氣化爐制造的過程控制和檢驗(yàn)

孟震

(法國(guó)必維國(guó)際檢驗(yàn)集團(tuán)，中國(guó) 上海 200121)

氣化爐制造的過程控制和檢驗(yàn)

孟震

(法國(guó)必維國(guó)際檢驗(yàn)集團(tuán)，中國(guó) 上海 200121)

針對(duì)機(jī)械制造中的產(chǎn)品特點(diǎn)，介紹了氣化爐制作過程中一系列制造環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制和檢驗(yàn)，如材料檢驗(yàn)、焊接控制、熱處理控制、無損檢測(cè)等檢驗(yàn)要點(diǎn)，并且通過具體工藝步驟要求嚴(yán)格控制這些制造環(huán)節(jié)的質(zhì)量，最終使產(chǎn)品質(zhì)量得到有效的保證。

氣化爐；質(zhì)量控制；檢驗(yàn)

0 前言

隨著國(guó)際原油價(jià)格持續(xù)上漲，國(guó)內(nèi)一些以石油為原料的化工企業(yè)成本逐年上升，部分廠家甚至陷入虧損。為此許多公司決定啟動(dòng)“油改煤”工程。氣化爐是“油改煤”工程的核心設(shè)備。氣化爐采用超厚耐熱鋼作為主要材料，成型復(fù)雜，制造工藝要求高。在此討論了氣化爐殼體的制造和檢驗(yàn)要點(diǎn)。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)參數(shù)

氣化爐主要由氣化室(內(nèi)徑φ 3 200 mm)、急冷室(內(nèi)徑φ 3 800 mm)、頂部燒嘴、托磚盤、急冷環(huán)、內(nèi)件等部件組成，如圖1所示。主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2 制造和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

主要標(biāo)準(zhǔn)有：《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(1999版)；《鋼制壓力容器》GB150-1998；《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》JB／T4709-2000；《鋼制壓力容器制造技術(shù)要求》HG20584-1998；《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》HG20592～20635-97；《壓力容器涂與運(yùn)輸包裝》JB／T4711-2003。

3 檢驗(yàn)要點(diǎn)

(1)材料檢驗(yàn)。

合格的材料是保證壓力容器安全運(yùn)行的前提，所以對(duì)材料的檢驗(yàn)是壓力容器的重點(diǎn)之一。為此對(duì)進(jìn)廠材料都需要按照標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求進(jìn)行質(zhì)量證明書審查、材料標(biāo)記的核對(duì)、表面質(zhì)量和幾何尺寸檢查；對(duì)受壓元件材料按爐號(hào)進(jìn)行化學(xué)分析，按批號(hào)進(jìn)行力學(xué)性能、金相檢查(對(duì)于IV級(jí)鍛件逐件進(jìn)行力學(xué)性能、金相檢查)，逐件進(jìn)行超聲波檢查。所有材料檢驗(yàn)全部合格后才能投入使用。氣化爐主要受壓元件的化學(xué)分析檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示，主要受壓元件力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示，主要焊材的化學(xué)成分和力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

(2)焊接檢驗(yàn)。

圖1 氣化爐殼體總圖

檢查焊接工藝評(píng)定、焊工資格、焊材烘烤以及焊接坡口及兩側(cè)的油、銹、污物、水分的清理。檢查預(yù)熱溫度滿足焊接工藝(WPS)要求并且內(nèi)外壁溫均勻后才能開始進(jìn)行焊接工作(點(diǎn)焊時(shí)也要預(yù)熱)，焊接過程應(yīng)中自始至終保持工件溫度(包括焊縫的清根和固定點(diǎn)焊時(shí))大于預(yù)熱溫并控制層間溫度大于等于300℃，焊接過程中嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝規(guī)范。注意焊接過程要連續(xù)，確因特殊原因要中斷焊接時(shí)，必需保證工件溫度大于預(yù)熱溫度，焊后進(jìn)行外觀檢查，焊后不能立即進(jìn)行中間處理的，要立即進(jìn)行消氫處理。

(3)無損檢測(cè)(NDT)。

檢驗(yàn)時(shí)注意，焊縫外觀檢查合格后再進(jìn)行相關(guān)的無損檢測(cè)工作，須嚴(yán)格控制無損檢測(cè)的時(shí)機(jī)，Cr-Mo鋼焊縫在焊后至少24 h才能進(jìn)行無損檢測(cè)。對(duì)Cr-Mo材料的無損檢測(cè)要求如表5所示。不銹鋼焊縫、過渡層和耐蝕層堆焊后分別進(jìn)行100%PT檢測(cè)，按JB4730-2005 I級(jí)合格。

