殼牌爐合成氣冷卻器蒸發(fā)器螺旋盤(pán)管檢修及方案

高洪斌 曹晶星

（1、大化集團(tuán)股份有限公司，遼寧 大連 116000 2、武漢鍋爐集團(tuán)超順鍋爐設(shè)備制造有限公司，湖北 武漢 430000）

1 背景

殼牌煤氣化工藝采用來(lái)自煤粉給料單元的加壓煤粉與氧蒸汽混合后，進(jìn)入氣化爐四個(gè)對(duì)稱布置的煤燒咀，在爐內(nèi)燃燒氣化，形成的溶融態(tài)的渣沿水冷壁向下流動(dòng)進(jìn)入底部渣池，激冷成細(xì)渣粒出氣化爐;氣化產(chǎn)生的大量合成氣和灰分，向上出氣化爐，經(jīng)激冷壓縮機(jī)激冷至900℃后進(jìn)入激冷段、輸氣管段、氣體返混室至合成氣冷卻器，在合成氣冷卻器前溫度為750℃度左右。為增加換熱面積，降低合成氣溫度，合成氣冷卻器采用多段多圈盤(pán)管式結(jié)構(gòu)，一方面使出合成氣冷卻器的溫度降低至350℃以下，滿足后續(xù)設(shè)備和管線使用要求；另一方面因流通截面積減小、同時(shí)合成氣冷卻器最上段盤(pán)管正處于合成氣的迎風(fēng)面，導(dǎo)致磨損加劇，輕則局部泄漏、重則爆管，進(jìn)而引起結(jié)焦、堵塞，壓差增加，局部管道更進(jìn)一步磨損（圖1）。

圖1

自第一臺(tái)爐引進(jìn)至國(guó)內(nèi)已累計(jì)使用15 年多，多個(gè)廠家已發(fā)現(xiàn)合成氣冷卻器最上圈盤(pán)管泄漏問(wèn)題，比較通用的是整體更換和局部檢修，最終選擇依實(shí)際損壞情況。以下為投煤量2000 噸/天爐局部處理方案討論此類問(wèn)題，該方案因施工時(shí)間短、工作量相對(duì)較小、費(fèi)用低，不需切割氣化爐壓力容器封頭獲得用戶廣泛認(rèn)可。

2 合成氣冷卻器蒸發(fā)器主要結(jié)構(gòu)

合成氣冷卻器最外面為垂直的膜式壁結(jié)構(gòu)、里面盤(pán)管分為四段，分別為蒸發(fā)器1.1/1.2，蒸發(fā)器2，蒸發(fā)器3。根據(jù)工藝要求蒸發(fā)器3 有時(shí)也做蒸汽過(guò)熱器用，但結(jié)構(gòu)和材料相同（圖2）。

圖2 合成氣冷卻器結(jié)構(gòu)圖

蒸發(fā)器3 螺旋盤(pán)管由內(nèi)至外分為6 圈，第一圈環(huán)管中心圓直徑φ673，圓周長(zhǎng)2.11 米，管道規(guī)格φ48.3*8，材質(zhì)1.7335；第二圈環(huán)管中心圓直徑φ861，圓周長(zhǎng)2.70 米，管道規(guī)格φ48.3*8，材質(zhì)1.7335；第三圈環(huán)管中心圓直徑φ1049，圓周長(zhǎng)3.29 米，管道規(guī)格φ48.3*8，材質(zhì)1.7335；第四圈環(huán)管中心圓直徑φ1237，圓周長(zhǎng)3.88 米，管道規(guī)格φ48.3*8，材質(zhì)1.7335；第五圈環(huán)管中心圓直徑φ1425，圓周長(zhǎng)4.47 米，管道規(guī)格φ48.3*8，材質(zhì)1.7335；第六圈環(huán)管中心圓直徑φ1613，圓周長(zhǎng)5.06 米，管道規(guī)格φ48.3*8，材質(zhì)1.7335。

