IGCC气化炉的质量控制及评价

第48卷第3期化工设备与管道Vol. 48 No. 32011年6月.PROCESS EQUIPMENT & PIPINGJun. 2011IGCC气化炉的质量控制及评价李熳，张俭(上海锅炉厂有限公司，上海200245)摘要: 以某缲色煤电250 MW ICCC气化炉设备为实践对象,对生产全过程的质量控制手段及结果进行详细的分析,对ICCC气化炉的质量控制进行理论上的研究与实践上的探讨,对类似项目的质量控制总结了经验。关键词: IGCC;气化炉; 质量控制;质量评价; 关键工序中團分类号:TQ 054;TH 162*.1文献标识码: A文章编号: 1009-3281 (2011)03-0024-05Quality Control for IGCC GasifierLI Man，ZHANG Jian(Shanghai Boiler Works, Lud, Shanghai 200245, China)Abstract: With the example of 250 MW ICCC gasifier used in Tianjn green coal power project, the quality control procedure and theresult for whole production process were analyzed, and theoretically and practically, the quality control of ICCC gasifier was discussedin this article. What presented herein can be referenced as the experience of the same project.Keywords: IGCC; gasifer ; quality control; quality evaluation; key process整体煤气化联合循环( Inegrated Coal Gasifica-化岛部分煤气化中的关键设备是实现煤粉加压气化tion Combined Cycle ,简称ICCC),它综合利用了煤.的核心设备,包括气化段、气返室导管段和煤气冷的气化和净化技术,较好地实现了煤化学能的梯级却段四个部件,见图1。所有内件与壳体组装后分4利用,使其成为高效和环保的发电技术,成为当今世部分出厂并负责工地组装,在现场组焊三条黄金焊界能源关注的-一个热点,它将逐步取代现有的汽轮缝(“黄金焊缝"的定义:压力容器壳体上不能进行机电站,成为火电动力的主要发展方向。IGCC 是真水压试验的B类焊接接头)。.正意义上的叮持续发展的洁净煤发电技术,是未来又90040 .燃煤发电技术的发展方向"。气体返向室在新形势下.上海锅炉厂有限公司(以下简称.I煤气导箐“上锅")提出了加快新型煤化工产业步伐的战略规制冷段划。华能绿色煤电天津IGCC电站气化炉设备是上冷却器锅承制的第一台IGCC气化炉产品,本文以该项目气化段为实践对象,对生产全过程的质量控制手段及结果进行详细的分析,对IGCC气化炉质量管理与控制口4000口36 100进行理论.上的研究与实践上的探讨,以达到提高该10 000类产品的质量及产品的可靠性的目的,为上锅对类中国煤化工构似项目的质量控制总结了经验。MHCNMHG收稿日期:201103-031 IGCC 气化炉结构与特性作者简介:李嫂(1983- -),女.湖北襄阳人.工程师。主要从事国内上锅承制的气化炉设备,即ICCC项目中的气外锅妒和化工容器的质址检测和质赣控制的技术工作。2011年6月李媛,等. IGCC气化炉的质量控制及评价●25●气化炉关键设备壳体/内件设计压力:4.60/水压试验。 