵素體+貝氏體4焊縫裂紋向下弧長200mm處晶粒度5~6級硬度HBW160~165圖41點金相組織100×圖52點金相組織100× Fig.4 metallographic structure of 1# point 100x Fig.5 metallographic structure of 2# point 100x2014年12月韓冰,等.氣化爐頂部燒損的現(xiàn)場修理33和鐵水飛濺很難清理,只能從外口焊接,故連接焊縫選用單邊U形外坡口,見圖9,焊接方法采用氬弧焊封底+手工焊焊接。圖63點金相組織100× Fig.6 metallographic structure of 3# point 100x圖9頂部法蘭與封頭連接坡口 Fig.9 connecting groove between top flange and head針對SA387G11CL2材料的成分組成,既具有冷裂紋敏感性,又有再熱裂紋傾向,氣化爐又處在高溫條件下工作,因此在焊條選用時應考慮焊縫既要有良好的高溫性能,同時兼顧室溫力學性能,焊縫的化學成分應最大限度地接近被焊鋼材的成分,限制微量不純物元素,減少在高溫下長期運行時熔合區(qū)合金元素的擴散。為了減少焊縫金屬形成裂紋的傾向,圖74點金相組織100 Fig.7 metallographic structure of 4# point 100x盡量降低其含碳量,但是,隨著焊縫金屬含碳量的降低,持久強度也隨著有較大降低,所以控制含碳量3修理方案的確定在0.07%~0.12%。在含碳量降低的同時,為提高強度、塑性和韌性,減少熱裂傾向,提高抗熱裂紋的能力,為盡快恢復開車,減少損失,經(jīng)多方討論確定,采用現(xiàn)場修理的方式對設(shè)備進行修理。具體為根據(jù)檢控制焊縫中的含錳量在0.60%0.80%。為獲得較致密的焊縫,控制Si含量在0.44%~0.60%之間,且測結(jié)果確定的燒損范圍,采取從封頭與頂部法蘭連Mn+Si≤1.2%。另外還必須保證焊縫中鉻、鉬的含量,接焊縫下移弧長200mm處割除頂部法蘭和部分封頭鉻主要用來提高抗氧化性能和耐腐蝕性能,鉻在一定殼體,割除部分通過更換加大尺寸的頂部法蘭替代,含量范圍內(nèi)還能提高鋼的持久強度和蠕變極限。鉬并重新與封頭焊接。通過計算,割除部位直徑中1710mm,設(shè)計單可以有效提高高溫性能,對防止焊接裂紋也很有利。它們不應低于母材相應成份的下限。對于焊材回火位將此作為頂部法蘭下部直徑尺寸重新設(shè)計,法蘭結(jié)脆化敏感系數(shù),要求:X系數(shù)=(10P+5b+4Sn+As)×構(gòu)見圖8,材料采用SA182-F11CL2鍛件,化學成分102≤15×10同時滿足技術(shù)條件的相關(guān)要求,其中Cr>1.0%、P≤0.012%、S≤0.01%、Mn+i≤1.2%根據(jù)現(xiàn)場4修理方案的實施的實際情況,爐里口不能被污染、而焊接產(chǎn)生的焊渣根據(jù)修理方案,制定了詳細的返修工藝,在現(xiàn)場對氣化爐頂部進行了焊接修理、熱處理、無損檢測和氣壓試驗并合格,整個修理過程中主要控制了以下幾點:(1)對封頭需切割部位200mm范圍內(nèi)進行電加熱到150℃,按中1710mm尺寸做好標記線,氣割圖8更換的頂部法蘭結(jié)構(gòu)切下燒損的頂部法蘭與封頭殼體,對切割處的實際尺 Fig. changed structure of top flange寸進行測量,新制作的頂部法蘭按此實配加工,保證34化工設(shè)備與道第51卷第6期頂部法蘭與封頭連接處的尺寸一致,球封頭的坡口焊條進行350℃烘干,保溫2h,為了降低焊縫冷用砂輪機修磨成形,并將坡口及附近100mm以內(nèi)進卻速度,減少焊接接頭的淬硬傾向,防止焊接接行100%PT檢測無缺陷。組對時保證頂部法蘭中心頭產(chǎn)生裂紋,焊前預熱溫度200℃,預熱區(qū)的寬線與爐體中心線之間的允差小于6mm頂部法蘭化度200mm。為提高焊接接頭的冷卻速度,降低學成分、力學性能數(shù)據(jù)見表2、表3。熱影響區(qū)的過熱程度,細化焊接接頭各區(qū)的晶粒,(2)焊條選用日本神鋼產(chǎn)CM-A96MB,規(guī)格提高焊接接頭的沖擊韌性,焊接時采用了較小的中4.0mm、中5.0mm,焊條熔敷金屬的化學成分和規(guī)范,控制層間溫度≤300℃,并實施了連續(xù)不間斷力學性能見表4、表5,焊絲同樣選用日本神鋼產(chǎn)的焊接,焊接完畢后立即進行了350℃、保溫4h消tg-siC,規(guī)格中2.0mm,其化學成分見表4氫處理,防止焊接冷裂紋的產(chǎn)生。焊接工藝參數(shù)(3)為保證焊接質(zhì)量,施工處搭設(shè)防風雨棚,見表6表2頂部法蘭化學成分 Table 2 chemical composition of top flange%元素 Si MnP Cr Mo Si+ Mn技術(shù)要求0.10-0.200.50~1.00.30-0.80≤0.012≤0.011.0~1.500.40.65≤12質(zhì)保書0.10560.420.0060.000411.160.48表3頂部法蘭力學性能 Table mechanical properties of top flange試驗項目抗拉強度屈服強度屈服強度R沖擊功(AKV)斷后伸長斷面收縮 Max PWHT MPa室溫mpa室溫mpa425℃率A,%率,%室溫 Max PWHT室溫 Min PWHT-18℃ CMin PWHT技術(shù)要求≥485≥275≥199≥54≥20≥30質(zhì)保書600415365147、152、156134、137、13967、70、723379表4焊材化學成分 Table 4 chemical composition of welding consumables%牌號 Si Mn Cr Mo Ni Cu系數(shù)Cm-96B4.00.100.290.550.0120.0101.360.590.0400.200.00814.450.110.300.650.0090.0081.380.520.0400.200.00812.31tg-S1CM2.00.060.500.990.0070.0051.220.54/表5條力學性能 Table 5 mechanical properties ofelectrodes牌號抗拉強度屈服強度R427℃服強度R硬度值 MPa MPa MPa沖擊試驗( (HB) CM-A96MB C4.0585455420165139185151-154 CM-A96MB.0550425415175230182147-151表6焊接工藝參數(shù) Table6 process parameter of welding焊縫層次焊接方法焊材牌號焊材直徑mm焊接極性焊接電流/A焊接電壓/V焊接速度/(mms)12 GTAW TG-SICM2.0dcen12014013~141~2 SMAW CM-A96MB4.0EP160~18022~24233~焊滿 SMAW CM-A96MB5.0dce21024023~252~3(4)焊接完畢24h后進行了100%RT,按JB/T(5)無損檢測合格后,對整道焊縫進行了焊后4730.2—2005Ⅱ級驗收,100%UT,按JB/T473.3消應力熱處理,熱處理溫度680℃±20℃,保溫時間2005級驗收,100%MT,按JB/T4730.4200516h級驗收,均合格。