大型气化炉制造技术

26石油工程建设2007年6月.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)摘要: 气化炉是煤化工的核心设备，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了一台侧壁4个烧嘴对置式新型气化炉，该气化炉是目前国内同类产品中最大的气化炉。文章介绍了该气化炉的结构、技术特性及制造技术要求，阐述了其制造工艺、关键技术和质量保证措施，包括筒体成型、机加工、组装焊接、热处理、组件二次加工及精密检测等。通过采取一系列工艺措施，实现了气化炉的各项设计指标，保证了产品的制造精度，气化炉一次投料成功。关键词:气化炉;制造工艺;精度控制中图分类号: TE963文献标识码: B文章编号: 1001- -2206 (2007) 03- 0026-05发展煤化工是缓解国家能源紧张的重要途径之备用燃烧器法兰-一，气化炉是煤化工的核心设备，在引进德士古等球封头-国外技术的同时，国内开发了4个烧嘴对置式新型燃烧器法兰丹气化炉，形成了具有自主知识产权的技术，大庆油燃烧器简节田金属结构厂与哈尔滨锅炉厂合作，为某大型石化燃烧室企业制造了一台目前国内同类产品中最大的气化D3400|82炉，该气化炉现已投人运行。托砖盘简节1产品结构及技术特性岛|该气化炉炉壳由燃烧室、激冷室、顶部备用烧激冷室82+4D3392如|嘴、4个对置侧壁烧嘴、托砖盘等部件组成。燃烧室内径3 400 mm,材质SA387G.11.CL2,厚度82 mm,锥封头简节E激冷室内径为3 392 mm，材质SA387Gr.11.CL2+316L,复合板厚(82+4) mm。设备总质量199.7t,为第3类压力容器，设计压力为4.8 MPa,工作压圈1气化炉结构示意力4.0 MPa。2主要制造技术要求气化炉其他技术参数见表1,结构见图1。该设备不仅具有一般气化炉的制造难度,如表1气化炉技术参数SA387Gr.11.CL2低合金耐热钢(厚82 mm)加316L超低碳不锈钢(厚4mm)复合板的焊接、锥项目燃饶室.体成型和整体热处理等，且采用对置式燃烧器,所壳体设计温度/C425250以对燃烧器的方位、管口方位和密封面等加工精度壳体工作温度/C提出了更高的要求，具体要求如下:工作介质高温煤气、溶渣|煤气、 溶渣、黑水腐蚀余量/mm6(1) 4个侧壁烧嘴法兰的轴线应处于同一平面，焊接接头系数1.0偏差不大于2 mm; 4个侧壁烧嘴法兰沿圆周均布;每全容积/m’42.5两个相对的侧壁烧嘴法兰同轴度偏差不大于3 mm;保温层厚度/mm100安装后法兰面与轴线的垂直度不大于1 mm;法充水后质量/kg386 195兰轴线与壳体轴线的垂直度不大于2 mm。第33卷第3期官云胜等:大型气化炉制造技术27(2)顶部烧嘴安装法兰与壳体的同轴度偏差不。件结构如图 2所示。大于5mm,法兰与轴线的垂直度不大于3mm。燃绕器法兰(3)液位计两接管距离允差为+1.5 mm;通过两接管中心垂线的间距不大于1.5mm;法兰面的24-M48x3密封槽垂直度公差不大于0.5%。(4)托砖盘上托砖板水平度偏差不大于8mm。D34003制造工艺及质量保证措施3.1成型圈2球封头组焊件结构示意激冷室筒体规格为3 392 mmx (82+4) mm,3.2.2燃烧器筒节材质SA387Gr.11.CL2+ 316L,复合板为正火+回火在该筒节的同一标高处周向均匀布置4个主燃状态供货，不允许热成型，因奥氏体不锈钢的敏化烧器，对其法兰精度提出了很高要求，是该设备制温度在450 ~ 850C,为提高材料塑性，防止厚板卷造关键控制点。燃烧器法兰单个零件加工时，由于制脆性，故采用150-200 C卷制成型的方法。锥封头的大口直径为3392 mm，下口直径为其密封形式采用八角垫结构，为了保证尺寸精度，1575 mm，材质SA387Gr.11.CL2+ 316L，厚度密封面及法兰内孔留二次机加工余量，八角槽暂不(84+4) mm，高度1 580 mm。