该设备结构紧凑、压力高,安装后出现故7.30 MPa;壳体/内件设计温度:380/338 C ;壳体/内障将会不易维修.并且会造成巨大损失,因此,对气件最高工作压力:3.1/6. 19 MPa;壳体/内件最高(低)化炉的可靠性要求特别高，必须在各个环节均要严工作温度:365 (261 )/278(275)C ;壳体/内件工作介格控制质量,严把质量关,保证产品质量的可靠性。质:煤气、氮气V水蒸气、水;壳体最大内径φ4 630 mm;2 IGCC气化炉的质量控制壳体壁厚90/85/80/65/60 mm;壳体长(高)45 230mm;壳体容积:987 m' ;壳体总质量959 t。2.1 IGCC 气化炉的关键质量控制点分析该气化炉为超大超重三类压力容器,无法整体结合ICCC气化炉的制造特点,归纳了对IGCC.出厂,必须分段运往工地后再在现场组装。由于含气化炉进行质量控制的具体内容,并利用鱼骨图,对有内件以及该设备超大超高,在工地组装后无法进IGCC气化炉的关键质量控制点内容进行了分解,如行水压试验和气压试验,各分段必须在厂内单独做图2[23]。原材料质量光谱检验焊接质量|外协件质量| 无损检测材料标识焊接工艺检测工艺光谱设备,产品验收材料代用焊接设备检测要求。 材料复验光谱人员技能焊接材料。 技术交底检测设备抽查比例焊工技能供方评定钢厂证明书人员资质关键质量控制点对接错边试验报告1热处理准备实验用水 .检验标准划线尺寸实验前准备试样代表性装炉检验检测方案坡口尺寸保压时间装配基准试验项目。 过程检验利量设备水压过程检验。抽查比例热处理后检验装配质量理化试验、 产品试样热处理质量几何尺寸水压试验|图2关键质 控制点分解2.2 IGCC 气化炉关键质量控制改进措施序,按合同及标准要求对原材料进行化学分析、无损2.2.1原材料的质量控制检测、力学性能、尺寸及表面质量复验。对内件中批IGCC气化炉壳体的主体材料为SA387Crl 1C2量大的弯头和多通等锻件,对几何尺寸、通球、表面板材、SA182F11C2、SA336F11CI2、NO.8825锻件、质量等采取源地验收的方法,从而保证产品的质量25Cr2MoVA螺柱、30CrMoA螺母等牌号;内件的主和缩短人厂复验周期。体材料为13CrMo45 、12Crl MoVG、SA336-F22CI3、(3)材料标识:对实物的材料牌号,人厂复验号SA240-304、UNS N08825等牌号;焊接材料主要有等进行标记移植。材料标识必须按照规程进行,保SA387Gr11CI2钢板对接焊.镍基堆焊(包括焊带)、证准确、清楚.完整。不锈钢堆焊(包括焊带)、SA182F11C12对接等焊接(4)材料代用:若有材料代用，均需经设计.工材料。原材料的质量从以下方面加强控制:艺等部门会签同意的材料代用单。(1)原材料钢厂证明书:人厂验收时必须按合2.2.中国煤化工同及标准要求对原材料质量证明书(含焊材)进行MHCNMHGq锥体组成，其特审核。点是直径大,并且接管多达二百多只。部分简体、锥(2)材料复验:根据公司人厂验收质量管理程体、封头和接管要求镍基和不锈钢堆焊,内件的结构化工设备与管道第48卷第3期较复杂总体尺寸难以控制,因此对于装配质量需要(1)内件试样:对产品内件的集箱环缝,在同钢进行严格的控制。号、同焊接材料、同焊接L艺同热处理设备和规范的(1) 在生产过程中,严格按照标准要求控制零情况下,每批做焊接接头数1%的模拟检查试件;集件坡口形状、尺寸、对接焊缝的错位、划线尺寸(包箱上管接头的角焊缝.按管接头分为壁厚大于6 mm括基准线)等要素。和不大于6mm两种,对每种管接头,设置0.5%的模(2)为确保最终装配尺寸满足图纸.