大型壳牌煤气化炉的制造与组装

第45卷第2期化工设备与管道VoL.45 No.2008年4月PROCESS EQUIPMENT & PIPINGApr. 2008大型壳牌煤气化炉的制造与组装李涛都吉哲王青(大连冰山集团金州重型机器有限公司,大连116100)摘要: 介绍了大型壳牌煤气化炉的结构特点、制造难点、霉部件制造、组焊工艺及现场组装方案。针对结构特点和制造难点阐述了相应的有效措施,并讨论了制造过程中的注意事项,供同类设备制造时参考。.关键词:大型壳牌煤气化炉;制造;组装中图分类号:TQ053.2文献标识码: A文章编号: 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壳牌的煤气化技术是当今世界煤技术发展的主流,具有超洁净、超高效的特点,近年来在我国发展气体返回章迅速,主要原理是将煤粉碎研磨成极细的干煤粉粒,p分两段运输喷入气化炉,通过水蒸气和氧气气化,经冷却生产出合成气。这种合成气可用于城市煤气、炼钢还原剂，输气管|或用于联合循环发电,也可作为生产化工产品和化起输肥、运输燃料、氢气等的原料。此技术的应用和推广将有助于我国解决能源紧张和环境污染问题。荆蓝壳牌煤气化技术的关键设备是壳牌煤气化炉。合成气冷却馨，分两段运输大连冰山集团金州重型机器有限公司(以下简称金重)在壳牌煤气化炉的制造上处于国内领先地位，运输2003年成功地制造出国内第1台壳牌煤气化炉,现已制造出7台。本文介绍其中某台的制造与组装工艺。1结构特点图1 设备简圉这台壳牌煤气化炉是国内某厂年产500 kt甲醇中国煤化工项目中的气化关键设备,金重负责该设备压力容器收稿CNMHG外壳的制造和内件的安装(内件由BPE提供)。其作者简小:子附(1,力,上住师。工女从事压力容器设计、审结构简图如图1所示,技术参数见表1。核及制造工艺编制工作。●36.化工设备与管道第45卷第2期表1技术参数管口的中心线为定位基准;气体返回室壳体上有21部件名称设计压力/MPa设计温度/心个接管以N52.1 ~ N52.4管口的中心线为定位基气化炉s.1/F.V350/-15准;合成气冷却器壳体上有97个接管以N55. 1 ~输气管5.1/ F.VN55. 4管口的中心线为定位基准。气体返回室5.1/F.V1.5 分段制造与组装合成气冷却器350/380/450/-15受运输条件的限制,设备壳体共分14段在金重介质壳体:合成气;内件:锅妒水/蒸汽厂内制造,其中气化炉7段,输气管1段,气体返回设备制造检验验收遵循下列技术规范:室2段,合成气冷却器2段,合成气冷却器裙座2《压力容器安全技术监察规程>99版段。分段发运到用户现场进行壳体的组装及内件的JB 4732-1995<钢制压力容器一分 析设计标准》安装。JB 4708- 2000< 钢制压力容器焊接工艺评定》2制造难点JB/T 4709- 2000<0 钢制压力容器焊接规程》HG 20584- -1998<《钢制化工容器制造技术要求》2.1防变形JB/T 4730- -2005《承压设备无损检测》由于设备壳体分多段进行制造与组装,为了保《气化关键设备压力容器制造和内件组装通用技术规定》证现场顺利组焊,在制造与运输过程中应采取适当这台壳牌煤气化炉具有如下结构特点。的措施防止壳体因组焊接管法兰、热处理、运输而发1.1尺寸大,吨位大生变形,保证壳体端面的圆度。将壳体错边量控制设备总长50.1 m,总重1 283 t, 各部件的尺寸在允许的范围内:纵向焊接接头的错边量不大于2及质量详见表2。mm ,环向焊接接头的错边量不大于3 mm。