将锥体按展开尺寸加工，待与简节组装焊接及中间热处理后,再二次分4等份下料，在直边和高度方向各预留50 mm加工燃烧器法兰密封面及八角槽(与八角垫配合加的单边余量，在压力机上压型,并用径向和弧向样工)，并同时加工法兰内孔，采用加工中心设备一板检验，同时检验对角线翘曲，合格后对直边进行次镗加工完成，以保证两对应燃烧器法兰的同心度要求。二次切割，上下直口待机加工，组焊后在滚板机上简节上、下端口采用机加工，先加工成平口并进行校型，压制校型温度为150 ~ 200 C。采用上述方法可以保证简节和锥体椭圆度留有加工余量，保证单节简节平行和垂直度。在简≤5mm,使不锈钢复合层对口错边量≤2mm,棱节上内外端部及开孔中心画出0°，90°， 180°,270方位基准线。在开孔前焊接具有足够刚度的防角度≤3 mm,满足技术要求。变形环，见图3,防变形环在法兰和简节组件焊接3.2 尺寸精度控制措施为保证关键尺寸的精度，必须采用二次机加工完毕并经中间热处理消除应力后方可拆除。的方法并配合必要的检测手段。备用燃烧器法兰与. 防变形环球封头组焊件、4个燃烧器法兰与简节组焊件、锥16-M33x3密封槽型托砖盘与简节组焊件、锥封头与大法兰组焊件均需进行二次加工。按以下顺序进行施工:燃烧器法简节D3 400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。燃烧器法兰3.2.1备用烧嘴法兰与球封头组焊件圈3燃烧器简节结构示意球封头上有一备用燃烧器法兰，为保证备用燃法兰装配时采用定位导向块和光学测微准直烧器的精度，需要控制焊接变形和应力的影响，在望 远镜测量配合进行，保证每两个相对应的法兰燃烧器法兰的内孔和密封面各留出5mm的加工余中心重合，其偏差不大于1.5 mm。在简节4个燃量，先将法兰与封头进行组焊，在焊接时采取整体烧器法兰中心线所在的测量截面上用定心器定出加热方式，保证焊接过程温度的均匀- -致，采用对中心点，然后用测微准直望远镜利用已定出的两称焊接，控制变形和应力。在焊接完成并检测合格中心点建立简节组件中心基准线。利用直角头.后，进行中间热处理以消除应力、稳定形状，热处(或经纬仪)在简节4个燃烧器法兰中心线所组成理后对密封面进行机械加工，这样既消除了焊接变的平面位置建立一个与筒节中心线垂直的回扫测形和应力的影响，又保证了加工精度。球封头组焊量平面，测量4个燃烧器法兰内孔相对于回扫测28石油工程建设2007年6月量平面的偏差值，4个燃烧器法兰内孔中心最大偏4 mm (复合板),为此选择了窄坡口埋弧焊为主、差值即为平面度偏差。各燃烧器法兰里侧内孔中心手工电弧焊为辅的焊接工艺。这种方法既有较高的与外侧端面内孔中心的偏差即为垂直度偏差,测量生产效率，又能满足厚板容器的焊接质量要求。采原理见图4。用U+V的坡口型式，可以减少工人在容器内部高t+ -四nA温环境下工作的时间，具体坡口型式见图5。对于Oφ3B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),测徽准直望远镜经纬仪可在基层焊接工作完成后进行探伤检验，既能保证七叫里焊接质量，又便于焊缝返修,坡口见图6。-659内表面串.1118]圈4形位精度检测原理示意完成焊接并在组件中间热处理后拆除防变形工2装，利用机加工中心- -次装卡，加工坡口,镗加工4个燃烧器法兰密封面，包括八角槽及法兰内璧圈5 A、 B类焊缱坡口等，保证两对燃烧器法兰同心度和平面度的要求。3.2.3锥型托砖盘与筒 节组焊件-650该筒节带有不锈钢托砖盘，锥形托砖盘下端有的学4 7法兰与下降管相连，将法兰中心与简节中心的同轴度和法兰密封面与简节轴线的垂直度作为控制重>&点。筒节找正后，将上、下端口机加工成直口，控制和保证端口和简体轴线的垂直度，并在两端留出t R100*加工余量。在简体内外均需划出0°、90°、 180°、圈6复合板部分A、B类焊缱坡口270方位线，并划出开孔的中心线、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SA387Gr.11.CL2焊接时存在冷裂纹倾向，需工，保证顺利装配。法兰组装焊接时内孔和密封面采取预热、控制层间温度和后热工艺措施。