8.6MPa水煤漿氣化爐的設(shè)計(jì)與制造

8.6MPa水煤漿氣化爐的設(shè)計(jì)與制造化工設(shè)備制造技術(shù).PDF電子書小商店108.6MPa水煤漿氣化爐的設(shè)計(jì)與制造1.設(shè)計(jì)要求1.1設(shè)計(jì)依據(jù)氣化爐按照GBT150《鋼制壓力容器》、TSG21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(含第1號(hào)修改單)》等進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收。氣化爐殼體的最大應(yīng)力工況應(yīng)考慮各種工況下可能出現(xiàn)的最不利載荷的組合，殼體設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮耐火材料的重力載荷及其熱膨脹。氣化爐內(nèi)托磚盤、隔板等附件的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮熱膨脹的因素，同時(shí)托磚盤的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮內(nèi)襯耐火材料的總質(zhì)量及垂直膨脹產(chǎn)生的載荷。氣化爐主要技術(shù)參數(shù)如表1。表1

氣化爐技術(shù)參數(shù)1.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)氣化爐為一立式設(shè)備結(jié)構(gòu)，如圖1所示，總長約18059mm，不包括耐火材料，設(shè)備質(zhì)量約為264t。主要包括上段氣化室、裝有急冷環(huán)的變徑段和下段急冷室三部分。氣化爐殼體由上（氣化室）、下（激冷室）兩部分組成，兩筒體之間以一變徑段相連，下筒體下端是一錐體，與排渣口法蘭相連。上部球形頭為SR1615mm、厚度80mm；上部筒體內(nèi)徑φ3200mm、厚度為120mm；變徑段小端直徑φ3200mm、大端直徑φ3800mm、厚度140mm；下部筒體內(nèi)徑φ3800mm，厚度140mm；底部錐體小端直徑φ1700mm、大端直徑φ3800mm、厚度160mm；底部錐體與排渣口法蘭相連筒體內(nèi)徑φ1700mm、厚度160mm。1.3材料選用1.3.1板材氣化爐處于高溫、高壓、氫腐蝕環(huán)境下工作，故殼體材料須采用能抗氫腐蝕的鉻鉬鋼。氣化室殼體主材采用SA-387Gr.11CL2；激冷室殼體主材采用SA-387Gr.11CL2+316L（堆焊）。SA-387Gr.11CL2應(yīng)符合ASMESA-387Gr.11CL2的規(guī)定，真空處理，正火+回火狀態(tài)供貨，板材按ASTMA578中Ⅰ級要求逐張100％超聲波檢測，其回火脆化敏感性系數(shù)符合下列要求：J=(Si+Mn)(P+Sn)≤150X=(10P+5Sb+4Sn+As)×102≤15×10－6圖1

氣化爐結(jié)構(gòu)1—球形封頭；2—噴嘴；3—?dú)饣遥?—耐火保溫內(nèi)襯；5—?dú)饣覛んw；6—托磚盤；7—變徑段；8—急冷環(huán)；9—激冷室殼體；10—激冷室；11—底部錐體；12—排渣口SA-387Gr.11CL2材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別如表2和表3，其中板材的沖擊試樣除應(yīng)經(jīng)歷其在制造過程中所有預(yù)計(jì)的熱處理循環(huán)外多做一次熱處理，再去做試驗(yàn)。表2

SA-387Gr.11CL2化學(xué)成分表3

SA-387Gr.11CL2機(jī)械性能1.3.2鍛件氣化爐鍛件采用的SA-182F11CL2應(yīng)符合ASMESA-182F11CL2的規(guī)定，鍛件的沖擊試樣除應(yīng)經(jīng)歷其在制造過程中所有預(yù)計(jì)的熱處理循環(huán)外，應(yīng)多做一次熱處理，再去做試驗(yàn)，其回火脆化敏感性系數(shù)符合：X=(10P+5Sb+4Sn+As)×102≤15×10－6。1.3.3內(nèi)件材料氣化爐激冷室內(nèi)件采用Incoloy825、316L等材料。Incoloy825應(yīng)符合ASMESB424的要求，設(shè)備中接觸高溫氣體的零部件材料Incoloy825應(yīng)嚴(yán)格控制其化學(xué)成分（見表4）。表4

