內壁堆焊S31603氣化爐殼體的制造工藝

王普選

(山西豐喜化工設備有限公司，山西 永濟 044599)

內壁堆焊S31603氣化爐殼體的制造工藝

王普選

(山西豐喜化工設備有限公司，山西 永濟 044599)

按照氣化爐殼體結構，加工制造時先分為若干組焊件，合理編排加工制造工序，較多地采用機械加工使各零部件的尺寸和允許偏差符合要求，并采取有效措施控制堆焊、熱處理過程中的變形和尺寸變化，最終保證氣化爐殼體的整體制造質量。

氣化爐殼體；熱處理；堆焊；變形；控制

引 言

氣化爐是煤氣化工藝的核心和關鍵設備，為了適應高硫、高灰、高灰熔點低質煤等范圍較寬煤種的氣化要求，保證氣化爐殼體在工況條件下的抗氫腐蝕性能，氣化爐殼體材料采用15GrMoR堆焊S31603，制造時有效控制和處理堆焊金屬的收縮及預熱，熱處理過程造成的各部件變形、尺寸變化，保證殼體的各項技術質量指標符合要求，是殼體制造中的關鍵[1-2]。本文通過實例對氣化爐殼體的制造工藝予以闡述。

1 氣化爐殼體結構和主要技術質量指標

1.1 氣化爐殼體結構

氣化爐殼體結構詳見圖1。按煤氣化工藝主要分為激冷室和燃燒室2大部分。其中，激冷室DN3200，由“DN1750法蘭、短節、下錐體、殼體、上錐體”等主要零部件組成，殼體(錐體)壁厚S=80+6(S=88+6) mm，15GrMoR堆焊S31603；燃燒室由“殼體、球形封頭、DN2800法蘭、凸緣法蘭” 等主要零部件組成，殼體(球形封頭)壁厚S=70+6(S=50+6) mm，15GrMoR堆焊S31603。法蘭材料均為15GrMoⅢ堆焊S31603。

單位：mm

1.2 主要技術質量指標

1) 殼體直線度檢查。對于一個基準面，任意3 000 mm長圓筒段直線度允差為±3 mm，全長為±6 mm。

2) 制造和安裝后，氣化爐全長范圍內設備中線垂直度公差不大于12 mm。

3) 殼體的圓度允差為±6 mm。

4) 爐頂凸緣法蘭中心線與殼體中心線之間的同軸度允差為±3 mm。

以上各項技術質量指標表明，氣化爐殼體的制造精度遠高于一般壓力容器。

2 殼體制造工藝

2.1 激冷室殼體零部件加工制作

1) 根據激冷室結構特點，將一次加工完成的件號1-1、1-2、1-3(見圖1)組焊為“下錐體組焊件”后整體堆焊。一次加工時分別按以下要求進行：

a) 件號1-1法蘭頸部的內、外徑尺寸和件號1-2短節的內、外徑尺寸一起按取齊并加工坡口后件號1-3下錐體小口端的尺寸相配，件號1-1法蘭厚度和外徑尺寸留出二次加工余量。

b) 件號1-3下錐體先進行小口端的取齊和坡口加工，堆焊完成后進行大口端的取齊和坡口加工。

c) “下錐體組焊件”組對、堆焊和二次加工。

“下錐體組焊件”組對→焊接→RT檢測合格。將“下錐體組焊件”裝夾在翻轉式變位機進行帶極堆焊：堆焊過渡層→PT檢測→熱處理→堆焊面層。件號1-1法蘭密封面處的堆焊厚度應留有二次加工和整體熱處理后進行法蘭密封面精加工兩次加工余量。

“下錐體組焊件”二次加工時，先將件號1-1密封面處加工出一個平面(作為組對時的基準平面)，法蘭外徑加工到圖紙尺寸，再加工下錐體的大口端及坡口。大口端徑向尺寸按制作完成的件號1-5殼體相配。

2) 件號1-5激冷室殼體制作、加工、堆焊。

a) 件號1-5殼體采用定尺板分兩節制作，展開尺寸分別以實測下、上錐體大口端的實際尺寸，并考慮縱焊縫橫向收縮量、堆焊及熱處理過程的徑向收縮量等因素的基礎上予以確定。

b) 加熱壓頭預彎后卷制成形，樣板檢驗壓頭預彎弧度和弧長符合工藝要求。卷制→焊接→校圓→RT檢測合格，檢查筒體圓度偏差符合≤6 mm的控制要求。

c) 按單節筒體加工圖，加工單節筒體上、下端面及坡口，對上、下端面的平行度進行檢查。合格后，將兩節筒體組焊為件號1-5殼體，B類焊接接頭RT合格。對兩端面平行度和殼體直線度進行檢查。