厚板材均留出二次加工余量，利用定心器和光学准直望远料的焊前预接、焊后消氢及热处理是防止焊接裂纹镜配合测量法兰密封面和简节端面的平行度及两轴的重要工艺措施，该焊缝易产生冷裂纹。防止冷裂线的同轴度，点固焊接并在组焊件中间热处理后,纹常采用提高预热温度及焊接线能量的方法，但预一次装卡加工密封面、八角槽并进行攻丝。热温度及焊接线能量过高会导致焊缝金属晶粒粗3.2.4锥封头和大法 兰组焊件大，造成热影响区脆化，接头韧性得不到保证。通锥封头与法兰的同轴度是控制重点。锥封头与过试验，确定了预热温度≥150 (基材),层间法兰分别进行机加工，锥封头找正，大口加工成直温度控制在300 C以内，焊后立即进行300~350 C口并留有加工余量，小口直接加工到位;法兰焊接消氢处理。过渡层因是异种钢焊接，经试验确定其坡口并加工到位，密封面留有加工余量,螺栓孔先预热温度≥120 C,层间温度不超过200%。复层不加工。以锥封头大口和法兰密封面及外圆为基准(耐蚀层)焊接不预热，层间温度应低于150 C。进行测量和组装焊接,所有焊接工作完成并进行中因材料的焊接性较差，简体较厚，制造周期较间热处理后，机加工法兰密封面、钻螺栓孔、车锥长，为防止焊缝产生延迟裂纹及焊接变形，减少不封头坡口，待组装。锈钢过渡层焊接时熔合区及热影响区的淬硬程度,3.3 焊接基材焊完后立即进行中间热处理( ≤300 C升温速气化炉主体材质的厚度为82 mm、82 mm +度为50C/h),以提高接头的综合力学性能和高温第33卷第3期官云胜等:大型气化炉制造技术29蠕变强度及组织的稳定性，降低焊缝和热影响区的方式，热处理炉加热采用远红外电加热方式,除了硬度。焊接顺序为:手工电弧焊(内侧) - →窄坡口炉内气氛测温热电偶外，还在容器壳体的不同位置埋弧自动焊(外侧) - +手工电弧焊(- -层过渡层)设置多支热电偶，炉内温度采用自动电控，保证入一+手工电弧焊(两层复层)。主要焊接材料和焊接炉温度、升温速度、恒温时间、降温速度和出炉温方法见表2,主体焊缝焊接工艺参数见表3。度满足要求，部件和整体热处理曲线见图7、图8。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及规格焊材标准|(630+15) CAWS A5.23≤50 Ch煤丝: ETC AS2CrMol$4.0F8P2- EB2-B2SA387Gr.手工焊+早剂: ETC FX76B保温1.67h11.CL2埋弧焊AWS A5.5'≤300C≤300 C空冷焊条: ETC PH KV54.0,$5.0E8016-B2SA387Gr.焊条: WEL E309MoLφ3.2AWSA5.4时间h11.CL2+(过渡层)316L手工焊圈7部件热处理曲战WEL E316L中4.0 (耐蚀层)AWS A5.4(复合层)650~680焊条: ETC PH KV5手工焊.Aws A5.5≤50 CaK≤50ChSA182F.中3.2,中4.4, φ5.0保温3.5h11.CL2≤300C焊条: WEL E309MoLp3.2+耐蚀层圈8整体热处理曲线良3主体焊缱焊接工艺参敷层次焊材规焊接电焊接电焊接速度/焊丝伸出3.6无损检测(1)所有A、B、C、D类焊縫坡口、焊缝表方法格/mm|流/A压/V| (mm'min-)| 长 度/mm面及碳钢表面都进行100%磁粉探伤检测，按照JB.0| 160-190 23-27手工电基层.0| 200- -240 24~-284730- 1994《压力容器无损检测》标准(以下均按弧焊过渡层3.2| 100-120 22-24 240-260该标准)I级合格;不锈钢表面进行100%渗透检耐蚀层 4.0| 130-150 | 23-25260-280测，I级合格。修磨处和工装卡具去除后容器表面埋弧焊4.0 560-590 29-31 450-48030-35也按上述标准执行。水压试验后进行复验。3.4总装工序(2)堆焊层表面进行100%渗透检测，I 级合球封头和带燃烧器简节二次加工完成后与燃烧格， 待堆焊层表面进行100%磁粉探伤检测，I级室其余3节简体组装焊接,完成整个燃烧室壳体的合格。