气化炉制造工艺研究

技术交流JI SHU JIAO LIU1前言气化炉制造工艺研究国家“十五”期间加大了第二产业的投入，化工、炼油及煤王玉梅'李慧玲2张连仲'陈静1化工行业有了较快的发展，一大( 1.锦西化工机械(集团)有限责任公司辽宁葫芦岛125001 )批具有市场潜力的项月纷纷投产(2.中国昊华集团宣化有限公司 河北张家口075100 )和扩大再生产。化工及煤化工行业的尿素项目、甲醇项目最近几[摘要]本文介绍了气化炉(壳牌)的结构型式及制造特点，分析了年已发展到80万吨/年及60万吨/制造的难点，主要体现在主要零部件的焊接、探伤、热处理、组装及试年，石油行业的炼油规模已向验等典型制造工艺。1000万吨/年努力,随着工艺规模[关键词]铬钼钢成形焊接探伤热处理组装试验的逐步扩大，其生产工艺装置中的主要设备也越来越向高参数、高科技含量、厚壁方向发展。现表1设备结构数据表就煤气化炉及其配套装置的制造工艺研究可行性论证如下。设计规范JB4732-1995腐蚀裕量(mm)复合板0ASME VII II无复合板处52设备结构数据表(表1)设计压力(MPa)5.2/FV试验压力按规范设计温度(C)350容器类别3“壳牌"气化炉制造的可操作介质工艺气主体材料SA387Gr.11C12行性分析焊缝系数转化率大于99%，有效气体成分SA387Cr11CL2; 湿区主体材质为3.1“壳牌”气化炉工艺特点含量高，精合成气中不含焦油等SA387+不锈钢复合层;水/蒸汽“煤代油”项目符合我国能源有害杂质; 硫氧化物粉尘排放量管、 激冷管等为13CrMo44。结构调整的大方向，实施后不仅小， 煤的灰分被转变成- -种惰性加压煤、氧和蒸汽通过4个径可较大幅度降低尿素生产成本，炉渣， 可用作道路建设用料，工向 布置的烧嘴进入气化炉，在膜还将为以油为原料的化工企业提艺用水可循环利用。式罩内完成合成气的反应，该膜供资源，符合我国调整能源结构式罩是水1蒸汽循环系统中的一的发展方向。3.2“壳牌”气化炉的结构特点部分，悬挂在气化炉压力容器“壳牌”的粉煤气化工艺以干(1)气化炉壳体由四部分构内。液态渣流至气化炉的底部进煤粉为原料，纯氧作为气化剂，成: 气化炉壳体、拱顶/输气管壳人渣池排出。合成气通过激冷液态排渣。其特点有:气化炉对体、 气体返回室壳体及合成气冷管、 输气管和合成气冷却器进行煤的品质要求不高，适应性强，却器壳体， 组成“h”形结构。壳冷却。 在气化炉顶部出口、合成干粉进料，气化率高;对称式多体内含 膜式壁换热及蒸发管束和气冷却器 人口设置吹灰设备，为烧嘴使用寿命长;高温气化.碳过热管束。 干区的主体材质为合成气冷 却气管束配备气动振打作者简介系统，以防止飞灰造成的积垢，影响换热面的传热性能。王玉梅(1960-)女,工程师，1985年毕业于辽宁广播电视大学午数量较多，气化化工机械系，一直从事压力容器制造技术工作。中国煤化工管93个:仪表连HHCNMHG2009.09 I 石油和化工设备|29技术交流接管19个，输气管区工艺接管6土 0.1°，因此必须采用专用的工制时 板料与卷板机的相对位置个;人孔2个,合成气冷却器区工装并 在生产过程中严格控制，方找正， 卷制后筒节纵焊缝组对、艺接管76个;仪表连接管11个，能保 证相互间的尺寸公差。这些消氢， 并校圆，注意卷制时对相人孔5个。接管的方位尺寸的偏差将直接影同尺寸的简节所滚压的次数应尽响到该装置的工艺性能。