表2尺寸及质量2.2 防裂纹尺寸/mm质量/t设备壳体材料是中温抗氢钢,厚度大，在制造过DN 4630/ DN 3020 x 3090095程中应采取有效措施防止焊后产生氢致裂纹(冷裂DN 3020 x8904DN 3400 x960003纹)和邻近区域形成氢致应力腐蚀开裂。2.3接管定位精度高DN 3400 x40500490设备壳体上设有1个开工烧嘴、1个点火烧嘴、1.2 壳体厚、 锻件厚2个火焰观察口.4个煤粉烧嘴管口.58个振打器管设备壳体厚,锻件简体更厚,其材料及厚度详见口,这些管口关系到整个设备的正常运行,安装尺寸表3。精度非常高,在制造过程中应采用适宜的工装来保表3材料及厚度证其定位精度。名称材质厚度/mm2.4气体返回 室斜插管的组焊壳体SA 387F11 CL265/70/75/80/95气体返回室斜插管DN 1 870 mm x285 mm与SA 387 FII CL2 + N0882590+5主简体DN3400mmx210mm的组焊是整个设备SA 387 F11 CI2 +304L70+5的焊接难点,壳体厚、焊接量大,焊接条件恶劣,而且返回室主简体SA 336 FII CI2210必须保证45°角的精度在+0.1°范围内。返回室斜插管SA 336 FII CL22852.5轴线 平行度要求高接管法兰SA 182 FII CL2气化炉与合成气冷却器的轴线平行度应控制在1.3结构复杂,管口多土15mm范围内,这就要求预组装。设备由气化炉、输气管、气体返回室、合成气冷3零部件制造却器四大部分组成,由气化炉裙座及合成气冷却器裙座支撑整个设备,通过输气管和气体返回室完成3.1筒节的制造空中连接。设备壳体上共有225个管口。设备内安中国煤化工件最大规格为DN装250t内件。.4 630HCNMHGn,材料为SA3871.4接管定位基准线统一GR11 CL2 ,其制造工序如下:气化炉壳体.上有86个接管以N10.1~N10.8下料、气割;按简体排板图进行下料,考虑焊缝2008年4月李涛等.大型壳牌煤气化炉的制造与组装●37●收缩量和压头切割余量;三大黄金焊缝处的筒节长纵缝组焊:组对瓜瓣纵缝,检查错边量,不得超度方向应留有余量,以便焊接试水封头和水压试验过2 mm。检验合格后施焊。后切割封头。按照下料轮廓线采用火焰气割钢板。无损检测:对瓜瓣纵缝进行100%射线检测、压头、滚圆:在大三辊重型卷板机上中温压头并100%超声检测、100%磁粉检测.100%渗透检测。滚圆,用样板检查简节内侧曲率,保证气割余量后纵坡口加工:在大立车上配车顶部太阳圆及下部缝对接处错边量满足技术要求。瓜瓣的环缝坡口,坡口表面进行100%磁粉检测、纵缝组焊:气割切除合拢缝两侧直边部分,并用100%渗透检测。砂轮打磨纵缝坡口，纵缝坡口表面进行100%磁粉环缝组焊:组对太阳圆及瓜瓣的环缝，检查错边检测。纵缝组对时,应检查错边量不大于2 mm,检量,不得超过2 mm。检验合格后施焊。验合格后施焊。无损检测;对环缝进行100%射线检测、100%筒节校圆:在大三辊重型卷板机上校圆,保证简超声检测、100%磁粉检测100%渗透检测。节圆度满足技术要求。接管划线:划出球形封头端面坡口尺寸线和各无损检测:对筒节纵缝进行100%射线检测、个接管的位置线。100%超声检测、100%磁粉检测。坡口加工:在大立车.上加工球形封头端面环缝坡口加工:在大立车上加工筒节两端环缝坡口,坡口,坡口表面进行100%磁粉检测,100%渗透检坡口表面进行100%磁粉检测。测。筒节待组焊。管孔加工:上镗床加工球形封头上各管孔。坡.2 封头的制造口表面进行100%磁粉检测100%渗透检测。