(4)熱處理。

主要是嚴(yán)格控制消氫處理(300℃～350℃)、中間熱處理(600℃～620℃)、最終熱處理(680±20℃)。按熱處理工藝要求的升溫速率、保溫時(shí)間、降溫速率進(jìn)行操作。

(5)制造。

表2 主要材料的化學(xué)成分%

設(shè)備總裝后要求頂法蘭中心與托轉(zhuǎn)盤法蘭以及底部法蘭的中心偏差小于等于6 mm，直線度小于等于6 mm，頂法蘭密封面與底部法蘭的平行度小于等于6 mm。所以在制造過程中須嚴(yán)格控制零部件幾何尺寸，才能使設(shè)備最終滿足幾何尺寸要求。氣化爐分三部分進(jìn)行制作：部件Ⅰ包括頂封頭、三節(jié)筒體及接管；部件Ⅱ包括一節(jié)筒體、變徑段和托磚盤；部件Ⅲ包括三節(jié)筒體、錐體、短節(jié)、法蘭和接管，如圖2所示。

表3 主要材料的力學(xué)性能

表4 主要焊接材的化學(xué)成分和力學(xué)性能

氣化爐零部件制造中的預(yù)熱和焊接：按WPS要求；無損檢測(cè)：按NDT要求；熱處理：按熱處理工藝要求。

a.頂封頭的制作。

封頭材料為SA387Gr11Cl2，厚度δ＝54 mm，SR＝1603 mm。

要求：封頭的橢圓度小于等于6 mm，形狀偏差小于等于10mm，成型后的最小厚度t≥45 mm，頂法蘭與封頭同心度小于等于2 mm。

工藝措施：下料、組對(duì)錯(cuò)邊量小于等于1 mm，二次下料的尺寸要控制，壓制成型，檢查橢圓度小于等于6 mm，用樣板檢查形狀偏差小于等于10 mm，測(cè)厚tmin≥45 mm；在封頭里口加支撐工裝防止熱處理(正火+回火)變形，加工封頭高度(留余量)及頂圓孔坡口，做封頭基準(zhǔn)線；組對(duì)頂法蘭，檢查錯(cuò)邊量小于等于3 mm；以基準(zhǔn)線找正后加工頂法蘭，封頭高度，保證法蘭密封面與封頭環(huán)縫坡口平行，并與封頭軸線垂直，劃0°、90°、180°、270°方位線，劃鉆頂法蘭螺栓孔。

表5 Cr-Mo鋼無損檢測(cè)要求

圖2 氣化爐制造示意

b.筒節(jié)制作。

材料為SA387Gr11Cl 2，厚度δ＝110 mm，內(nèi)徑φ 3 200 mm，高度550 mm。要求：橢圓度小于等于6 mm，錯(cuò)邊量小于等于3 mm，焊縫棱角度小于等于3 mm，筒節(jié)兩端面平行并垂直軸線。

工藝措施：下料時(shí)考慮焊縫收縮量，檢查尺寸并控制對(duì)角線差值小于等于2 mm，在滾板機(jī)上帶溫滾圓，樣板檢查筒節(jié)內(nèi)側(cè)曲率，檢查縱縫錯(cuò)邊量小于等于3 mm，在筒節(jié)內(nèi)加圓弧板，組焊，帶溫校圓并檢查筒節(jié)橢圓度小于等于6 mm，焊縫棱角度小于等于3 mm，筒節(jié)加支撐工裝防止堆焊變形，待堆焊表面打磨呈金屬光澤，進(jìn)爐預(yù)熱；帶極堆焊過渡層，帶極堆焊耐蝕層。再次檢查筒節(jié)橢圓度小于等于6 mm，加工筒節(jié)堆焊層內(nèi)徑到φ 3 184 mm，加工高度保證兩端面的平行并垂直筒節(jié)軸線，做筒節(jié)兩端的基準(zhǔn)線。

c.托磚盤的制作。

錐盤材料為15GrMoR，厚度δ＝30 mm。

要求：錐盤成型后大端的外徑為φ 3 180 mm、橢圓度小于等于2 mm，法蘭與錐盤同心度小于等于2 mm、托板的水平度小于等于2 mm、托板與筋板的間隙為1 mm。