d) 件號1-5殼體整體進行過渡層堆焊→PT檢測→熱處理→面層堆焊→PT檢測。

3) “上錐體組焊件”的加工制作。

將一次加工完成的件號1-8上錐體和件號1-28殼體組焊成“上錐體組焊件” (見圖1)后整體堆焊。一次加工時分別按以下要求進行：

a) 件號1-8上錐體先加工完成小口端面和坡口，小口端內、外徑尺寸和件號1-28殼體內、外徑尺寸相配。

b) 件號1-28殼體的展開尺寸，以實測一次加工完的上錐體小口尺寸來換算相配，并考慮A類接頭焊縫橫向收縮量。制作要求參照件號1-5殼體，一次加工上、下端面及坡口。

c) “上錐體組焊件”組對、堆焊和二次加工。

“上錐體組焊件”組對→焊接→RT檢測合格。將“上錐體組焊件”裝夾在翻轉式變位機上進行帶極堆焊：堆焊過渡層→PT檢測→熱處理→堆焊面層→PT檢測。 二次加工時，主要加工上錐體的大口端平面及坡口，內、外徑尺寸根據制作完成的件號1-5殼體相配。

4) 激冷室殼體組焊、熱處理和加工。

a) 將激冷室殼體(見圖1)各組焊件(支座和激冷環裝配的環板也同時組焊)組對焊接→RT檢測→環焊縫堆焊和PT檢測完成。

根據單因素試驗及正交試驗結果，綜合其營養價值及感官品質得出姜汁保健果凍的理想配方為白砂糖添加量12%，卡拉膠、黃原膠、槐豆膠的配比7∶1∶1，膠凝劑添加量1.20%，姜汁添加量14%，檸檬酸添加量0.062 5%，β-環狀糊精添加量0.04%。

b) 數控鏜銑床加工殼體上各接管孔后，組焊各接管并無損檢測合格。

c) 激冷室殼體部分作為一個整體進行熱處理，數控鏜銑床精加工件號1-1法蘭密封面、螺栓孔及與激冷環裝配環板的加工內容。

2.2 燃燒室殼體零部件加工制作

2.2.1 燃燒室殼體和DN2800法蘭的加工制作

根據燃燒室結構，將一次加工完成的件號1-10、1-12(見圖1)組焊為“燃燒室殼體組焊件”后整體堆焊。一次加工時分別按以下要求進行：

1) 件號1-10，燃燒室殼體制作

采用定尺板分兩節筒體制作，展開尺寸以一次加工完成后的件號1-28實測內徑尺寸換算確定。殼體的預彎→卷制→焊接→找圓→端面及坡口加工→兩節筒體組對→焊接→RT檢測，其過程和要求參照件號1-5殼體。

2) 件號1-12，DN2800法蘭的加工(2件)

出法蘭一次加工圖，確定法蘭堆焊前的各個尺寸，法蘭厚度留出二次加工余量。其中，一件法蘭的內徑尺寸和卷制找圓后的件號1-10相配；另一件法蘭的內徑尺寸和一次加工完成的件號1-19球形封頭內徑尺寸相配。

a) “燃燒室殼體組焊件”組焊(同時組焊殼體上的吊耳)并無損檢測合格后整體進行：堆焊過渡層→PT檢測→熱處理→堆焊面層→PT檢測。

b) 數控鏜銑床加工“燃燒室殼體組焊件”上各接管孔后，組焊各接管并無損檢測合格。

c) 將“燃燒室殼體組焊件”爐內整體進行消除應力熱處理。

d) 二次加工，在數控鏜銑床上完成法蘭厚度、密封面和螺栓孔的加工，檢查法蘭密封面與筒體下端面的平行度和同軸度符合要求。

2.2.2 “燃燒室封頭組焊件”的加工制作

將一次加工完成的件號1-12、1-18、1-19、1-20(見圖1)組焊為“燃燒室封頭組焊件”后整體堆焊。一次加工時分別按以下要求進行：

1) 件號1-19，球形封頭

球形封頭采用定尺板下料，定尺板的寬度尺寸保證避開中心開孔，成形后的內直徑公差規定為適當的正偏差，不允許出現負偏差。

一次加工端面和焊接坡口，同時加工完成與件號1-20凸緣法蘭組焊的中心孔及坡口，檢查中心孔和球形封頭內徑的同軸度符合要求。

2) 件號1-18，殼體

展開下料，根據件號1-19球形封頭一次加工后實測內徑尺寸換算下料，并考慮A類接頭焊縫橫向收縮量。

一次加工兩端面及坡口和一端的削邊處理，控制圓度偏差≤6 mm。

3) 件號1-20，凸緣法蘭

一次加工時留出厚度方向上平面的二次加工余量，其余尺寸按圖加工完成。

4) “燃燒室封頭組焊件” 組對、堆焊、熱處理和二次加工

“燃燒室封頭組焊件”由于采用螺栓和殼體連接，熱處理完成后，編制二次加工，從工序到工步的詳盡加工工藝和加工完成后的檢驗檢測方法。檢查凸緣法蘭對件號1-12法蘭的平行度、同軸度和對軸線的垂直度。