蒸發(fā)器1.1/1.2/2 由內(nèi)至外分為5 圈，第一圈環(huán)管中心圓直徑φ861，圓周長(zhǎng)2.70 米，管道規(guī)格φ48.3*8，材質(zhì)1.7335；第二圈環(huán)管中心圓直徑φ1049，圓周長(zhǎng)3.29 米，管道規(guī)格φ48.3*8，材質(zhì)1.7335；第三圈環(huán)管中心圓直徑φ1237，圓周長(zhǎng)3.88 米，管道規(guī)格φ48.3*8，材質(zhì)1.7335；第四圈環(huán)管中心圓直徑φ1425，圓周長(zhǎng)4.47 米，管道規(guī)格φ48.3*8，材質(zhì)1.7335；第五圈環(huán)管中心圓直徑φ1613，圓周長(zhǎng)5.06 米，管道規(guī)格φ48.3*8，材質(zhì)1.7335；

從各廠家使用檢查情況看，蒸發(fā)器3 磨損尤其厲害。

3 主要檢查情況

根據(jù)實(shí)際損壞情況，檢修、檢查主要集中在蒸發(fā)器3。從各現(xiàn)場(chǎng)檢查情況看，蒸發(fā)器3 的六圈盤(pán)管均有不同程度磨損，其中第一圈到第六圈磨損逐步加重，第一圈實(shí)測(cè)壁厚大部分在4mm 以上，第六圈最小部分低于2mm(原始8mm)，上部磨損明顯高于下部磨損。本檢修方案根據(jù)實(shí)際檢查情況對(duì)第六、五、四、三、二、一圈磨損部分更換，同時(shí)對(duì)其他圈的漏點(diǎn)進(jìn)行處理。

4 材料準(zhǔn)備

本方案按上部磨損較厲害，從上到下更換17 層準(zhǔn)備材料，見(jiàn)表1。

表1

5 檢修方案

5.1 拆A1、A10、A11、A12、A15 內(nèi)外人孔。

5.2 A11、A12 內(nèi)接照明及搭設(shè)腳手架。

5.3 A11 內(nèi)及環(huán)隙清灰及A10、A12 接風(fēng)機(jī)各1 臺(tái)配合檢修。

5.4 A12 膜式壁內(nèi)搭隔離平臺(tái)，鋪防火毯。A15 人孔內(nèi)搭隔離平臺(tái)，鋪防火毯。

5.5 在爐膛內(nèi)，將確定的擬更換區(qū)域膜式壁管從盤(pán)管最上圈約20mm 以上切管，下部至密封板上約30mm,管道總長(zhǎng)約1100mm，總計(jì)112 根膜式壁管四周對(duì)稱各留5 根共20 根管做支撐，部分不利于焊接處也可留下。

5.6 按標(biāo)記線切割移除需更換管段，水冷壁管先切下口，用鐵皮將切口隔斷后切水冷壁上口，后切管間密封，以3～5根管一組切下移出爐內(nèi)。切割管口開(kāi)坡口、管端坡口尺寸為35°×1，管端磨光20mm 見(jiàn)金屬光澤，密封管口，待裝配。

5.7 下管口用管塞堵住，防止異物進(jìn)入。

5.8 為防止雜物進(jìn)入水系統(tǒng)，下部切口全部采用角磨。

5.9 和甲方一起確定最終更換的管圈范圍并對(duì)各管圈水系做好標(biāo)記。

5.10 在A12 人孔內(nèi)做180 度對(duì)稱支撐各圈盤(pán)管。

5.11 依次從外往里切除蒸發(fā)器3 擬更換管圈，切管長(zhǎng)度在利于焊接的情況下盡可能長(zhǎng)。對(duì)水系的進(jìn)口和出口切除時(shí)兩邊端口采用角磨，切開(kāi)后塞鐵皮保護(hù)好。中間部分盡可能使用角磨，在不損傷其他管道情況下可采取其他方式切除。