工艺及技拟角焊缝检查试件;受热面管子的对接接头在同钢术要求规定,对部分空间尺寸、主要关键部件尺寸偏号、同焊接材料.同焊接L艺、同热处理设备和规范的差,借助瑞士徕卡TDA5005智能型工业测量全站仪情况下,按接头数0.5%设置模拟检查试件,并按有关进行精密的监控。要求进行拉伸(冲击、弯曲)、硬度、金相检验等试验,2.2.3焊接质量控制试验结果需满足工艺规程及技术条件要求。ICCC气化炉壳体主体材料是Cr-Mo钢,A类焊缝(2)壳体试样:壳体封头母材,简体A类B类，多达68条,B类焊缝多达30条,D类焊缝多达265条，封头A类及接管B类(DN≥150mm)的焊缝随炉试焊接时为防止裂纹的产生,必须严格控制焊接质量。样按相关技术要求进行拉伸、冲击、弯曲、硬度、化学(1)焊工技能:施焊焊T应由具有熟练操作技能，分析等试验,试验结果按工艺规程及技术条件要求具有丰富的同类材料焊接经验,并通过焊工考试的持评定。在产品实物上对所有Cr-Mo 钢A、B、D类焊证焊工担任。所用焊材牌号、规格等符合工艺文件的缝,热影响区打硬度;对堆焊层、Cr-Mo钢A.B、D类要求。施焊过程中除由作业人员自检外，检验人员在焊缝在实物上进行化学成分分析,并对堆焊层进行现场需要对施焊规范焊工资格、表面质量进行监控。铁素体含量测定,出具试验报告,试验分析结果按技(2)焊接设备:焊接设备必须调试合格且性能术条件要求评定。稳定、可靠,各项指标必须运行稳定可靠,必须满足2.2.5热处 理质量控制焊接工艺的要求。焊后热处理的目的是为了改善焊接接头的组织(3)焊接材料:严格控制焊丝焊条焊剂质量，和性能,消除残余应力,提高产品运行质量。因此，对用于气化炉焊接的焊丝、焊条焊剂入库前进行严热处理过程控制也是保证产品质量至关重要的环格检查,查验各焊材的规格牌号是否与技术要求-一节。具体控制环节如下:致,查验各焊材是否有合格的材质证书;对焊丝金热处理前,仔细核对所委托工件是否已经完成属、焊条的熔敷金属还需进行化学成分分析,确保焊所有规定的焊接工作,各工序是否经检验合格,相应丝、焊条的熔敷金属的化学成分符合要求;焊条、焊的工艺文件及交验单是否齐全,是否依据装炉规程剂在使用前必须按规定进行烘烤。进行热处理件的装炉;检查测温点的安装,热处理仪(4)加强工艺纪律检查:焊接前对待煤接面及表是否经计量合格并在有效期内,热电偶是否牢固、邻近区域表面缺陷、坡口尺寸.装配质量.预热温度数量是否满足工艺要求。进行严格控制;焊接过程中对焊T资格、预热、层间热处理过程中检查曲线记录是否正常,各类参温度焊接参数进行严格控制;堆焊时,为提高耐蚀数是否在热处理工艺规程要求内。热处理后检查工性能,按工艺要求对过渡层、面层焊接的焊接参数加件应无明显变形,表面无明显色差，环缝及角焊缝试强控制;加强对焊接后需消氨或中间热处理的控制。样的化学成分、力学性能需满足相应标准要求。(5)返工/退修:需要返工/退修时,检验员及时2.2.6光谱 质量控制开出“返工/退修通知单”,并严格按照返工/退修工光谱设备必须定期检查.光谱检验人员必须经艺规定监督检查,对返修位置做好定位记录,做好返过培训合格后才能卜岁对会全钢管子焊缝、连接工/退修检验记录,最终出具返修报告。件和中国煤化工混钢种现象。2.2.4理化试验 和产品试样质量控制2.2.YHCNMHG除对原材料进行化学分析.力学性能的理化试为提高检测工作的有效性和可靠性,在常规检验入厂复验外,还需对产品试样做如下控制。测的基础上,积极开展制造过程中现场检测技术的2011年6月李慢,等。ICCC气化炉的质量控制及评价●27●研究并加以应用,采用瑞士徕卡TDA5005智能型工水压试验按气化炉壳体、气体返向室.废热锅炉壳业测量全站仪,结合Metroln工业测量软件及变形体导管壳体4个组件分别进行,试验压力5. 