设备壳体共有2个球形封头,最大规格为SR封头待组焊。2322.5 870 mm +5 mm,材料为SA 387 GR11 CI2 +3.3锻件的制造N08825。由于尺寸较大，采用先冷压成形后拼接的设备壳体有2个主简体锻件和1个斜插管锻方法制造,钢板厚度不用考虑减薄量。件,直接外购成品回厂;另外还有560个接管法兰锻下料、气割:将球形封头分为顶部太阳圆和下件,外购锻坯回厂进行机加工。部6片瓜瓣两大部分下料,打磨瓜瓣纵缝坡口,并4零部件组焊100%磁粉检测。冲压成型:利用胎具冲压成型,成形后预装封头零部件制造完后,气化炉、输气管、气体返回室、各瓜瓣。合成气冷却器四大压力容器壳体部件按照运输分段无损检测:对太阳圆和瓜瓣内表面进行100%进行组焊,工艺流程图见图2。超声检测,以检测成型后复合表面结合是否良好。气化炉壳体1国焊亮体环过一→[环楚无都检润→+管孔号线了→[管孔加工一→组焊接普法当}→[焊镜无根检测分股杭发型一→焊链无根检利兖体预组装分七段包装运输]输气管壳体2围焊克体年缝了→环疑无损检间管礼号线一→管礼加工一→组撑接管出约→[理连无报检对整牛热发理一→坦领无据检间一水匠图了→使秒发里一图样电中网一面火村星施工→[国焊内件}+区便无都拉间可缝局露熟规图→+医体包英之明气体返回室壳体3国焊充体可→环境无都检间管孔号线}→一重孔加工]一回理主青体与科行一座速无根性测一国焊修管闫→一雇是无桥检间一(分技热观图一个坪缝无部检用一→分两吸包装之输]合威气冷却器尧体中国煤化工4国焊竞体环巷环建无招检用→[管孔号线一+[管孔加工一国焊接管法兰]-焊精无桥枪YHCNMHG图2厂内组焊工艺流程图●38●化工设备与管道第45卷第2期气化炉壳体从下到上分7段进行组焊,第1段主简体单面坡口,焊接工艺采用手工电弧焊,多排工是裙座及封头,第2~6段是简体,第7段是简体及装同时火焰预热,多名焊工同时对称施焊。采用定锥体。输气管壳体整体进行组焊。气体返回室壳体点标记法、刚性固定法、过程控制法,利用样板、工装分左、右两段进行组焊。第1段是DN 3 020 mm短来保证45°角的精度。焊前焊中、焊后分别测量,节及锥体,第2段是主简体及斜插管。合成气冷却焊接过程中如有变更,及时调整焊接量,尽量减小偏器壳体分上、下两段进行组焊。差。壳体环缝组对时应检查错边量,不得超过3 mm,检验合格后方可进行施焊。各段壳体管口开孔号线时,应统-一以基准线为基准,气化炉以N10. 1 ~NI0.8管口中心线为基准，线,气体返回室以N52.1 ~ N52.4管口中心线为基准线，合成气冷却器以N55.1 ~ N55.4管口中心线，主筒体、 45为基准线。气割预开孔后,在大型镗床上分别加工各段壳体的管孔坡口,坡口表面进行100%磁粉检斜插管测。组焊接管法兰时,每段简体两端各点焊-一个环形内撑胎(详见图3),让筒体周向均匀受力,防止筒285 1870↓体在组焊接管法兰时发生变形。环形内撑胎制作时应与壳体逐- -进行配制。图4气体返 回室斜插管组焊20X 45°Q235-A气化炉的7段壳体必须预组装,并且作好组对标记,便于现场顺利组装。设备壳体共分12段进行消除应力热处理(合H DN-44 1注: DN是指壳成气冷却器裙座除外)。开口简体两端采用环形内堆焊壳体母材焊材撑胎防止热处理变形。热处理时利用经定期校正的/ 10段均布自动记录仪记录加热曲线,严格控制热处理温度和恒温时间,以免热处理工件产生增碳或脱碳现象。