气化炉顶部烧损的现场修理 气化炉顶部烧损的现场修理

气化炉顶部烧损的现场修理

  • 期刊名字:化工设备与管道
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  • 论文作者:韩冰,叶冬梅
  • 作者单位:中石化集团南化公司化工机械厂
  • 更新时间:2020-03-23
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论文简介

第51卷第6期化工设备与管道 Vol. 51 No.62014年12月 PROCESS EQUIPMENT& PIPINGec.2014气化炉顶部烧损的现场修理韩冰,叶冬梅(中石化集团南化公司化工机械厂,南京210048)摘要:描述了煤气化炉在运行过程中,因内衬耐火层损坏导致炉顶烧损,通过对顶部封头材料进行无损检测、金相检查、硬度测试等确定了具体烧损范围,由此制定了通过加大顶部法兰底部直径进行更换的修理方案并实施,使设备恢复了正常运行。关键词:气化炉;烧损;检测修理中图分类号:TQ054:TH17文献标识码:A文章编号:1009-3281(21406001-00在煤制甲醇的工艺流程中,需利用气化炉将水112煤浆与氧进行部分氧化反应制得粗合成气。水煤浆通过喷嘴在高速氧气流的作用下,破碎、雾化喷入气化炉燃烧室,迅速发生反应,数秒内即完成气化过程,炉内温度达到1300~1500℃,因长期在高温下工作,经受高速煤浆的冲刷,故燃烧室内壁衬有多层耐火569砖,具备耐高温和耐磨损的性能。某单位600kt/a甲图1气化炉结构醇装置在开工运行20天后,燃烧室顶部法兰与封头 Fig.I sketch of gasifier1球形封头;2.喷嘴;3燃烧室;4.耐火保温内衬;5燃烧室壳由于炉内耐火层开裂造成烧损,通过相关检测确定烧体:6托砖盘:变径段8.激冷环:9.激冷室壳体:10激冷室损部位,制定了修理方案予以实施,保证了设备的正11底部锥体:12排渣口常运行。就是顶部喷嘴法兰与上封头连接焊缝,外部查看该连1设备简介接焊缝,约34圈焊缝周边可见明显的氧化皮;焊缝该气化炉由上、下两部分组成,通过托转盘隔的热影响区肉眼可见长约800mm的贯穿裂纹,裂纹开,上部分是燃烧室,燃烧室顶部设有喷嘴,托转最宽处5mm,裂纹所在处的6根法兰连接螺栓产生盘上表面支撑着燃烧室耐火衬里,下部分是激冷明显拉伸变形,伸长量约有3mm。由此判断因耐火室,激冷室安装有激冷环和上升、下降管等内件。衬里开裂造成法兰与封头烧损,烧损部位外表面见图气化炉工作压力6.5MPa,燃烧室直径3200m,2,图3为正常使用气化炉的顶部外表面材料为SA387Gr11CL2,筒体厚度100mm,封头厚气化炉壳体材料SA387Gr11CL2,一般会要求为度为60mm,燃烧室工作温度1450℃,激冷室直径本质细晶粒镇静钢,供货状态为正火+回火(允许3800mm,壳体材料SA387G11CL2+316L(堆焊层),快速冷却),进行UT检测,硬度≤225HBW,根据厚度为(120+6)mm,工作温度253℃,设备结构见这些要求,结合对封头外表面颜色的观察,决定对顶图1部法兰与封头连接焊缝向下200mm弧长范围内进行100%UT和100%MT检测,并取4点进行硬度测定、2顶部烧损范围的确定收稿日期:2014-08-26从气化炉顶部喷嘴法兰口向内观察,内衬耐火作者简介:韩冰(1970),女,山东莒县人,高级工程师。从材料层可见两条明显裂纹,长度约3/4圈,其对应处事压力容器制造技术管理工作。32化工设备与管道第51卷第6期金相检测。用直探头进行100%UT,检测结果未发经受了短暂高温过程,球化珠光体的存在表明材料的现分层,用K2斜探头进行100%UT检测未发现裂力学性能会下降,材料已受损,不能使用;3点处金纹;外表面进行100%MT,未发现裂纹。覆膜金相相组织为铁素体+贝氏体,已符合要求,但存在有4和硬度取样位置及检测结果见表1,1点、2点、3级晶粒度,未完全满足细晶粒的要求;4点处金相点和4点微观组织图分别见图4、5、6、7组织铁素体+贝氏体,晶粒度为5~6级,达到了细晶粒钢要求,硬度HBW160~165也符合要求,说明在顶部法兰和封头连接焊缝向下弧长200mm处,封头母材已满足材料要求,烧损部位可确定在此范围内。