水煤浆气化炉工艺烧嘴加工技术研究

工装与设备.2008年12用第6期天瑟每设备水煤浆气化炉工艺烧嘴加工技术研究首都航天机械公司邱友志摘要介绍了水煤浆气化炉工艺烧嘴主体材料的焊接技术难点，经过对焊接工艺的分析与实验，确定了完整的工艺方案和实施细则，研究了工艺烧嘴的装配工艺与工艺烧嘴冷却水盘管的成型工艺，进而解决了加工技术难题，填补了国内工艺烧嘴生产的空白。关键词工艺烧嘴焊接工艺装配工艺1引言制要求也非常严格。若装配整体尺寸及精度达不到图纸要求，就会对供应的水煤浆流量、氧气流量、水煤随着煤化I技术的不断发展，煤炭作为化工原料浆的雾化、烧嘴的火焰形状造成影响，直接影响整个的比重不断提高。煤气化所产生的合成气，成为氮肥、气化炉的工作。因此，整台工艺烧嘴组装后，需进行甲醇、二甲醚、醋酸等过去主要依赖石油化工产品的严格的装配尺寸和公差检查，并进行8~18 MPa液主要原料，该技术途径也成为国内目前煤化工的主要压及气密试验，完全合格后方可交付使用。项目。水煤浆加压气化技术由于气化炉压力高、煤种适应性宽、投资小，越来越受到煤气化行业的关注，2工艺烧嘴的焊接与装配工艺已经成为国内煤加压气化的主流。工艺烧嘴作为水煤浆加压气化技术的关键设备之一，目前国内在用的设2.1工艺烧嘴材料的焊接 技术难点分析备已超过300台。工艺烧嘴的主体材料为Inconel600 和UMCo-50该工艺烧嘴是由内、中、外喷嘴和盘管组成，烧(或GH188)，热导率低，线膨胀系数较大，焊接时嘴主体材料一般选用Inconel600 和UMCo-50 (或在熔池表面容易形成高熔点氧化物，且覆盖在熔池表GH188)。其中Inconel600合金是-种高Ni-Cr合金，面，使熔化的金属流动不充分，焊工难以有效地控制Ni和Cr的总含量超过70%，是标准的耐热、耐腐蚀熔池形态与大小，在焊接过程中产生的热量冷却后焊的工程材料，在高温环境和腐蚀环境中具有极好的抗缝处又会形成较大的拉应力，容易出现裂纹。氧化性能。UMCo-50 (或GH188)属于钴基合金材料，2.2工艺烧嘴的焊接工艺具有优异的抗高温氧化性能和耐磨性，该合金使用温由于没有接触过这两种材料，在承担该项任务度范围为650~1100C。 由于工艺烧嘴在1200~后，承制单位进行了一系列技术讨论和工艺研究，同1500C高温及腐蚀工艺气体中工作,材料的选择非常时对材料的加工性能和焊接性能进行了多次实验和重要，同时要有良好的冷却条件保证其长周期的连续验证，最终确定了完整的工艺方案和实施细则。工艺运行。烧嘴采用手工钨极氩弧焊,封底焊时采用背面充氩气工艺烧嘴也是一个高压构件，使用压力一般为保护，严格控制焊接的速度和熔池的深度。焊接坡口4~8MPao它上面五个管口全部是熔焊连接而成，由形式为I形坡q.用成型刀机械加工而成,钝边1.0~于使用条件的需要，对于装配、定位过程中尺寸的控1.5中国煤化工表面做100% p检CNMHG作齐简介:邱友志(1964-), 高级技师，机械制造专业;研究方向:弹头铆接装配.收稿日期: 208-11-2036工装与设备航天制造技术查，确认坡口表面无裂纹、夹渣等缺陷后，用丙酮清过程中保证组件的各项指标，组装过程中制作工装等洗施焊区域，除去施焊区域内的油迹、污水、记号笔方面均缺- -不可。印痕等，用无尘袋进行封存,在焊接前保护坡口的清如在加工和组合工艺烧嘴内、中、外喷嘴组件时洁性。焊接采用的焊丝为Ni82,直径02.5mm.焊前出现尺寸和位置公差不符合设计要求的情况,将会影用丙酮清洗干净。在每次焊接实施之前，对已有的焊响工艺烧嘴的最终技术状态。为了保证整台烧嘴的最缝表面用钢丝刷进行清理，除去脏物和氧化皮,保证终质量，我们制定了严格的工艺路线，层层把关，将两次焊缝之间的熔接质量。技术要求分解，从零件到组件，各项尺寸公差和位置焊接工件的设定预热: - -般不需预热，当环境温公差均在制定的范围之内，确保在组装工装的辅助度低于15'C时，应对接头两侧200~300mm范围内,下，满足整台设备的最终要求。