5.12 逐圈檢查管道磨損情況，切0-360 度方向，計(jì)劃每圈切17 層，先至密封板處。

5.13 根據(jù)切割盤(pán)管檢查情況，決定是否拆除中間密封板，如下部仍磨損較大須更換則在蒸發(fā)器3 內(nèi)搭腳手架至密封板處。按以往檢查情況，第一圈管因堆焊inconel 材料，磨損較小，是否切和更換依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況定（圖3）。

圖3 頂部管道磨損情況

5.14 圈與圈之間在切除前后用輔助支撐定位好。

5.15 對(duì)妨礙施工的相關(guān)管線和設(shè)備，在獲得甲方同意后方可移除，完工前全部恢復(fù)。

5.16 擬更換盤(pán)管移除后將蒸發(fā)器各圈盤(pán)管兩端管口開(kāi)坡口，表面30mm 打磨出金屬光澤，無(wú)飛濺、殘?jiān)⒂臀勖痰取?/p>

5.17 備件盤(pán)管依據(jù)切除長(zhǎng)度逐圈預(yù)制，從里往外組隊(duì)、焊接，焊接前將管口封堵物清除，檢查內(nèi)部無(wú)雜物后進(jìn)行管口焊接。管管焊接采用手工氬弧焊，按照CS-WPS03 焊接工藝執(zhí)行，焊材用φ2.4 H08CrMoA 焊絲。焊接完成后進(jìn)行PT檢查，Ⅰ級(jí)合格。所有焊縫應(yīng)無(wú)夾渣、氣孔、裂紋、焊瘤等缺陷。

5.18 按1/2/3/4/5/6 依次安裝各圈盤(pán)管，盤(pán)管直徑差不超+-5mm。

5.19 每完成一圈的管道焊接即進(jìn)行管間密封焊，管間密封焊采用氣保焊。試壓完成后進(jìn)行下一圈盤(pán)管安裝。

5.20 蒸發(fā)器盤(pán)管更換完畢后，膜式壁管上下用內(nèi)塞封堵，進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力甲方確定，保壓30 分鐘各圈盤(pán)管無(wú)滲漏、水跡為合格。

5.21 盤(pán)管試壓合格后，拆除膜式壁兩端封堵，對(duì)管口重新打磨見(jiàn)金屬光澤，安裝膜式壁管。管管焊接采用手工氬弧焊，按照CS-WPS03 焊接工藝執(zhí)行，焊材用φ2.4 H08CrMoA 焊絲。焊接完成后進(jìn)行PT 檢查，Ⅰ級(jí)合格。所有焊縫應(yīng)無(wú)夾渣、氣孔、裂紋、焊瘤等缺陷。

5.22 管道焊接完成后進(jìn)行管間密封焊，管間密封焊氣保焊。

5.23 恢復(fù)因施工需拆除的管線、設(shè)備。

5.24 如發(fā)現(xiàn)切下17 圈盤(pán)管后仍有嚴(yán)重減薄現(xiàn)象，可繼續(xù)向下切水冷壁和盤(pán)管，直至檢查盤(pán)管滿足使用要求后方開(kāi)始更換盤(pán)管。

5.25 水汽系統(tǒng)施工完成、對(duì)整個(gè)氣化爐的水汽系統(tǒng)全面試壓檢查。合格后完成交工。

6 檢修技術(shù)要求

6.1 焊接工作必須由持證焊工操作。

6.2 用機(jī)械切割水冷壁管，管口齊整、打磨光滑，焊接時(shí)整體氬弧焊焊接恢復(fù)水汽管線；焊接前下管口用堵頭堵住以防雜物進(jìn)入。

6.3 更換從第一圈開(kāi)始，每一根管子都要用空氣吹和通球檢驗(yàn)，確保管內(nèi)不能有異物，每圈焊接完畢后必須打磨著色檢查，確認(rèn)無(wú)缺陷后進(jìn)行管間密封焊。直到所有每圈所有層更換完畢并著色檢查無(wú)缺陷后方可試漏。