施工，进行划线和开孔接管组装焊接。(3)所有A、B类焊缝都进行100%X射线检激冷室最上节即带托砖盘筒节与锥封头和大法测， I级合格，并进行100%超声波复验，I级合兰组件二次加工完成后与激冷室其余3节组装焊格。接，完成整个激冷室壳体的施工，进行划线和开孔(4)所有角焊缝采用全焊透结构，内径大于接管组装焊接。200 mm的接管角焊缝进行100%超声波检验，I在简节组对过程中采用定心器和光学准直望远级合格。镜配合,控制简节间同轴度，完成上、下两大部分3.7 水压试验环焊缝焊接、容器内件组装焊接和容器整体热处理。水压试验时，应控制水中氯离子含量不超过3.5热处理25mg/L,水压试验前，复合板表面需清除污垢并热处理采用部件热处理和整体热处理相结合的做酸洗钝化处理，对钝化膜进行蓝点检查。30石油工程建设2007年6月沉井法工作坑在长输管道顶管施工中的应用衣国辉(中国石油天然气管道局第-分公司, 河北廊坊065000)摘要:顶管穿越公路、铁路在长输管道施工中得到越来越广泛的应用，尤其是地下水丰富、工作面狭窄地段的公路、铁路穿越，其顶管工作坑的要求相对较严格，广东LNG站线项目输气.干线6标段穿越工程，因地处城市管网与江南水网地段，故选用沉井作为顶管作业坑，在沉井内进行管道顶管和焊接作业。文章以该工程为例，介绍了沉井的工艺原理、技术参数、施工流程、技术要点及安全环保措施，分析了沉井下沉过程中的异常情况，提出了预防和处理方法。关键词:管道施工;穿越公路;沉井制作中图分类号: TE973.4文献标识码: B文章编号: 1001-2206 (2007) 03-0030-040引言广东LNG站线项目输气干线工程6标段文登沉井是深基础施工的一种常见方法，也是深基路管涵穿越工程位于广东省佛山市顺德区，此段线础工程的- -种结构形式，其作法是将位于地下一定路的施工特点为典型的城市管网加江南水网地段，深度的建筑物基础或构筑物先在地面制作，形成一管道在文登路的非机动车道内敷设，紧靠文登河，个简状结构，然后从筒内不断挖土，借助井体自重地下水丰富，且流砂、管涌较严重。此段管道多次而逐步下沉，下沉到设计标高后，进行封底。沉井穿越文登路非机动车道下的涵洞，涵洞穿越处管道也可以用于长输管道顶管工作坑，沉井形成后,在埋深达8m左右。根据该地段施工现场作业面窄、沉井内进行顶管操作，沉井在顶管施工中具有独特穿越管涵处深、地下水位高、无法进行大开挖的实的优点:占地面积小，隔水性能好，能够防止作业际情况，结合我公司以往的施工经验，经过反复研坑内渗水，给顶管施工提供了有力的后背支撑力,究，决定采用沉井进行顶管作业坑的施工。此方法同时也给顶管、焊接施I提供了安全可靠的施工作取得了成功，有力地保证了顶管施工的整体进度。业空间。不需要支护结构，与大开挖相比，具有挖1工艺原理土量少，对邻近建筑物影响较小等特点。顶管施工需要可操作、安全的施工环境。采用4结柬语定，该大型气化炉的成功制造,为我国自主进行大采用可靠的焊接工艺解决了SA387Gr.11.CL2+型煤气化技术的应用奠定了基础，为新型气化炉国316L厚壁复合板的焊接问题，通过采取关键部件产化的推广开辟了广泛的前景。二次加工和精密检测相结合及中间热处理等一系列参考文献工艺措施，成功地实现了气化炉的各项设计指标，[]曾乐.现代焊接技术手册[M].上海:上海科学技术出版社,1993.保证了产品的制造精度，确保了产品结构的几何尺[2] 李国继，王连峰，刘霞厚壁复合板SA387G.11.CL2/304L简体的冷成型I.压力容器，200,(5); 41-43.寸和形位公差,为同类产品制造积累了经验。2005年7月21日，国家“十五”863重大课题“多喷作者简介:官云胜(1965-). 男，山东郓城人，高级工程嘴对置式水煤浆气化技术工业示范装置及配套工师，1990年毕业于哈尔滨工业大学机械系，硕士研究生，程”，一次投料成功，投产当年即达到设计产量，现从事压力容器制造工艺技术工作。表现出了良好运行性能和先进工艺指标。2006 年1收稿日期: 2006-07-24; 修回日期: 2007-04-10