基本工藝路線：組焊各件(含吊耳)→檢驗→RT檢測→堆焊過渡層→PT檢測→熱處理→堆焊面層→PT檢測→爐內整體熱處理→二次加工→全面檢驗，符合各項技術要求。

2.3 各組焊件堆焊預熱及過程變形的控制措施

2.3.1 殼體內壁堆焊的預熱

將殼體臥置放在專用焊接翻轉臺上，采用雙排燃氣加熱裝置預熱，火焰置于筒體底部兩側，夾角約90°，過渡層堆焊前預熱溫度不小于200 ℃，用紅外測溫儀測試殼體頂部的溫度，達到預熱溫度后開始堆焊。堆焊過程中持續加熱不允許中斷[3]。

2.3.2 堆焊過程控制變形措施

1) 采用環向堆焊：堆焊采用60/75×0.5焊帶時，焊道間的搭接寬度為8 mm～12 mm；采用30×0.5的焊帶時，搭接寬度為6 mm～8 mm。每層堆焊厚度2.5 mm～3.5 mm。每一層的各焊道應相互平行，相鄰兩層焊道的搭接處應相互錯開,不應重迭或搭接不良。堆焊表面平整，相鄰焊道之間的凹陷不得大于0.5 mm，焊道接頭的不平度不大于1 mm。

2) 堆焊時，不采用剛性固定，避免徑向尺寸變化時殼體軸線出現波浪變形的缺陷。過渡層或面層堆焊完成后，專用焊接翻轉臺繼續運轉到殼體冷卻至常溫。其中，過渡層堆焊完后，加熱裝置繼續加熱，按一定的時間段逐步關小燃氣，直至關停。

2.4 氣化爐殼體的熱處理工藝方案和控制變形措施

2.4.1 氣化爐殼體的熱處理工藝方案

1) “激冷室殼體部分”、“燃燒室殼體組焊件”和“燃燒室封頭組焊件”分別在熱處理爐內進行整體消除應力熱處理(上述工藝過程已注明)。

2) 激冷室殼體部分件號1-28和“燃燒室殼體組焊件”連接的B類焊接接頭采用局部消除應力熱處理。

3) 熱處理工藝參數：入爐溫度≤400 ℃；升溫速度55 ℃/h～75 ℃/h；保溫溫度(670±20)℃；保溫時間6.5 h；降溫速度55 ℃/h～75 ℃/h；<400 ℃后出爐空冷。

2.4.2 控制變形的措施

1) “激冷室殼體部分”、“燃燒室殼體組焊件”，由于組件中的錐體、件號1-12法蘭剛性較好，熱處理變形的特征主要表現為徑向尺寸均勻且略有縮小，在零部件加工制作時，一般按允許偏差的上偏差制作，熱處理后的尺寸和圓度偏差均能符合質量指標的要求；殼體的筒體部分，熱處理變形的特征除徑向尺寸略有縮小外，還存在垂直于水平面圓度偏差的變化，需要控制，并采取分別在筒體全長組裝不少于三道可拆式剛性支撐圈。

2) 在裝爐熱處理前，實測殼體筒體的最大、最小內徑，并標識。將最大內徑垂直于水平面放置。“燃燒室封頭組焊件” 熱處理時，將件號1-12法蘭平面水平放置即可。

3) 各組件整體熱處理<400 ℃出爐空冷時，在專用轉臺上轉動冷卻至常溫。

3 結語

上述氣化爐殼體的制造工藝，具有合理編排相關工序、較多地采用機械加工來保證各零部件的尺寸和允許偏差符合要求并在堆焊及熱處理過程中采取有效措施對變形和尺寸變化進行控制相結合等特點，制造完工的氣化爐殼體各項質量技術指標符合要求。

[1] 丁滿福.淺析煤氣化裝置存在的工程技術問題及對策[J].中國化工裝備,2015(6):40-43.

[2] 陳俊杰.淺析氣化爐的制造工藝[J].化學工程與裝備,2012(8):131-132.

[3] 李國繼，杜國珠.新型氣化爐側壁四燒嘴組件制造技術[J].壓力容器,2005，22(6):37-39.

Manufacturing process of surfacing welding in inside wall of S31603 gasifier shell

WANG Puxuan

(Shanxi Fengxi Chemical Equipment Co., Ltd., Yongji Shanxi 044599, China)

According to the structure of gasifier shell, the weldment are divided into several groups in processing and manufacturing, and manufacturing process is reasonably arranged. The mechanical processing is adopted to make size and deviation of each component meet the requirements and effective measures are taken to control the deformation and size change in the process of surfacing welding and heat treatment, finally ensuring the overall manufacturing quality of gasifier shell.

shell gasifier; heat treatment; surfacing welding; deformation; control

2016-03-10

王普選，男，1964年出生，1988年畢業于太原重型機械學院鑄造工藝及設備專業，本科，工程師，現在山西豐喜化工設備有限公司從事壓力容器制造、檢驗工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.02.34

TQ05；TQ545

A

1004-7050(2017)02-0100-04

化機與設備