6.4 焊接的“管口”和“天窗”的制作應(yīng)保證尺寸相互匹配，坡口的角度應(yīng)保證焊接的要求。

6.5“管口”、“天窗”的下料切斷采用機(jī)械方式，使用角向磨光機(jī)切割打磨。必須十分注意防止鐵渣或工具掉進(jìn)管道內(nèi)，采取即割即封的方法加以封堵。一旦掉入異物，應(yīng)及時(shí)匯報(bào)和采取措施，將掉入的異物取出，避免運(yùn)行中造成管子過(guò)熱爆管。

6.6“天窗”及“管口”切口表面應(yīng)平整，無(wú)裂紋、重皮、毛刺、凹凸、縮口、熔渣、氧化物及鐵屑等，切口斷面傾斜偏差不應(yīng)大于管子外徑的1%，且不超過(guò)2mm。必須用磨光機(jī)磨去影響焊接質(zhì)量的表面層，并將凹凸不平處打磨平整。管道“馬口”及“天窗”進(jìn)行坡口加工，采用角向磨光機(jī)將坡口及其附近20mm 區(qū)域打磨至見(jiàn)金屬光澤。

6.7 螺旋盤(pán)管焊接

6.7.1 螺旋盤(pán)管焊接采用氬弧焊，氬焊接時(shí)，應(yīng)盡可能在管道內(nèi)部進(jìn)行充氬保護(hù)（現(xiàn)場(chǎng)可能不具備充氬條件）。

6.7.2 焊接工藝參數(shù)，見(jiàn)表2。

表2

6.7.3 正式焊接前需對(duì)組對(duì)的焊口及坡口進(jìn)行檢查，坡口尺寸符合焊接要求，坡口的毛刺和鐵銹需打磨干凈，特別是管道內(nèi)壁的灰漿硬塊需用內(nèi)磨機(jī)進(jìn)行打磨。

6.7.4 焊接用氬弧焊進(jìn)行焊接，焊接需采用多層焊，在進(jìn)行打底焊接時(shí)，一定要注意根部焊道內(nèi)測(cè)的平滑，即不得在管內(nèi)側(cè)形成焊瘤。

6.7.5“天窗”的焊接采用氬弧焊，焊接采用多層焊焊接，管口與“天窗”的結(jié)合部位需特別注意焊接的過(guò)渡，保證焊縫的平滑過(guò)渡。

6.7.6 焊縫的表面及熱影響區(qū)，不得有裂紋、氣孔、夾渣、弧坑等缺陷。

6.7.7 焊縫必須無(wú)損檢測(cè)，外觀檢查合格后再進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。水冷壁管及螺旋盤(pán)管無(wú)損檢測(cè)因氣化爐內(nèi)部空間限制對(duì)管道所有焊縫進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格。

6.8 試漏采用多次加壓試驗(yàn)方式

6.8.1 從第一圈開(kāi)始，每安裝完一圈盤(pán)管及密封焊，將其他盤(pán)管口和膜式壁用管堵堵住，加壓至工作壓力，檢查焊縫泄漏情況。

6.8.2 試壓合格從里向外依次安裝各圈盤(pán)管。

6.8.3 所有螺旋盤(pán)管安裝完成，堵水冷壁，對(duì)螺旋盤(pán)管全面試壓檢查，確認(rèn)無(wú)泄漏再恢復(fù)水冷壁管。

6.8.4 水冷壁管及其他水汽管道安裝完成后，對(duì)水汽系統(tǒng)全面試壓檢查。

6.9 試漏盤(pán)管采用專用堵頭或盲板密封焊接的方式堵住所開(kāi)天窗管管口；按工藝查漏方案，配合工藝查漏，確認(rèn)、標(biāo)識(shí)、記錄漏點(diǎn)。

6.10 所有施工完畢后，將施工現(xiàn)場(chǎng)清理干凈。

7 質(zhì)量控制

7.1 水冷壁及螺旋盤(pán)管管道運(yùn)行環(huán)境為高溫、高壓環(huán)境，對(duì)焊接的要求高。施工前根據(jù)母材的情況，對(duì)其力學(xué)性能及焊接性進(jìn)行分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，了解設(shè)計(jì)及驗(yàn)收規(guī)范要求，擬定合理的焊接工藝，進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，根據(jù)評(píng)定合格的工藝評(píng)定，編制焊接工藝指導(dǎo)書(shū)，并對(duì)工人進(jìn)行焊接技術(shù)交底，組織焊工對(duì)鉻鉬鋼材料管道焊接操作技能培訓(xùn)。