75监测软件,组成Metro-TDA工业测量系统。系统以MPa、保压时间30 min;内件的集箱和受热面管子按空间前方交会和空间极坐标测量原理为理论基础,照图纸上规定的试验压力进行，稳压时间分别为不通过获取角度和距离信息得到目标点的空间三维坐小于5min和0.5min。标，再对测量数据及测量结果进行分析处理,获取被(3)水压过程检验:由检查员对压力表量程、校测物体的空间几何信息,同时依据设计给予的尺寸验期进行核对,并对试件的壁温、介质氯离子含量、要求,指导壳体和工地现场组装及实施过程检测。试验时的升降压速度、稳压时间等按技术条件进行2.2.8无损检测质 量控制严格控制。(1)人员资质:无损检测人员必须经培训、考核2.2. 10外协件 质量控制合格,持有有效的无损检测资格证并在资格证规定IGCC壳体部分的气化炉封头、气返室封头、锥的相应范围内进行无损检测;进行无损检测的人员体部分、接管锻件等,以及内件的镍基堆焊、水冷罩、必须有丰富的无损检测操作经验。渣冷却段盘管、缩口段盘管、返向室和导管段的水冷(2)检测设备:无损检测设备应满足产品无损检壁、大部分集箱等为外协加工。测要求,按规定周期或使用前对照有关标准进行调试(1)供方评定:为了提高公司的质量控制能力，和校准,使之在有效期内并处于完好状态下使用。确保外协产品质量,维护公司质量声誉,严格进行分(3)检测要求:本设备壳体的无损检测主要有供方评定。MT,UT,RT,PT4种方法,水冷壁管子和煤气冷却器(2)技术交底:必须签订分包技术协议,明确分蒸发器螺旋盘管对接焊口焊后进行100%RT(TV)包要求。技术部门事前进行技术交底，并应审核分检测(机械焊)或100% RT检测(手工焊),堆焊层包商的工艺方案.工艺评定及相关工艺文件。堆焊后对堆焊层厚度进行测量并对堆焊层进行PT(3)产品验收:公司应派强有力的监造人员对+UT检测;集箱环管道环焊缝焊接后进行100%MT分包产品进行监造,重点监督焊工资格、焊接过程、+ 100% RT检测,大口径管座(中内≥200 mm)焊接组装前尺寸、总体尺寸、焊缝表面质量及水压试验过后进行100% MT+ 100% UT检测;小口径管座焊接程;受压件产品质量证书报告必须附分包商锅炉压后进行100%MT。并且焊前、焊后、最终热处理后力容器制造许可证复印件、安全技术监督监检报告及水压试验后均有检测要求。及公司监造人员产品放行文件。(4)检测工艺:确保无损检测工艺符合ASME3 IGCC 气化炉的质量控制评价规范的相关要求。2.2.9水压试验 质量控制3.1质量控制记录水压试验是检测设备制造质量的最后- - 个关键为了使每个制造过程的质量得到控制,保证最环节,它是在设备整体制造完成、全部无损检测合格终质量,检查技术人员编制了检验试验计划,并编制后进行的最后一项检验,水压试验的目的是检验容了一套质量控制记录表(见表1),明确了检验和记器宏观强度和密封可靠性,也是压力容器设计、材录要点。料、制造质量的综合性检验。3.2 质量控制效果分析(1)试验用水:水压试验用水必须洁净,由于气(1)焊缝检测检验结果:化炉和冷却器的底部都衬有不锈钢复合板,为了避①内件对口焊RT一次合格率为97.1% ,具体免不锈钢复合层的腐蚀,水中氣离子含量必须不大统计结果如表2。于15μug/g;由于水温过低,会造成壳体材料的强度中国煤化工为100% ,被检焊降低,在水压试验过程中可能造成设备的脆性破坏，缝共HHCNMHG因而对水压试验用水必须保证水温不小于15 C。③壳体焊缝RT一次合格率为99. 6% ,具体统(2)试验压力与保压时间:ICCC气化炉外壳的计结果如表3。●28.化工设备与管追第48卷第3期.