冷壁气化炉颈部法兰开裂后的现场修复

检验与修复冷壁气化炉颈部法兰开裂后的现场修复魏刚李辉2(1.中国石化镇海炼化公司浙江宁波315207 ;2.化学工业设备质量监督检验中心江苏南京210024)摘要浅析了法兰开裂原因,介绍了为修复所进行的施工技术准备、工装机具研制以及修复过程。关键词:气化炉裂纹现场修复.中图分类号:TQ051文献标识码:B文章编号:1001 - 4837 2004 )1- 0052- 04Spot Repaired after Flange of Gasify Furnace CrackedWEI Gang' LI Hui?( 1. Sinopec Zhenhai Refining & Chemical Co. Ltd. , Ningbo 315207 ,China ;2. Quality Supervisory Centre of Chemical Equipment ,Nanjing 210024 ,China )Abstract :This article analysed the cause of flange cracked ,introduced technical preparative , tools fabricatedand reparative process .Key words gasify furmace icracks ispot repaired25mm的裂纹30余条(见图2).1前言颈部法兰盖某公司化肥装置合成工段4112-F1-2气化颈部法兰》炉是从日本引进的高温高压冷壁气化炉,上段为燃上球体~烧室下段为急冷室燃烧室壳体主材为SCMV3 ,颈绝热层、部法兰和法兰盖的主材均为SFHV23B燃烧室内部衬砌CX - AWP型耐火砖。气化炉结构简图见图1。中2089 2气化炉的主要技术参数如下:设计压力/操作压力9.6 MPa/ 8.7 MPa;设计温度/操作温度:燃烧室1450 C/1350 C ,急冷室275 C/262 C ;|试验压力水压14.4 MPa氨气密9.6 MPa;设备规格:设备内径x(壳体厚度+衬里厚度)中国煤化工声x设备总长=02089x(94/87+359)x8462mmo1990年12月中旬装置停工小修期间折卸气化MYHCNMHGE炉顶部人孔盖螺栓时颈部法兰盖意外脆裂进炉检查发现炉口部位耐火材料已损坏脱落,颈部法兰环图1气化炉结构简图形内直角两侧发现宽度不大于0.1mm、长度不超出气化炉是由高压容器和耐火材料组合构成炉第21卷第1期玉力容器总第134期内主要介质为45.7%的CO、46.6%的H2以及少量和密封面部位堆焊了厚度不小于6 mm的TP.309LCO2和H2S等气体。工作时炉顶倒悬的加热烧嘴往+ TP.347L双层不锈钢。下喷火在燃烧室中下游部位产生的炉膛温度约为3施工准备1250~1450C，炉口部位的炉膛温度大致为550~750C经耐火材料绝热后的正常炉壁温度应低于现场修复的方法具有工期短、成本低缺点是球250 C。但是耐火材料损坏脱落后,炉体金属直接壳上的环形窄间隙对接坡口手工气割再砂轮打磨,暴露在550~ 750 C的气流中从而造成炉壁材质劣坡口形状尺寸较差,且焊接不宜采用自动焊颈部法化。兰更换后的水平度和同轴度不易保证。加热烧嘴悬置在颈部法兰盖上,颈部法兰水平度的好坏对气化炉运行状态有影响。为此决定上焊缝球壳的切割采用自动切割机，现场对接坡口(见图4 )的加工采用动力头。裂纹图2开裂部位示意图2修复方案2.1 修复方案选择若将气化炉吊运到制造厂修复工期长费用大,图4坡口形式因此决定现场修复,即颈部法兰连同部分上球体割3.1 现场加工用大型动力头研制除更换。动力头最大加工直径达01300 mm由液压马达2.2新旧 颈部法兰结构区别驱动蜗轮蜗杆减速器减速后带动走刀机构使得小新颈部法兰结构设计时,做了以下四处改进:刀架能同时在水平和垂直两个方向进行自动走刀。(1)改善了球壳和颈部法兰的连接形式另外考虑到现场加工的需要小刀架上设有切削位原气化炉上球壳和颈部法兰之间采用角焊缝连置粗调机构减速器上设有手动进刀机构。手动/自接形式连接处存在较大的局部应力。新颈部法兰动两种进刀模式可以通过拨柄进行切换。动力头结设计时取消了角焊缝,改为有光滑圆弧过渡的整体构示意图见图5。结构(见图3)手动进刀盘-上减速器6.粗调盘正支提暗E---径向白动走刀机构十基准环0222二走刀机构苏42图3新颈部法 兰结构图5动力头结构示意图(2)圆滑过渡了颈部法兰内直角3.2切割方法的对比试验原气化炉颈部法兰内直角相当于尖角结构新在材质相近的60mm厚15CrMo钢板上对等离颈部法兰设计时将直角改为半径为30mm的圆滑过子和气割两种方法进行了对比试验。渡形式缓解了直角处的局部应力集中。从试验结果看等离子切割热影响区较气割小(3采用了性能更好的材料(见图6)对坡口机加T有利,但其切割截面为前窄新颈部法兰材质由SFHV23B钢改进为2.25Cr后宽H中国煤化工示操作中较难控制须-1Mo钢锻件提高了法兰的高温强度、蠕变断裂强留出c N M H G而对比后选择氧- -乙度以及抵抗高温氢腐蚀和氢脆等的性能。炔气割。(4 )增加了不锈钢堆焊层取割缝宽度△=5 mm热影响区宽度为6 mm ,为有效防止高温氢腐蚀新颈部法兰的内表面制定出的具有最少车削量的切割方案如图8所示。