Incoloy825化學(xué)成分1.3.4焊接材料氣化爐主體材料SA-387Gr.11CL2，其手工焊條牌號(hào)為JR-816B2；埋弧焊絲牌號(hào)為US511N、焊劑牌號(hào)為PF200；不銹鋼帶極堆焊過渡層焊帶牌號(hào)為EQ309L、不銹鋼帶極堆焊耐蝕層焊帶牌號(hào)為EQ316L，焊帶規(guī)格為60×0.5mm，焊劑牌號(hào)為JFS300S。2.制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收氣化爐殼體的制造比一般壓力容器的制造要求更為嚴(yán)格，對氣化爐制造的圓度、頂部爐嘴與急冷環(huán)的同軸度、托磚盤水平度、殼體的垂直度等都提出了很高的要求。另外急冷環(huán)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精度要求很高，其制造質(zhì)量好壞直接關(guān)系到合成氣的產(chǎn)品質(zhì)量。2.1材料復(fù)驗(yàn)氣化爐用的板材、鍛件及焊材入廠后要嚴(yán)格按照《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和技術(shù)協(xié)議的規(guī)定進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，各項(xiàng)結(jié)果均符合ASME和GBT150等標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)議規(guī)定的要求。2.2球形封頭的成型氣化爐上部球形封頭為SR1615mm、厚度80mm，采用整體沖壓工藝，先拼板再整體沖壓，最后球形封頭整體進(jìn)行正火+回火熱處理，再進(jìn)行無損檢測。2.3厚壁筒體的制造氣化爐上、下筒體直徑分別為φ3800mm、φ3200mm，壁厚分別為120、140mm，加強(qiáng)段筒體為160mm。各筒體制造過程中嚴(yán)格控制制造允差，具體要求如下：（1）筒節(jié)下料時(shí)應(yīng)考慮加放筒節(jié)縱焊縫焊接時(shí)和筒節(jié)里口帶極堆焊時(shí)的焊接收縮余量，各筒節(jié)高度之和應(yīng)盡可能接近允許正偏差內(nèi)的筒體長度。（2）筒節(jié)展開料的兩對邊應(yīng)相互平行，且對角線長度相等，其偏差均不大于2mm。（3）筒節(jié)的卷圓、校圓均中溫成型，筒節(jié)及預(yù)彎段的圓度應(yīng)用樣板進(jìn)行檢查，筒節(jié)校圓后控制同一斷面上最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑之差不大于10mm，為保證筒節(jié)環(huán)焊縫的組對，錯(cuò)邊量應(yīng)≤3mm。在組對前對單個(gè)筒節(jié)進(jìn)行機(jī)械撐圓，使筒節(jié)同一斷面上最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑之差不大于5mm。2.4大尺寸、大厚度錐體成型氣化爐設(shè)備的兩件錐體如圖1所示，變徑段小端直徑φ3200mm、大端直徑φ3800mm、高為1701mm、厚度140mm；底部錐體小端直徑φ1700mm、大端直徑φ3800mm、高為1819mm、厚度160mm，其壁厚厚且尺寸大，無法在滾板機(jī)上一次成型，若采用兩半成型，組對后易形成對稱的棱角，難以校圓。采用三塊瓦片，則可以避免較大的棱角度，同時(shí)又能將拼縫的數(shù)量降至最少。2.5氣化爐組裝氣化爐分成三大部件制造，變徑段、氣化室加強(qiáng)筒體和激冷室的一節(jié)筒節(jié)組成部件Ⅰ，上部球形封頭和氣化室殼體組成部件Ⅱ，激冷室其余筒節(jié)、底部錐體和排渣口短節(jié)法蘭組成部件Ⅲ。部件Ⅰ中托磚盤先組對錐盤與法蘭，錐盤大端留10mm的二次加工裕量，劃出托磚盤支撐筋板的相對位置線，根據(jù)錐盤的實(shí)際形狀實(shí)配出各托磚盤支撐筋板的尺寸，筋板焊接后加工平面至圖紙要求；然后劃出托板組對位置線，組對時(shí)根據(jù)錐盤實(shí)際形狀實(shí)配出各托板尺寸，焊接后消除應(yīng)力熱處理，加工錐盤高度及外徑不銹鋼復(fù)層、托板內(nèi)徑、法蘭內(nèi)徑、法蘭底平面及其他相關(guān)零部件，保證兩層托磚盤間的平行度不大于3mm。部件Ⅰ中變徑段、氣化室加強(qiáng)筒體和激冷室的一節(jié)筒節(jié)組對及部件Ⅱ中上部球形封頭和氣化室殼體組對，嚴(yán)格控制所有基準(zhǔn)環(huán)線的平行度不大于3mm、直線度不大于3mm/3m。部件Ⅰ與部件Ⅱ之間環(huán)焊縫組對，嚴(yán)格控制托磚盤與氣化爐頂法蘭同軸度、氣化爐頂法蘭與氣化爐體中心線同軸度不大于6mm，氣化爐頂法蘭中心線與氣化爐中心線的角度偏差±0.25°。部件Ⅰ與部件Ⅱ的組合件同部件Ⅲ組對即設(shè)備總合攏，控制氣化爐頂法蘭中心線與底部排渣口法蘭中心線同軸度不大于6mm。2.6焊接2.6.1焊接工藝評定氣化爐在焊接前對受壓材料都進(jìn)行嚴(yán)格的焊接工藝評定，并制定合理的焊接工藝規(guī)程。2.6.2焊接要求氣化爐所有設(shè)備的受壓焊縫均應(yīng)全焊透。鉻鉬鋼的焊接采用電弧焊，其焊接必須進(jìn)行焊前預(yù)熱以防止冷裂紋的產(chǎn)生；焊后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行消氫處理，并進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。焊前預(yù)熱溫度大于150℃，消氫熱處理溫度為300℃左右，焊后消除應(yīng)力熱處理溫度為620℃。不銹鋼堆焊層應(yīng)有過渡層和耐蝕層，堆焊層表面應(yīng)光滑，焊道搭接接頭處應(yīng)平滑過渡。Incoloy825及其他高合金材料采用氬弧焊，制造時(shí)須有防止產(chǎn)生裂紋的措施。2.7熱處理氣化爐A、B類焊縫、接管與殼體的焊縫焊后應(yīng)及時(shí)進(jìn)爐進(jìn)行中間消應(yīng)力處理，中間消應(yīng)力熱處理溫度為600～620℃/2h。氣化爐在全部施焊完畢后須進(jìn)爐進(jìn)行最終整體消除應(yīng)力熱處理，該熱處理溫度通常為680±20℃/6h。2.8無損檢測氣化爐無損檢測要求應(yīng)符合《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，探傷標(biāo)準(zhǔn)與方法均按JB4730中有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。2.8.1射線檢測氣化爐所有A、B類受壓焊縫在最終熱處理前進(jìn)行100％RT檢查，合格級別為Ⅱ級。2.8.2超聲波檢測（1）氣化爐所有A、B類受壓焊縫和公稱直徑不小于250的D類焊縫在最終熱處理前、后均進(jìn)行100％UT檢查，合格級別為Ⅰ級。