预热到50~ 100C.预热后焊接参数选定在1=100~2.4工艺烧嘴加工装配工艺160A之间，电弧电压在U=14~22V之间选取，气体工艺烧嘴的整体要求是:安装长度(包括垫片)流量为5~ 10L/min,确保焊缝产生热量的数值,避免允差+2mm，垂直度全长允差1mm，同心度允差裂纹的生成。+0.5mm，方位角度允差t1.5mm。所以在制作装配工同时，由于Inconel600和UMCo-50 (或GH188)装时，我们制定的保证条件是:角度限位的方位偏差各自的焊接和相互的焊接变形量(主要是收缩量)有不大于+10',垂直度公差不大于+0.5mm,同心度公差差异，因此在零件的加工时要预留变形量，以保证组不大于+0.3mm.在工艺烧嘴的组装工装组焊、加工完合件的最终尺寸和加工量。成后，进行各方面数据的检测、校正，以达到图纸的2.3工艺烧嘴装配工艺技术难点分析要求。在工艺烧嘴整体装配时还要特别注意装配先后组装工艺烧嘴时，能否保证内、中、外喷嘴之间顺序的安排、整体高度、各个管接口的方位及预留量,的位置关系以及法兰盘相对于喷嘴的位置关系，将影并通过垫片对长度方向尺寸进行最终的微调。响到整台工艺烧嘴能否实现其使用功能。因此，在零典型的工艺烧嘴三层喷嘴的安装尺寸和要求如件加工过程中通过多种途径保证其尺寸及公差，焊接图1所示:0140.0139+0.013)里9图1典型 工艺烧嘴的头中国煤化工YHCNMHG内、中、外喷嘴之间公差要求很严，公差达不到GH188)材料非常坚硬，而且喷嘴的型面要求也比较要求会直接影响烧嘴的使用性能。UMCo-50 (或严格， 因此在加[时需要采用数控车床加工成型，通37工装与设备2008年12月第6期过抛光处理来达到表面粗糙度的要求，在零件加工完示。成后，通过X光检测合格，四氯化碳进行脱脂处理，才能进行后续的焊接和组装工作。2.5工艺烧嘴冷 却水盘管成型技术难点及工艺工艺烧嘴冷却水盘管的材料为Inconel600， 规格为34"Sch40的进口冷拔合金管，需要加工成如图2所示的螺旋状产品，用于工艺烧嘴处于高温工艺气体部分的热保护，加工工艺非常复杂，整体成型很难实现。过去进口工艺烧嘴上使用的盘管分三段加工，两段焊接而成，由于焊接的性能直接影响到产品的结构、强度以及寿命，设计方提出整体加工成型的要求。我们首先做了试件，了解该材料在各种温度情况下的弯曲性能及变形情况。最终采取的方案是:用细沙充满管子并振动充实，管口焊接封死，然后采取冷弯局图3一次成型的盘管产品部成型后再热弯整体成型，盘管的整体- -次成型，减少了焊接的接头数量，提高了其产品结构的稳定性与3结束语强度，使产品的耐用性增强。在弯制过程中，- -要控制好加热温度，二要掌握好弯制速度，避免管材的过通过系列的工艺攻关及试验，承制方攻克了气化大变形和减薄量。炉工艺烧嘴特殊合金材料的加工、焊接、盘管、装配等加工技术难题。产品成功应用于国内某企业的水煤104浆加压气化国产化装置，各项指标均达到了设计要汇求，为水煤浆加压气化的国产化做出贡献。随后，我们继续承接了多套工艺烧嘴的生产任务，其制造质量和工作性能以及稳定性得到了用户的充分认可。该烧嘴的国产化研制成功后，大幅降低了生产成本，为提高生产厂家最终产品的竞争能力奠定了基础。参考文献1681贺永德.现代煤化工技术手册.化学工业出版社，2004图2工 艺烧嘴盘管示意图2刘孝第等.水煤浆气化炉工艺烧嘴有关问题的探讨.中国氮肥工业协会技术委员会年会文集，2008经实践摸索，在550°C温度下材料弯曲性能最理3刘孝第等.水煤浆气化炉烧嘴.第25届全国氮肥厂技改交流年会文集，想，当温度超过650"C时，弯曲后经着色检测，在管2007子表面发现存在很多渗透性裂纹。因此,经分析得出，在500~600C温度下热弯后管子表面质量良好,没有发现渗透性裂纹，成型效果良好，成型产品如图3所中国煤化工MYHCNMHG38