量相同，以保证各简节的延伸量3.3“壳牌"气化炉的技术特点因受到热处理炉长度的限一样， 从而保证简节周长一样，(1 )气化炉除具有耐热钢设 制、气化炉安装内件浇注耐火层 校圆后检杳筒节的椭圆度应为土备的所有特点(关键是预热和后热的要求及运输 条件的限制，设备5mm. 外圆周长公差为土6mm,合的控制)外，还具有下列特点:必需分20段交货。因此为保证接格后组装撑圆器以控制加工环缝a)设备垂直度及同轴度要求高管的轴向尺寸， 制造基准线的转坡 口时简节的椭圆度。该设备囚内含膜式壁换热且移尤 为重要。c)锥体形状尺寸的控制浇注耐火层，为了保证受热均c)“"h"形结构锥节规格为φ4630/φ3020,匀，确保设备使用的可靠性，要气化炉壳体和气体返回室壳厚度 为95mm。锥节采取分瓣在油求设备的垂直度小于20mm;同轴体 是通过输气管焊接固定的，为压机上压制。 按冲压工艺要求，度不大于0.5mm。“"h"形结构。输气管的直径为2m-压 制后利用工装将锥瓣组对，组从安装考虑，内件的顺利组3m,这给组装焊接带来-定的难对后用样板检查锥节横截面的椭装十分关键，这也要求设备的同度。 具体体现在如何保证输气管圆度应为 士5mm、棱角度不大于轴度不大于0.5mm;直线度小于的组 装尺寸角度，及防焊接变形5mm， 合格后用工装卡具将其固20mm。的措施;如何保证各节简体的轴定， 防止焊接变形，焊接完毕后对于壳体长度较长且直径较线都在同一 平面上;壳体总装的在车床 上加工环焊缝坡口，加工大的设备，为保证垂直度小于工艺路线安排。 从制造上讲，输时控制 相邻锥节的外圆周长公差20mm;同轴度不大于0.5mm这样气管 的制作难度较大。为士6mm。的指标，关键取决于设备的加工d)内件组装d)球形封头的制造工艺、组装工艺及生产过程中的因为内件是国外进口的，并气体返回室上部的球形封头严格控制。本台设备保证同轴度非按壳体尺寸配制， 加上工艺要规格为 SR1750,厚度为60+5mm, .的最大难点在于锥体的制作及其求对组装尺寸要求严格， 给内件采用整板压制。 气化炉下部的球与壳体的组装焊接。的组装带来困难。内件组装检验形封头 规格为SR2325,厚度为恒力吊架基础环水平偏差及是一个重 要的控制点。95mm，采取分瓣压制。按冲压工基础环与壳体同轴要求同样应注艺要求，分瓣的球形封头在专用3.4“壳牌”气化炉制造工艺要求工装 上进行组对、焊接，保证封b)接管数量多且位置公差要.(1)气化炉制造工艺要求头的椭圆度士5mm。.求高a)下料尺寸的控制e)气化炉炉体组装气化炉因工艺要求，接管数简节下料时应控制长度公差气化炉壳体段分为8个部件量多且位置公差要求高。仅气化为土 5mm、宽度公差土1mm;简在制造厂 组对，组对时包括各段炉壳体部件.上就有112个大小接节 刨边后必须检查对角线长度及上接管、 吊耳等零件，组焊后各管。其中与内件1换热面连接的接偏差应小于2.5mm;质检部检查部件分别进行消除应力热处理。管间的公差土2mm;气化炉环向后 应做好记录好。①炉体底部的球形封头与下16个接管及合成气冷却器环向12b)简节尺寸的控制部管口的接管法兰组焊后进行二个接管,角度偏差为0.05° ;烧嘴简体规格分为φ 46301次加工， 保证封头与管口同轴。组装尺寸要求更高;输气管的直φ 3020/ φ 3400,最中国煤化工体组对采用激光径为2m--3m,斜插管角度偏差为95mm。