图2烧损的顶部法兰外表面 Fig. burning damaged out surface of top flange根据UT和MT检测结果,可见封头壳体母材未发现分层和裂纹等缺陷;根据金相和硬度检查结果可图3完好的顶部法兰外表面知,2点处金相组织显示有球化珠光体,说明材料 Fig. 3 good out surface of top flange表1覆膜金相和硬度取样位置及检测结果 Table I sampling location of metallographic inspection and hardness testing and result取样号取样位置检测项目检测结果微观组织焊缝:铁素体+已球化的珠光体,热影响区:铁素体+贝氏体,晶界上有大量的析出物并已形成网状焊缝裂纹尾部晶粒度2~3级硬度HBW150~160微观组织铁素体+已球化的珠光体+贝氏体2焊缝裂纹向下弧长50mm处晶粒度7~8级硬度HBW150~160微观组织铁素体+贝氏体3焊缝裂纹向下弧长120mm处晶粒度4~5级硬度HBW145~150微观组织铁素体+贝氏体4焊缝裂纹向下弧长200mm处晶粒度5~6级硬度HBW160~165图41点金相组织100×图52点金相组织100× Fig.4 metallographic structure of 1# point 100x Fig.5 metallographic structure of 2# point 100x2014年12月韩冰,等.气化炉顶部烧损的现场修理33和铁水飞溅很难清理,只能从外口焊接,故连接焊缝选用单边U形外坡口,见图9,焊接方法采用氩弧焊封底+手工焊焊接。图63点金相组织100× Fig.6 metallographic structure of 3# point 100x图9顶部法兰与封头连接坡口 Fig.9 connecting groove between top flange and head针对SA387G11CL2材料的成分组成,既具有冷裂纹敏感性,又有再热裂纹倾向,气化炉又处在高温条件下工作,因此在焊条选用时应考虑焊缝既要有良好的高温性能,同时兼顾室温力学性能,焊缝的化学成分应最大限度地接近被焊钢材的成分,限制微量不纯物元素,减少在高温下长期运行时熔合区合金元素的扩散。为了减少焊缝金属形成裂纹的倾向,图74点金相组织100 Fig.7 metallographic structure of 4# point 100x尽量降低其含碳量,但是,随着焊缝金属含碳量的降低,持久强度也随着有较大降低,所以控制含碳量3修理方案的确定在0.07%~0.12%。在含碳量降低的同时,为提高强度、塑性和韧性,减少热裂倾向,提高抗热裂纹的能力,为尽快恢复开车,减少损失,经多方讨论确定,采用现场修理的方式对设备进行修理。具体为根据检控制焊缝中的含锰量在0.60%0.80%。为获得较致密的焊缝,控制Si含量在0.44%~0.60%之间,且测结果确定的烧损范围,采取从封头与顶部法兰连Mn+Si≤1.2%。另外还必须保证焊缝中铬、钼的含量,接焊缝下移弧长200mm处割除顶部法兰和部分封头铬主要用来提高抗氧化性能和耐腐蚀性能,铬在一定壳体,割除部分通过更换加大尺寸的顶部法兰替代,含量范围内还能提高钢的持久强度和蠕变极限。钼并重新与封头焊接。通过计算,割除部位直径中1710mm,设计单可以有效提高高温性能,对防止焊接裂纹也很有利。它们不应低于母材相应成份的下限。对于焊材回火位将此作为顶部法兰下部直径尺寸重新设计,法兰结脆化敏感系数,要求:X系数=(10P+5b+4Sn+As)×构见图8,材料采用SA182-F11CL2锻件,化学成分102≤15×10同时满足技术条件的相关要求,其中Cr>1.0%、P≤0.012%、S≤0.01%、Mn+i≤1.2%根据现场4修理方案的实施的实际情况,炉里口不能被污染、而焊接产生的焊渣根据修理方案,制定了详细的返修工艺,在现场对气化炉顶部进行了焊接修理、热处理、无损检测和气压试验并合格,整个修理过程中主要控制了以下几点:(1)对封头需切割部位200mm范围内进行电加热到150℃,按中1710mm尺寸做好标记线,气割图8更换的顶部法兰结构切下烧损的顶部法兰与封头壳体,对切割处的实际尺 Fig. changed structure of top flange寸进行测量,新制作的顶部法兰按此实配加工,保证34化工设备与道第51卷第6期顶部法兰与封头连接处的尺寸一致,球封头的坡口焊条进行350℃烘干,保温2h,为了降低焊缝冷用砂轮机修磨成形,并将坡口及附近100mm以内进却速度,减少焊接接头的淬硬倾向,防止焊接接行100%PT检测无缺陷。组对时保证顶部法兰中心头产生裂纹,焊前预热温度200℃,预热区的宽线与炉体中心线之间的允差小于6mm顶部法兰化度200mm。为提高焊接接头的冷却速度,降低学成分、力学性能数据见表2、表3。