53.CPVT冷壁气化炉颈部法兰开裂后的现场修复Vol21. Nol 2004表1气割和等离子 切割对比试验试验方法切割设备切割速度( mn/min)|割缝宽度( mm)|热影响区( mm )切口表面质量气割CG1- 30130~ 1504~5≤5~6.割面为直线光洁平滑等离子G120- 60.≤4~5割面为波浪线基本光滑到基准环上,作为上球体切割、坡口机加工及新颈部260 F法兰组对时的统一基准。钢管智200基准环圈了颈部法兰千分表河调管卡140-弹性划线头05图9基准环和找正划线工装距割口边续k距离/mm( 2 )气割轨道图6热影响区硬度分布曲线在基准环上表面有两条车制的同心圆凸轨气割机可沿轨道进行高精度的切割操作。( 3动力头固定架基准环也是动力头结构的组成部分,通过连接螺栓和定位销能实现动力头和基准环间的快速拆图7截面 形状对比装和精确复位。3.5找正、 划线工装设计基准面找正、划线工装主要由底圈、可调钢管架、千分迎坡口位置线表及弹性划线头四部分组成图9)底圈两侧面为梯形,尺寸和梯形密封槽正好-致。钢管上嵌有轴向直齿,管间采用带调节齿的管坡口检验线卡连接转动调节手柄钢管间迅即产生相对位移。第一次气割线弹性划线头划线时能自动对拼焊球壳表面不平处进第二次气割线行轴向补偿。41234.8 气割禁止线4现场修复图8切割工作图3.3气割机改造4.1去氢处理切割需要气割机能自动绕行,但现成的气割机为消除残余氢对气割和焊接的影响，在上球体只能走直线方向。对气割机进行结构分析后将两切割和焊接区域,内侧均布八块10kW的电红外加只被动轮由固定轴结构改造为360* 活动轴结构,两热器外侧表面裹保温石棉进行300~350 Cx4 h只主动轮由同轴相连结构改造为差动调速结构。改去氢处理。造后的气割机能够沿圆弧轨道稳定运行。4.2基准环安装找正3.4基准环设计基准环外侧有四块均布的凸块通过调整凸块上球体坡口的切割、机加工及新颈部法兰安装上的连接和调整螺栓基准环可精确定位在装置框需要统一基准为此设计了一个多功能圆环形轨道架的中国煤化工(见图9)4.3YHCNMHG(1)统一基准切割分二次完成第一次粗切割将原颈部法兰以梯形槽密封面为基准通过适当工装可以将切除吊走,第二次精确切割使得尺寸到位、割面光原颈部法兰的位置数据(水平度、同轴度、标高)转移洁。54 ●第21卷第1期玉力容器总第134期切割时割枪与基准环上表面成67_(样板检过2 mm部分,用角向砂轮按1 3的比例打磨过渡查)中性火焰,切割速度为130~ 150 mm/min，起点(图11》采用从割线上方往下引火焰的方法。4.4坡口机加工加工分三阶段完成。第一阶段采用手动进刀,削掉气割表层实测硬度高达HB310左右的淬硬金属A )第二阶段采用自动进刀车掉内层金属( B);打磨处'第三阶段采用手动进刀,用成形刀镗出坡口底部的图11打磨示意图R8圆弧C)切削示意图见图10。气化炉属于三类容器现场焊接委托上锅厂承担。焊接使用GZH- 1型焊机,04 mmUS52lS焊丝和PF- 200焊剂,预热温度200~250 C焊接电流/i350~450 A焊接电压26~34 V焊速300 ~ 450 mm/3iilmino自动焊前先用TGS - 2CM02.4 mm焊丝手工氩弧焊打底然后用CMA- 106N04 mm焊条堆焊三层。自动焊后用电红外加热器进行690+20 Cx3图10切削示意图h的热处理。4.5新颈部法 兰组焊加工到坡口钝边位置时,由于拼瓣球体形状不5主要修复指标评估规则加工后的实际钝边尺寸为2~ 11 mm ,厚度超5.1 更换后的位置偏差表2颈部法 兰更换前后的检查记录水平度( mm)同轴度( mm)相对标高mm )误差0180°2700P9(90°2709更换前0.00.05-0.14 0.06-0.09 - 0.04 .0.08284更换后0.04-0.24 - 0.811.060.86- 0.97291290.6 .291 .4从检查结果看更换后颈部法兰最大水平度误磨后用E5515- B2- V焊条补焊及消氢后,仍残留差约0.10 mm最大同轴度误差约1.17 mm标高较长度约430 mm、距外表面深度约50 mm的条状连续原来升高约7 mmo夹渣。考虑到再役设备多次返修的负面因素以及造成标高较大变化的主要因素有以下四点:该超标缺陷不影响气化炉的安全运行故此不再进( 1新颈部法兰增厚3 mm。行处理。(2 )上球体坡口钝边按1 3比例打磨后造成组6结语对标高提高约6~ 8 mm。(3)模压瓣片通常存在内应力,上球体切割后应气化炉修复后已正常运行12年其间多次对环力释放,可能引起球壳外弹。缝上残留的超标缺陷进检测,未见异常。现场修复( 4 )焊接收缩应力使得标高降低。所采用的工装手段和修复方法特别是为保证修复5.2对接焊 缝质量质量所做的努力,目前看来是成功的。依据JB3965-85 I级、 JB1152-81 I级、中国煤化工GB3323- -87II 级标准,分别对焊缝进行百分之百的收稿MHCNMH G磁粉、超声及射线检测。作者简介魏刚1963- )男,该项目施工技术方案的主要负在0~90方位的内侧焊缝发现未熔合缺陷打责人及工装机具的主要设计和研制者通讯地址浙江省宁波市镇海区俞范镇海炼化物资装备公司。55.