工藝措施：控制錐盤下料時(shí)的幾何尺寸，高度留余量，組對(duì)錯(cuò)邊量小于等于1 mm，滾制成型(注意不銹鋼復(fù)層在外面)，檢查橢圓度小于等于6 mm，用樣板檢查形狀偏差小于等于10 mm，按圖成形R320時(shí)，控制大端外徑正偏差1～2 mm及橢圓度小于等于6 mm，在錐盤大端里口加支撐環(huán)板并控制橢圓度小于等于2 mm，加工錐盤高度及錐盤直邊部分的外徑為φ 3 180 mm，加工時(shí)要保證錐盤的上下兩端面平行并垂直軸線。法蘭與錐盤組焊，肋板與錐盤組焊后，對(duì)肋板的上平面進(jìn)行機(jī)加工，保證肋板在同一平面并且與錐盤端面平行，在肋板加工過的平面上放1 mm厚的墊板來控制托板(托板下料時(shí)，內(nèi)外圓及厚度要留余量，組焊變形后用水壓機(jī)校平，加工內(nèi)外徑及上下平面)與肋板間隙，并在托板的上下面加工裝來防止焊接變形，加工法蘭平面和內(nèi)徑，保證法蘭與錐盤大端同心、平行并垂直軸線。

d.錐體的制作。

材料為SA387Gr11Cl 2／SA240-316L，厚度δ＝90+ 4 mm，大端內(nèi)徑φ 3 792 mm，小端內(nèi)徑φ 1 692 mm，高度h＝1 818 mm。

難點(diǎn)：保證錐體成型后橢圓度小于等于6 mm，大小端面的平行度小于等于2 mm，同心度小于等于2 mm并且大小端面也要與軸線垂直，錯(cuò)邊量小于等于1.5 mm，成型時(shí)有可能會(huì)發(fā)生斷裂。

工藝措施：錐體按3塊瓦片下料，控制對(duì)角線差值小于等于2 mm，做好各邊基準(zhǔn)線，留加工余量，劃工裝模具壓制時(shí)的定位線(根據(jù)錐體曲率制做壓制成型的工裝模具并用樣板對(duì)曲率進(jìn)行檢查)，在水壓機(jī)上用工裝模具按線進(jìn)行熱成型，用樣板檢查大小端及中間的成型曲率，按基準(zhǔn)線加工縱縫坡口；在工作平臺(tái)上預(yù)先劃錐體大端的外徑線和小端的內(nèi)徑線，將錐體的3塊瓦片按線進(jìn)行組對(duì)，組對(duì)時(shí)應(yīng)增加凹型鐵工裝(用與錐體相同的材料進(jìn)行制作)，檢查錯(cuò)邊量小于等于1.5 mm；利用三輥對(duì)錐體進(jìn)行熱校圓，同時(shí)用樣板檢查修形情況，檢查大端和小端橢圓度小于等于6 mm，焊縫棱角度小于等于5 mm，加防變形工裝進(jìn)行熱處理，按圖加工錐體時(shí)，上下兩端的內(nèi)徑要滿足圖紙要求且上下兩端面要求平行并垂直錐體軸線，高度可以有偏差(可用筒節(jié)的高度來進(jìn)行調(diào)節(jié))，劃錐體上下兩端的基準(zhǔn)線和0°、90°、180°、270°方位線。按圖劃支耳和接管孔位置線，依線去除支耳處的復(fù)層，加工接管孔。

e.部件Ⅰ組合。

要求：筒節(jié)與頂封頭的同心度小于等于2mm，平行度小于等于2mm，筒節(jié)的直線度小于等于3mm，錯(cuò)邊量小于等于5 mm。

工藝措施：先組對(duì)三節(jié)筒節(jié)(要考慮到縱縫的方位，防止接管孔開在縱縫上)，組對(duì)時(shí)要用定位塊對(duì)環(huán)縫進(jìn)行定位，用等高塊和φ 0.5鋼絲測(cè)量直線度小于等于3 mm，測(cè)量筒節(jié)端面間的尺寸來控制平行度小于等于2 mm，檢查錯(cuò)邊量小于等于5 mm；再與頂封頭組對(duì)，從0°、90°、180°、270°四個(gè)方向分別測(cè)量封頭的基準(zhǔn)線到筒節(jié)端面的距離來控制平行度小于等于2 mm，并在頂封頭在的法蘭上安裝激光指向儀，在筒節(jié)端部測(cè)量光束到內(nèi)壁的距離控制同心度，相對(duì)方向的差值小于等于2 mm。按圖劃各接管孔線和吊耳，檢查幾何尺寸和方位，加工接管孔，組焊接管和吊耳，核查幾何尺寸。

f.部件Ⅱ組合

要求：平行度小于等于2 mm，錯(cuò)邊量小于等于2 mm，托磚盤法蘭與筒節(jié)同心度小于等于2 mm。

工藝措施：用工作平臺(tái)進(jìn)行立式組對(duì)。在工作平臺(tái)上劃變徑段和筒節(jié)的同心圓來控制變徑段和筒節(jié)的同心，同時(shí)兼顧平行度和錯(cuò)邊量；劃0°、90°、180°、270°方位線，在工作平臺(tái)上劃托磚盤法蘭和筒節(jié)的同心圓來控制托磚盤法蘭與筒節(jié)同心，在平臺(tái)上利用定位工裝來保證托磚盤法蘭與筒節(jié)的平行度。