--经铬钼钢容器在焊接前焊接时焊接后、热处理前热处理后、水压试验前、水压试验后易产生裂纹，设备壳体在制造过程中进行如下无损检测:壳体上所有对接焊接接头在热处理前应进行100%射线检圉3环形内撑胎测.100%超声检测、100%磁粉检测;热处理后应进焊接应由持证焊工严格按照焊接工艺规程完行100%超声检测、100%磁粉检测。接管与壳体成。采用低氢焊条并严格遵守焊条的烘烤.保存规的焊缝 应在热处理前和热处理后进行100%超声检定,以减少热影响区的扩散氢含量。应严格对焊接测、100%磁粉检测。所有焊縫在水压试验后进行坡口及两侧3倍板厚范围内进行焊前预热,预热温磁粉抽检( 10%)。铬钼钢坡口应进行100%磁粉度不小于170 C;焊后立即进行消氢处理:300~检测, 镍基不锈钢和奥氏体不锈钢坡口应进行350 C/2 h。对预热温度、消氢温度、层间温度采用100%渗透检测。红外线测温仪进行控制，从而有效地防止焊后产生仅输气管壳体在金重厂内做水压试验及内件安氢裂纹(冷裂纹)和邻近区域形成氢致应力腐蚀开装。热处理后,利用试水封头、试水盲板等工装,在试裂。水鞍座上进行水压试验.无损检测合格后对壳体内表气体返回室主简体与斜插管采用斜插管直立，面进中国煤化工及耐火衬里施工-◆主简体45°放置进行组焊(详见图4)。利用CAD对组焊YHCNMHG→包装运输。主简体上斜插孔轮廓线进行尺寸放样,作样板精确因运输尺寸的限制,壳牌煤气化炉共分14段运号出斜插孔轮廓线,采用火焰气割坡口。坡口采用输 ,包装运输应符合JB/T 4711- -2003的要求。2008年4月李涛等.大型壳牌煤气化炉的制造与组装●39●合拢上、下两部分壳体的环缝:在转胎上组对5现场组装上、下两部分壳体的环缝。检查错边量,不得超过壳牌煤气化炉四大部件运到用户现场后,先各2mm。检验合格后施焊。自组装,最后整体合拢。组装顺序不尽相同，为避免局部热处理:合拢环缝局部热处理。混淆,下面逐个作详细介绍。待组焊黄金焊缝。5.1气化炉部分5.2输气管部分气化炉壳体分上、下两部分，上部是指第7段,输气管与气体返回室进行预组装,做好预组装下部是指第1~6段。.标记。组焊壳体环缝:在用户现场的转胎上,根据预先做好的组对标记分别组对上部、下部壳体环缝。检5.3 气体返回室部分查错边量,不得超过2mm。检验合格后施焊。气体返回室壳体分左右两个部分。无损检测:对壳体环缝进行100%射线检测、组焊壳体环缝:组对左、右两部分壳体的环缝。100%超声检测.100%磁粉检测。检查错边量,不得超过3 mm。检验合格后施焊。上、下两部分壳体的环缝,同时组对试水封头。检验100%超声检测、100%磁粉检测。合格后按焊接工艺规程施焊。局部热处理:壳体环缝局部热处理。局部热处理:对壳体环缝进行局部热处理。组焊试水封头:将试水封头与壳体组焊。无损检测:对水压试验环缝进行100%超声检无损检测:对试水封头环缝进行100%超声检测.100%磁粉检测。水压试验:在试水鞍座.上进行水压试验。水压试验:在试水鞍座上进行水压试验。无损检测:所有焊缝进行磁粉抽检( 10% )。喷砂处理:水压试验合格后将上、下两部分割喷砂处理:水压试验合格后对设备的内表面进开,并对壳体内表面进行喷砂处理。行喷砂处理。组焊龟甲网及耐火衬里施工。组焊内件:按内件施工图纸分别组对上部内件组焊内件:按内件施工图纸组对内件。检验合和下部内件。检验合格后按焊接工艺规程施焊。格后施焊。无损检测:对内件接管环缝进行100%射线检测、100%超声检测、100%磁粉检测。测,100%超声检测、100%磁粉检测。局部热处理:内件接管环缝局部热处理。N3.1 ~N3.4煤粉烧嘴管口的法兰盖(详见图5)在水压试验后预开中心孔，内件组对时利用模拟5.4合成气冷却器部分烧嘴工装确定中心孔实际偏心位置,然后组焊法兰合成气冷却器壳体分为上、下两个部分。