简节卷制前应先MYHCNMHG艺方法进行，以30|卢湾敷辑王设备| 20.0技术交流L JI SHU JIAO LIU保证炉体的同轴度不大于0.5mm直, 其中恒力吊架基础环水平度将气化炉各段水平放置地平和直线度小于20mm,同时在炉体及同 轴度按基准找正，内件用工台上， 进行整体预组装，验证壳外圆上刻划出一个基准圆，基准装卧置组装。体各段位置偏差是否在公差允许圆应与炉体的轴线垂直。i)接管组装范围内，以确保在现场组装时满气化炉壳体上四个喷嘴接管气化炉上接管数量较多，为足 施工图技术要求的各项指标。在设备内用工装将其固定，其位保证接管的位置公差， 利用壳体放置后分别调整各段的水平高置由基准圆.上将基准线转移过上的基准 圆，组对时采用专用的度，使之中心截面在同一个水平来，以保证喷嘴接管圆截面与设工装， 从而保证相互间的尺寸偏面上， 平台上放置专用工装板，备的轴线垂直，接管组焊后才能差。插入式接管、管接头等，除以便调整各段的位置、 相互间的拆除工装。施工图中另有规定外不应伸出壳间隙等，同时检验并记录。炉体部分组焊后利用龙门吊体的内表面，以防影响内件的组标注壳体.上四条心线的位置架(其高度可以满足内件与壳体及基准圆之间的距离，并做标的重叠尺寸)将其立起并找正固j)设备焊接记，以保证现场安装时的准确无定，将内件组装、焊接，内件组焊接按焊接工艺要求，施焊误。装时利用专用工装，保证同轴度前检查复 合板的对口错边量应不m)气化炉除锈、油漆、包装不大于0.5mm。内件组焊合格后，大于 2mm,焊前预热(温度小于和运输再将上部锥体组焊。150C)，焊后消除应力处理除锈、油漆、包装和运输按f)拱顶/输气管组装(690C+ 14C),焊后立即消氢施工图和JB/4711-2003《压力容本部分输气管的下料用(温度 350C/3h )。焊缝的无损检器涂敷与运输包装》要求执行，AutoCAD画出展开图，然后实际测应 在焊接完成24小时后进行。在各分段筒节的焊接端口50mm下料,端口留出研合量，质检部k)设备压力试验范围内涂可焊性涂料，壳体分段检查并记录下料尺寸，满足展开气化炉设备分为五段水压试端口及各接管口分别用盲 板包图尺寸。组对时用工装及样板控验， 试验时内件先不组装。装。制好45°角，内件卧置组装。①气化炉下部壳体g) 气体返回室组装②气化炉上部锥体至壳体3.5气化炉现场总体安装本部分厚250mm和210mm的③拱顶/输气管按工程要求对气化炉进行现壳体为锻件，按金工工艺要求加④气体返回室场安装，组焊各段合拢口，焊接工，厚250mm的锻制壳体与厚⑤合成气冷却器按焊接工艺要求。210mm的锻制壳体成45°角，组试验前端口组焊试压工装封现场组焊的焊缝进行射线及对时用工装及样板控制好45°头，各接管安装工装育板，试验超声波检测， 设备整体组焊完毕角，焊接时无法利用转罐机转动程序 及试验压力按制造工艺要求后不再进行强度(水压)试验,其两部件，焊接时需全位置焊，所进行。 试验后将试压封头切割焊缝称为“黄金焊缝”。所以焊接以焊接应保证焊透。内件卧置组掉， 修磨壳体端口并对坡口进行时一定保证焊透,确保焊缝质量渗透检测。百分之百合格。h)合成气冷却器组装1)设备整体试组装现场组装顺序如下:本部件的长度较长，组对时气化炉各段水压试验合格(1) 气化炉下部壳体部分先采用激光经纬仪透光的工艺方法后，分别组装内件，其中气化炉安装在基础上，然后将气化炉上进行，以保证炉体的同轴度不大壳体部分内件需 立式组装，其余部锥体与壳体部分组焊，焊缝无于0.5mm和直线度小于20mm,同部分 采取卧置组装。内件组装后损检测按设备总图要求。时在壳体外圆上刻划出一个基准按浇 注工艺要求浇注各中国煤化工气管部分与气体圆，基准圆应与壳体的轴线垂火层。