热影响区的过热程度,细化焊接接头各区的晶粒,(2)焊条选用日本神钢产CM-A96MB,规格提高焊接接头的冲击韧性,焊接时采用了较小的中4.0mm、中5.0mm,焊条熔敷金属的化学成分和规范,控制层间温度≤300℃,并实施了连续不间断力学性能见表4、表5,焊丝同样选用日本神钢产的焊接,焊接完毕后立即进行了350℃、保温4h消tg-siC,规格中2.0mm,其化学成分见表4氢处理,防止焊接冷裂纹的产生。焊接工艺参数(3)为保证焊接质量,施工处搭设防风雨棚,见表6表2顶部法兰化学成分 Table 2 chemical composition of top flange%元素 Si MnP Cr Mo Si+ Mn技术要求0.10-0.200.50~1.00.30-0.80≤0.012≤0.011.0~1.500.40.65≤12质保书0.10560.420.0060.000411.160.48表3顶部法兰力学性能 Table mechanical properties of top flange试验项目抗拉强度屈服强度屈服强度R冲击功(AKV)断后伸长断面收缩 Max PWHT MPa室温mpa室温mpa425℃率A,%率,%室温 Max PWHT室温 Min PWHT-18℃ CMin PWHT技术要求≥485≥275≥199≥54≥20≥30质保书600415365147、152、156134、137、13967、70、723379表4焊材化学成分 Table 4 chemical composition of welding consumables%牌号 Si Mn Cr Mo Ni Cu系数Cm-96B4.00.100.290.550.0120.0101.360.590.0400.200.00814.450.110.300.650.0090.0081.380.520.0400.200.00812.31tg-S1CM2.00.060.500.990.0070.0051.220.54/表5条力学性能 Table 5 mechanical properties ofelectrodes牌号抗拉强度屈服强度R427℃服强度R硬度值 MPa MPa MPa冲击试验( (HB) CM-A96MB C4.0585455420165139185151-154 CM-A96MB.0550425415175230182147-151表6焊接工艺参數 Table6 process parameter of welding焊缝层次焊接方法焊材牌号焊材直径mm焊接极性焊接电流/A焊接电压/V焊接速度/(mms)12 GTAW TG-SICM2.0dcen12014013~141~2 SMAW CM-A96MB4.0EP160~18022~24233~焊满 SMAW CM-A96MB5.0dce21024023~252~3(4)焊接完毕24h后进行了100%RT,按JB/T(5)无损检测合格后,对整道焊缝进行了焊后4730.2—2005Ⅱ级验收,100%UT,按JB/T473.3消应力热处理,热处理温度680℃±20℃,保温时间2005级验收,100%MT,按JB/T4730.4200516h级验收,均合格。(6)热处理结束后,再次对焊缝进行了100%2014年12月韩冰,等气化炉顶部烧损的现场修理35t、100%mt,分别按B/T4730.32005、JT年,说明修理工作成功,为今后压力容器制造行业的4730.4—2005I级验收,均合格。设备维修提供了宝贵的经验。(7)对施焊处按母材-热影响区-焊缝-热影响区母材取5处进行硬度检测,每处测3点,结果为参考文献HBW172~184,满足焊缝硬度≤225HBW要求。1]相云新一代煤气化技术简介山东化工004,1(8)因设备在现场,考虑到盛水对支撑结构的36-37.影响,最后对设备进行了气压试验并合格。[2】易峰.德士古煤气化炉的制造和检验]化工机械,201239(3):365-3685结束语3】王亚20Mmo,12cr-.m,2.5r-mo钢的焊接焊接技术,2004,3(6):54-56.通过检测确定了气化炉顶部烧损范围,据此制【】才胜387g1CL2和SA387g22C2珠光体耐热钢的定了合理的返修方案并予以实施,利用更换顶部法兰焊接[石油化工设备,201,406):67-70方式完成了气化炉的修理。从外观而言,保证了组对【5】孙佑志,高亮c.smo-si钢重整反应器的制造压偏差符合要求,顶部法兰与球封头实现了圆滑过渡力容器,2001,18(3):50-53.的连接,从焊缝内部质量而言,所有检测一次合格。6】王祖芳,杨海林.临氢设备用14 4CrIMoR钢板性能研究压力容器,1998,15(3):15-20.