7.2 建立健全的現(xiàn)場(chǎng)焊接工程質(zhì)量保證體系，加強(qiáng)施工過(guò)程中的焊接質(zhì)量管理及過(guò)程控制，嚴(yán)格按照焊接工藝進(jìn)行施工及質(zhì)量控制。

7.3 在焊接施工過(guò)程中著重加強(qiáng)坡口加工及清潔、焊接過(guò)程的防風(fēng)防雨措施、層間清理及層間溫度等控制，在“管口”及“天窗”坡口打磨好后，采用滲透檢測(cè)，確保坡口無(wú)缺陷，在焊縫焊接完成后，對(duì)管道焊縫采用100%作PT 檢測(cè)。

7.4 質(zhì)量保證措施

7.4.1 成立質(zhì)量保證體系，確保工程質(zhì)量，關(guān)鍵是焊接質(zhì)量。

7.4.2 認(rèn)真熟悉施工技術(shù)要求及焊接施工工藝，做好技術(shù)交底工作。

7.4.3 掌握焊接工程質(zhì)量規(guī)程、規(guī)范以及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，做好對(duì)焊接施工質(zhì)量監(jiān)督檢查。

7.4.4 確定焊接過(guò)程質(zhì)量控制點(diǎn)和檢查內(nèi)容。

7.4.5 做好材料的入場(chǎng)檢驗(yàn)工作。

7.4.6 施工過(guò)程中進(jìn)行質(zhì)量檢查，對(duì)發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題、缺陷制定整改措施，限期整改。

8 檢修安全注意事項(xiàng)及措施

8.1 檢修人員在進(jìn)行作業(yè)前，必須按要求佩戴勞動(dòng)保護(hù)用品，特殊作業(yè)必須按要求佩戴相應(yīng)的防護(hù)器材。

8.2 拆卸人孔外門(mén)前，對(duì)氣化爐進(jìn)行降溫、泄壓處理并達(dá)到要求，爐內(nèi)進(jìn)行置換分析合格后方可拆門(mén)。

8.3 拆卸內(nèi)人孔門(mén)前，對(duì)氣化爐進(jìn)行降溫、泄壓處理并達(dá)到要求，需辦理設(shè)備作業(yè)許可證，按許可證要求，各種有害物質(zhì)成分合格后，方可進(jìn)行作業(yè)。

8.4 進(jìn)入爐內(nèi)作業(yè)，做好置換、通風(fēng)工作，必須辦理設(shè)備內(nèi)作業(yè)許可證，按許可證要求，各種有害物質(zhì)成分合格后，方可進(jìn)行作業(yè)，同時(shí)按要求頻次進(jìn)行分析。

8.5 設(shè)備內(nèi)腳手架必須牢固、可靠，便于攀爬。

8.6 使用軟梯時(shí)必須固定牢靠，作業(yè)人員必須佩帶安全帶，系掛安全繩。

8.7 動(dòng)火作業(yè)按要求進(jìn)行動(dòng)火分析，分析合格后方可作業(yè)，同時(shí)按要求頻次進(jìn)行分析。做好作業(yè)平臺(tái)防火工作。

8.8 嚴(yán)禁工器具及其他物質(zhì)掉入設(shè)備內(nèi)，應(yīng)系掛妥當(dāng)。

8.9 設(shè)備檢修結(jié)束封門(mén)前，業(yè)主及施工方應(yīng)認(rèn)真檢查，確認(rèn)無(wú)遺留物，并經(jīng)雙方簽字確認(rèn)后，方可進(jìn)行封門(mén)。

8.10 設(shè)備升壓試漏，試漏人員必須站在上風(fēng)口，避免氮?dú)饴┏鲈斐芍舷⑹鹿剩缬新c(diǎn)，降壓以后再做處理。