YHCNMHG面上组焊,焊缝2009.0901 石油和化工设备 |31技术交流无损检测按设备总图要求。杂、单台产值大的特点，如果加艺及人才的储备， 就可开拓气化(3)合成气冷却器部分安装 大自身设备的改造，加大技术工 炉制造业广阔的市场。哆在基础上。(4)将拱顶/输气管和气体返.参考文献回室部分的组焊件，分别与气化[1]JB4732- -95《钢制压力容器-分析设计标准》全国压力容器标准化技术委员炉部分及合成气冷却器部分进行会发行1995-10-15实施组焊，焊缝无损检测按设备总图[2]GB150- -1998《钢制压力容器》国家技术监督局发布1998- -03-20发布要求。[3] GB151-1999《管壳式换热器》国家质!技术监督局发布1999- 02- -26发(5)设备整体组焊完毕后不布再进行强度(水压)试验。[4]《压力容器安全技术监察规程》中国劳动社会保障出版杜出版发行1999年10月第1版4小结[5]JB4708- 20000钢制压力容器焊接工艺评定国家机械工业局国家石油和化学工业局2000 -08- -15发布通过上述对气化炉这一典型[6] JB/T4709 -2000 《钢制压力容器焊接规程》国家机械工业局国家石油和化设备的结构特点、制造工艺要求学工业局2000 -08-15发布的分析可知，气化炉具有结构复资讯门烟气脱硫新技术跻身国际前列.本刊讯截至8月底，采用国家烟气脱硫工程技术研究中心、四川大学等开发的新型催化法烟气脱硫技术建成的10000Nm2/h烟气脱硫示范工程，在广东成功运行1年。运行结果显示，这套具有我国自主知识产权的技术设备烟气脱硫效率达到95%以上，同时实现了废水、废气“零排放”，而且副产物硫酸、硫酸盐等还可资源化综合利用。专家表示，这套工业化示范装置的稳定成功运行，标志着我国在这一领域已走在世界前沿，为我国环境治理和资源综合利用开辟了新的空间。在国家自然科学基金和国家科技攻关项目资助下，我国科研人员经过20多年的探索开发成功的新型催化法烟气脱硫技术，突破了脱硫剂的原料与产品出路两大技术难点。有关专家表示，该技术将改变高开采、高污染、高消耗、低效益(“三高一低”)的二氧化硫治理模式，同时，有望改变以往我国烟气脱硫技术和设备基本依靠进口，既要付出高额技术使用费又难以适应国情的局面。现在，该技术已列入国家当前优先发展的高新技术产业化重点项目，成为循环经济关键支撑技术。专家分析，该工艺集成了新型催化脱硫剂、新型脱硫反应器和新型脱硫工艺，具有五大特点。一是消耗少、效益高。按减排1000万吨二氧化硫计，采用传统的石灰石-石膏法，需消耗石灰石约2300万吨;而新型催化法脱硫剂消耗量仅为20万吨，脱硫成本可降低约60亿元，同时可减少二氧化碳排放量约700万吨，回收硫资源生产硫酸1500万吨。二是用可再生的酒糟、秸秆、食用菌菌渣等替代一次性不可再生的煤、焦油以及宝贵的木材等资源来制备脱硫催化剂，充分实现了废物综合利用。三是催化氧化温度低、适.用浓度范围大。新型烟气脱硫催化剂抗毒性强、寿命长、低温催化活性高，可以在二氧化硫浓度0.05%-2%、烟气温度60%C- 200C的条件下使用。而以前的催化法脱硫技术仅适合于反应温度高、气体前处理净化程度高、二氧化硫浓度高的烟气净化。四是脱硫副产物为硫酸或硫酸盐产品，附加值高。五是投资回收期短。一般4~5年即可收回投资,如算上每年少交的排污费，则当年就可收回投资。中国煤化工YHCNMHG32万法聂指工设备I 2009.09