设备修理结束后,重新开车,目前已安全稳定运行4 Onsite Repair of Destruction Occurred in Top of Gasifier HAN Bing, YE Dongmei (SINOPEC Nanjing Chemical Co., Chemical Machinery Plant, Nanjing 210048, China) Abstract: In this article, the destruction, which was resulted from the damage of inner insulator, occurred in coal gasifier was described. Based on the results of NDT, metallurgical examination and hardness test, the scope of destruction was determined. Then the repair plan, in which top flange is changed with larger diameter scope, was made and implemented, and the gasifier was recovered for normal operation. caminatic Key words: gasifier; destruction; examination; repair(上接第23页) Optimum Design of Atmospheric Mixing Condenser LIU Jianying, WEI Shiying College of Resources and Environment, Chengdu University of Technology. Chengdu 610225, China) Abstract: Atmospheric mixing condenser is the key equipment in multi-effect evaporation system for obtaining vacuum condition. Its condensation effect fo steam at final stage is closely related to production efficiency. Based on the theories of fully condensing conditi g properties of nozzle, and with respect to enhancing vapor-liquid heat transfer and reducing fluid re on design plan of atmospheric mixing condenser was proposed, which has been applied to a ge evaporation vacuum salt system. The practical results showe ed that vacuum degree the entrance of condenser is increased from-0.086 MPa to-0.089 MPa, and the corresponding temperature decreased by C. It means that the effective temperature difference in the system is increased by 6 C, which results in significant at eneroy 11.1% and great energy efficiency. Meanwhile, in this article, the problems during the actual oper re analyzed, and then the corresponding countermeasure were proposed. Ke words: atmospheric mixing condenser; multi-effect evaporation vacuum; optimization design; atomization

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