g.部件Ⅲ組合。

要求：平行度小于等于2 mm，錯(cuò)邊量小于等于2mm，直線度小于等于3mm，錯(cuò)邊量小于等于2mm。

工藝措施：先用工作平臺(tái)對(duì)法蘭、短節(jié)和錐體進(jìn)行立式組對(duì)來控制同心度、平行度，同時(shí)兼顧錯(cuò)邊量，再與筒節(jié)組對(duì)，在法蘭上安裝激光指向儀，在筒節(jié)端部測(cè)量光束到內(nèi)壁的距離控制同心度，相對(duì)方向的差值小于等于2 mm，同時(shí)檢查平行度、直線度和錯(cuò)邊量。劃0°、90°、180°、270°方位線，按圖劃接管孔和支座位置線，檢查幾何尺寸和方位，加工接管孔，組焊接管和支座，核查幾何尺寸。

h.部件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組合。

要求：頂法蘭中心與托磚盤法蘭以及底部法蘭的中心偏差小于等于6 mm，直線度小于等于6 mm，頂法蘭密封面與底部法蘭的平行度小于等于6 mm。

工藝措施：用定位塊對(duì)環(huán)縫進(jìn)行定位并加凹型鐵工裝保證穩(wěn)固性；采用激光指向儀、激光經(jīng)緯度儀和水平儀來分別控制同心度、水平方向直線度和垂直方向直線度，用鋼卷尺控制平行度。檢測(cè)方法：將測(cè)量工裝固定在頂法蘭的密封面上，將激光指向儀裝在工裝上，打開激光光束，調(diào)好焦距，在托磚盤法蘭處測(cè)量光束與法蘭內(nèi)徑的距離控制同心度，在底部法蘭安裝工裝控制同心度(工裝上加工φ 50 mm孔，用有機(jī)玻璃加工φ 50 mm圓與工裝中心孔相配，并在有機(jī)玻璃劃φ 6 mm的同心圓)，架好水平儀，從設(shè)備的外部用水平儀看標(biāo)尺的數(shù)值，通過計(jì)算得到垂直方向的直線度，在底部或封頭端架好激光經(jīng)緯度儀，打開激光光束，調(diào)好焦距，從設(shè)備的外部用標(biāo)尺直接讀數(shù)，通過計(jì)算得到水平方向的直線度，同時(shí)測(cè)量平行度及錯(cuò)邊量。組焊其他附件。經(jīng)核查：頂法蘭中心與托磚盤法蘭以及底部法蘭的中心偏差為4 mm，直線度為5 mm，頂法蘭密封面與底部法蘭的平行度為4 mm。

4 最終檢查

設(shè)備最終熱處理后，對(duì)A、B類焊縫進(jìn)行硬度檢查HB≤220，無損檢測(cè)，產(chǎn)品的力學(xué)性能試驗(yàn)，最終確認(rèn)幾何尺寸和方位的檢查；合格后進(jìn)行壓力試驗(yàn)(試驗(yàn)前要用2塊相同量程并且量程是試驗(yàn)壓力的1.5～3倍，相同等級(jí)并經(jīng)過校驗(yàn)合格的壓力表，分別裝在試驗(yàn)容器的最上端和最下端，試壓水的CL-含量小于等于25mg／L，水溫大于等于15℃，試驗(yàn)時(shí)無泄漏、無明顯變形、無異常響聲為合格)；水壓試驗(yàn)后設(shè)備內(nèi)要清理干凈，并吹干表面水漬；水壓試驗(yàn)后對(duì)承壓焊縫進(jìn)行無損檢測(cè)；噴砂處理，油漆，標(biāo)注0°、90°、180°、270°方位線，外觀檢查，包裝。

5 結(jié)論

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、圖紙、技術(shù)條件要求對(duì)材料、焊接、無損檢測(cè)、熱處理、水壓試驗(yàn)以及幾何尺寸進(jìn)行檢查和控制，保證設(shè)備的性能滿足設(shè)計(jì)要求，安裝使用后受到用戶好評(píng)。

Gasifier manufacture process control and inspection

MENG Zhen
(Bureau Veritas China，Shanghai 200121，China)

Introduces the gasifier production process of a series of manufacturing process control，such as materials control，welding control，heat treatment control，NDT control，by these quality led to product quality effectively guarantee.

gasifier；quality control；inspection

TG441.7

B

1001-2303(2011)12-0072-06

2011-04-27

孟 震(1976—)，男，浙江嘉興人，學(xué)士，工程師，主要從事工業(yè)品的檢測(cè)與認(rèn)證工作。