表1质量控制记录汇总表号ICCC完体IGCC内件ICCC内件与壳体组装1壳体 主要件材质控制主要件材质控制ICCC内件焊接控制2壳体封头尺 寸控制管f弯头圆度.减薄献控制无损检测控制3 ICCC 壳体焊接控制合金制材料光谱检查焊口尤损检测控制IcCC壳体烨接返修控制装配尺寸检在控制IGCC总装尺寸控制s ICCC 壳体热处理控制产品烨接记永控制内件端面与壳体简节端面基准尺寸控制6 IcCC 壳体水压试验控制产品热处理控制内件与压力容器外壳之间所有导向装置之间空隙的定位控制ICCC 壳体水压试验简壁的残余变形控制产品试样控制内件中心与压力容器外壳的中心的同心度控制无损检测控制水压试验控制IGCC内件几何尺寸检查控制IGCC 壳体产品试样控制通球要求控制受热面上的蔽击板与压力容器上的蔽击管口的同心度控制10 IGCC焊縫硬度控制焊口硬度控制11 ICCC 壳体焊缝化学成分控制焊n无损检测控制12 ICCC 壳体筒节尺寸控制镍基堆烨控制要求3 ICCC壳体装配尺寸检验控制煤油渗漏试验14 IGCC壳体外观质轴几何尺寸检查控制 煤油渗漏试验15接管几何尺 寸检查控制表2内件对口焊 RT统计结果2月3月4月6月7月9月总计被检焊口个数1 2481 2631047854872763975437 073返修个数31173:3620522207一-次合格窄,%98.997.598.495.997.494.795.41097.1表3壳体焊缝RT统计结果4结束语类别手⊥焊縫自动焊缝被检焊縫长度/mm 126 265.68395 366.82 521 632.5在首台IGCC气化炉的制造过程中,依据图纸、返修长度/ mm1 1402000标准、合同协议等技术要求对ICCC气化炉的制造一次合格率,%99.399.7质量进行了全面有效的控制，各类检验资料、检测手段、技术文件检验数据齐全,检验结论明确,产品质④壳体焊缝UT--次合格率为99.6%,具体统量符合图纸、CB 150- 98《钢制压力容器》《压力容计结果如表4。器安全技术监察规程》(99版)及相关技术条件要表4壳体焊缝UT统计结果求*。由于检验工作真正做到了凡事有章可循,凡手上焊缝事有据可查,凡事有人负责,凡事有人监督,使得被检焊缝长度/mm 185 185.28 281 400.52 466 585.9ICCC气化炉的制造全过程自始至终处于受控状态，返修长度/mm1 720211 935确保了产品的制造质量。但是,对IGCC产品质量99.199.999.6控制的研究,还有许多工作需要去完善和改进,我们按照公司质量目标,达到焊缝- -次合格率:手工将以该项目质量控制的经验为基础，不断完善质量焊不小于98. 2% ,机械焊不小于98. 2%;焊口一次控制方法以提高此类产品的可靠性。合格率:手工焊不小于92. 2%,机械焊不小于参考文献96.2%即为优等品。从检测结果来看,焊缝、焊口的[1] 李默. ICCC及多联产技术的发展现状及发展趋势[J].电站一次合格率都达到了优等的标准,可得出产品焊接系统I程,2010 ,26(2):70-71.质量控制效果良好的结论。[2] 龚云大型气化炉现场组装技术关键及质量控制[D].四川大学:动力工程.07.⑤焊缝MT/PT结果合格。(2)根据试样工艺卡设置产品试样,产品试样3]李玉华。 压力容器制造过程中几种常见问题及对策[J].辽宁化工2010(6) :665 667.报告结果为合格。[4]中国煤化工钢制压力容器[S]. 北.(3)水压试验:按照技术要求规定压力与保压5]CNMH G计方法的进展[].化时间进行水压试验,水压试验-次性通过。H(4)几何尺寸:产品最终尺寸控制在公差范围[6]黄敦谦. 机械工业质量骨理教材[M].北京:中国城市出版之内,检验结果为合格。社2003.