(6)熱處理結(jié)束后,再次對焊縫進行了100%2014年12月韓冰,等氣化爐頂部燒損的現(xiàn)場修理35t、100%mt,分別按B/T4730.32005、JT年,說明修理工作成功,為今后壓力容器制造行業(yè)的4730.4—2005I級驗收,均合格。設(shè)備維修提供了寶貴的經(jīng)驗。(7)對施焊處按母材-熱影響區(qū)-焊縫-熱影響區(qū)母材取5處進行硬度檢測,每處測3點,結(jié)果為參考文獻HBW172~184,滿足焊縫硬度≤225HBW要求。1]相云新一代煤氣化技術(shù)簡介山東化工004,1(8)因設(shè)備在現(xiàn)場,考慮到盛水對支撐結(jié)構(gòu)的36-37.影響,最后對設(shè)備進行了氣壓試驗并合格。[2】易峰.德士古煤氣化爐的制造和檢驗]化工機械,201239(3):365-3685結(jié)束語3】王亞20Mmo,12cr-.m,2.5r-mo鋼的焊接焊接技術(shù),2004,3(6):54-56.通過檢測確定了氣化爐頂部燒損范圍,據(jù)此制【】才勝387g1CL2和SA387g22C2珠光體耐熱鋼的定了合理的返修方案并予以實施,利用更換頂部法蘭焊接[石油化工設(shè)備,201,406):67-70方式完成了氣化爐的修理。從外觀而言,保證了組對【5】孫佑志,高亮c.smo-si鋼重整反應器的制造壓偏差符合要求,頂部法蘭與球封頭實現(xiàn)了圓滑過渡力容器,2001,18(3):50-53.的連接,從焊縫內(nèi)部質(zhì)量而言,所有檢測一次合格。6】王祖芳,楊海林.臨氫設(shè)備用14 4CrIMoR鋼板性能研究壓力容器,1998,15(3):15-20.設(shè)備修理結(jié)束后,重新開車,目前已安全穩(wěn)定運行4 Onsite Repair of Destruction Occurred in Top of Gasifier HAN Bing, YE Dongmei (SINOPEC Nanjing Chemical Co., Chemical Machinery Plant, Nanjing 210048, China) Abstract: In this article, the destruction, which was resulted from the damage of inner insulator, occurred in coal gasifier was described. Based on the results of NDT, metallurgical examination and hardness test, the scope of destruction was determined. Then the repair plan, in which top flange is changed with larger diameter scope, was made and implemented, and the gasifier was recovered for normal operation. caminatic Key words: gasifier; destruction; examination; repair(上接第23頁) Optimum Design of Atmospheric Mixing Condenser LIU Jianying, WEI Shiying College of Resources and Environment, Chengdu University of Technology. Chengdu 610225, China) Abstract: Atmospheric mixing condenser is the key equipment in multi-effect evaporation system for obtaining vacuum condition. Its condensation effect fo steam at final stage is closely related to production efficiency. Based on the theories of fully condensing conditi g properties of nozzle, and with respect to enhancing vapor-liquid heat transfer and reducing fluid re on design plan of atmospheric mixing condenser was proposed, which has been applied to a ge evaporation vacuum salt system. The practical results showe ed that vacuum degree the entrance of condenser is increased from-0.086 MPa to-0.089 MPa, and the corresponding temperature decreased by C. It means that the effective temperature difference in the system is increased by 6 C, which results in significant at eneroy 11.1% and great energy efficiency. Meanwhile, in this article, the problems during the actual oper re analyzed, and then the corresponding countermeasure were proposed. Ke words: atmospheric mixing condenser; multi-effect evaporation vacuum; optimization design; atomization