盖与接管法兰,重新加工偏心孔并堆焊,确保烧嘴的组焊上、下两部分壳体的环缝:组对上、下两部组装精度。分壳体的环缝。检查错边量,不得超过3 mn。检验合格后施焊。局部热处理:壳体环缝进行局部热处理。无损检测:对水压试验焊缝进行100%超声检中测、中国煤化工TY HCN M H G水压试验。图5粉煤烧嘴管口法兰盖喷砂处理:水压试验合格后整个壳体的内表面.40.化工设备与管道第45卷第2期进行喷砂处理。制造难点,我们在制造过程中采取了如下六大有效组焊龟甲网及耐火衬里施工。措施:组焊内件:按内件施工图纸组对内件。检验合(1)壳体热处理分段处端面采用环形内撑胎支格后施焊。撑,防止壳体在制造与运输过程中发生变形,将错边无损检测:对内件环缝环缝进行100%射线检量控制在允许的范围内,以免影响现场组焊。环形测、100%超声检测、100%磁粉检测。内撑胎应与壳体逐- -进行配制,保证贴合紧密,受力局部热处理:内件接管环缝局部热处理。均匀。N91.1~N94.8振打器管口的法兰盖(详见图(2)焊前预热,焊后立即进行消氢处理,对预热6)在水压试验后预开中心孔,内件组对时利用振打温度、消氢温度、层间温度采用红外线测温仪进行控器工装确定中心孔实际偏心位置,然后组焊法兰盖制,有效防止焊后产生氢裂纹和氢致应力腐蚀开裂。与接管法兰,重新加工偏心孔并堆焊,确保振打器的(3)设备壳体的1个开工烧嘴、1个点火烧嘴2组装精度。个火焰观察口.4个煤粉烧嘴管口、58个振打器管口6420采用专用组对工装来保证其定位精度。(4)气体返回室主筒体与斜插管的组焊因壳体超厚(285 mm)、焊接量大(5 t焊材)、操作条件恶劣0190 .(高温高热)成为最大的焊接难点。我们采用CAD放样,精确号出斜插孔轮廓线，采用多排工装同时均匀预热,对预热温度、消氢温度层间温度采用红外线测温仪进行控制,多名焊工0560 n对称施焊,多种方法并用控制45°角的精度。(5)通过气化炉7段壳体预组装、四大部件预图6振打器管口法兰盖组装,并作好组对标记来保证设备2条轴线的平行待组焊黄金焊缝。度。5.5整体合拢(6)现场卧式焊接采用埋弧自动焊,需相应的四大部件各自组装后就进入了最后总装阶段，工装 转胎来让壳体360°转动，保证焊接顺利进行。即组焊三大黄金焊逢。现场立式焊接采用手工焊。组焊黄金焊缝:依次组对第二、第三、第- -黄金另外,还应考虑如下三大注意事项:焊逢。检查错边量,不得超过3 mm,检验合格后方(1)设备分段处的设置应综合考虑运输条件、可进行施焊。第二黄金焊缝是气体返回室与输气管制造便利程度热处理能力、吊车起吊能力等。之间的环缝,卧式组焊;第三黄金焊缝是气体返回室(2)三大黄金焊缝处的简节长度方向应留有余与合成气冷却器之间的环缝,借助临时固定支撑立量(一般取50mm),以便焊接试水封头和水压试验式组焊;第-黄金焊缝是气化炉与输气管之间的环后切割封头。缝,在框架上立式组焊。(3)接管法兰到壳体纵、环焊缝的距离应大于无损检测:对黄金焊缝进行100%射线检测、壳体厚度的3倍,且不小于100mm,这就要求预先，100%超声检测、100%磁粉检测。画出CAD排板图,如有不符,及时作相应调整。局部热处理:黄金焊缝局部热处理。这台壳牌煤气化炉尺寸大、壳体厚、结构复杂，至此,整个设备组装完毕,交付用户验收。分多段制造与组装。我们制订了周密详实的制造与组装工艺,在制造过程中把握其中每-关键环节,整6结束语个设备按期顺利完工,完全满足设计要求,受到用户综_上所述,针对该壳牌煤气化炉的结构特点和赞誉中国煤化工MYHCNMHG