魯奇式加壓氣化爐及配套設(shè)備的制造

才福勝

(中航黎明錦西化工機械(集團)有限責任公司設(shè)計研究院)

隨著煤制油工業(yè)的不斷發(fā)展，氣化爐需求量呈上升趨勢,用于煤制油項目的加壓氣化爐及配套設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜、制造精度要求高，為了確保質(zhì)量，制造中提出了嚴格的工藝要求。加壓氣化爐及配套設(shè)備的制造工藝編制非常重要,如何確保產(chǎn)品在整個制造工藝中的合理安排、組對，加工尺寸的準確，合理安排熱處理時間及組對順序是該設(shè)備制造精度的保證。

1 氣化爐結(jié)構(gòu)、原理及技術(shù)參數(shù)

魯奇式氣化爐結(jié)構(gòu)如圖1所示。

氣化爐上法蘭連接煤鎖，下法蘭連接灰鎖。煤鎖內(nèi)的煤進入氣化爐后進行燃燒，氣化爐內(nèi)腔屬高溫區(qū)，爐篦座上裝有大小齒輪、爐蓖子和刮灰刀,刮灰刀與內(nèi)腔筒體之間單面距離小于15mm,正常工作時大小齒輪及刮灰刀是運動的，整個設(shè)備均由內(nèi)外兩腔組成，由于內(nèi)腔溫度高，外殼與內(nèi)腔之間充水進行溫度調(diào)整。

氣化爐主要技術(shù)參數(shù)：

外殼設(shè)計壓力 3.6MPa

內(nèi)殼設(shè)計壓力(外壓) 0.15MPa

內(nèi)殼設(shè)計溫度 260℃

外殼設(shè)計溫度 260℃(管口S1343℃，管口S2470℃)

外殼物料 水、蒸汽

內(nèi)殼物料 煤、灰、煤氣

煤鎖技術(shù)參數(shù)：

圖1 魯奇式氣化爐結(jié)構(gòu)簡圖

設(shè)備規(guī)格DN2870mm×65mm×3800mm

設(shè)計溫度 343/250℃

設(shè)計壓力 3.6MPa

介質(zhì) 煤、粗煤氣

灰鎖技術(shù)參數(shù)：

設(shè)備規(guī)格φ2800mm×70mm×4720mm

設(shè)計溫度 470℃

設(shè)計壓力 3.6MPa

介質(zhì) 水蒸氣、灰

容器類別 II類(疲勞容器)

2 制造技術(shù)的關(guān)鍵

氣化爐在工作時是一臺動設(shè)備，內(nèi)部下方裝有大小齒輪、爐蓖子(60t、2.5m高)和刮灰刀。氣化爐上部連接煤鎖，下部連接灰鎖。該設(shè)備制造時必須注意：

a. 上、下法蘭密封面與設(shè)備中心線的垂直度；

b. 爐蓖座上平面與設(shè)備中心線的垂直度；

c. 設(shè)備同軸度；

d. 兩軸套中心線與爐蓖座支撐面的垂直度；

e. 確保兩軸套中心線與設(shè)備中心線這三條軸線在同一平面內(nèi)且相互平行；

f. 內(nèi)錐體8條支撐板與外錐體貼合率的保證。

為確保上、下閥開啟和關(guān)閉自如，要求煤鎖的上、下法蘭與設(shè)備中心線的垂直度偏差為90°±5′，閥桿傳動軸套與內(nèi)部支承軸應同心。為此，上/下/內(nèi)錐體成型組焊后的制造偏差的控制、殼體組件的組焊加工精度的控制以及上、下法蘭、側(cè)向傳動軸套、內(nèi)部導向防護裝置與主體的組焊加工偏差的控制，是確保設(shè)備質(zhì)量的關(guān)鍵。

3 氣化爐及配套設(shè)備制造難點及解決辦法

由于氣化爐為動設(shè)備，組對、加工精度要求較高，應按照制造、焊接、熱處理流程，對制造過程中的質(zhì)量進行嚴格控制。該設(shè)備外殼所用材料為13MnNiMoNbR，內(nèi)殼采用Q245R材料，煤鎖材料為Q345R，灰鎖為15CrMoR，由于設(shè)備的特殊性且為Ⅲ類壓力容器，所有主要受壓元件材料進廠后必須進行復驗，保證其使用安全性。

3.1 氣化爐

氣化爐上部為橢圓形封頭，中間為筒節(jié)，下部為錐體，且分為內(nèi)外兩腔。

下部外錐分為內(nèi)外兩層錐殼，外錐采用外協(xié)壓制，內(nèi)錐分兩段成型，為保證與下法蘭連接后與外殼之間腔體的均勻性，下段下料時采用厚板，分兩瓣壓制后進行加工，保證連接尺寸的準確性。上部錐體在滾制時嚴格控制兩端口同軸度，為保證外協(xié)旋壓翻邊后兩端口同軸且平行，在翻邊前，兩端口車平，并在小口處焊工裝支撐圈，保證了翻邊后兩端口的同軸度要求，翻邊后在機床上嚴格找正后，加工兩端口坡口，保證兩端口平行度及與中心線垂直度要求。

為保證內(nèi)外殼體間隙均勻，下料時嚴格控制筒體展開料長；為保證內(nèi)外殼體的同軸度要求，每段筒體下料時剪切要求準確，并保證板料兩對面平行且與另兩相鄰邊垂直，在滾制時控制端口平面度及橢圓度。外殼滾制后加工兩端坡口，保證兩端平行且與中心線垂直不得超差。

由于設(shè)備直徑較大且材料為高強鋼，上封頭板料在加熱時底部墊起，保證上下受熱均勻，壓制時控制終壓溫度，為保證封頭性能，冷卻采用水噴淋急冷方式，通過母材試板的檢驗，性能合格。

為保證組對后內(nèi)外殼體同軸，兩軸套中心線與爐蓖座支撐面垂直度及軸套與中心線的等距離，組裝人員利用工裝進行組對，為保證工裝的精度,工裝與設(shè)備接觸面采用機床加工方式來保證，且軸套留有足夠用于最終加工的量，最終加工后測量尺寸滿足圖紙公差要求。內(nèi)外錐8條筋板要求80%貼合率，由于結(jié)構(gòu)特殊，內(nèi)、外錐的成型存在制造偏差，很難保證其要求。采用模擬粘塊預組劃線確定支撐板規(guī)格及組對位置，最終滿足施工圖的要求。

3.2 煤鎖

煤鎖由殼體組件(筒體、上下錐體、連接件、內(nèi)錐體和法蘭短節(jié)組件)、上下法蘭閥座、閥桿、側(cè)向傳動軸套、內(nèi)部導向防護裝置及內(nèi)外擺桿等組件組成。為確保煤鎖質(zhì)量，首先應嚴格控制材料采購第一環(huán)節(jié)，所有材料必須符合施工圖及標準的規(guī)定，材料檢測合格后，方可投入使用。

確保煤鎖上下法蘭、法蘭Ⅰ及導向防護裝置兩個法蘭密封面平行且同垂直于設(shè)備中心線，并且保證其內(nèi)孔同軸；導向防護裝置的軸承箱與筒體上側(cè)向傳動軸套(軸承箱體)內(nèi)孔同軸，設(shè)備分步進行組焊和加工。

下段筒體、下錐體、過渡段和內(nèi)錐利用工裝限位組對，確保筒體端口與內(nèi)錐同軸、兩端面平行且同垂直于設(shè)備中心線。在筒體和內(nèi)錐體端口處各組焊一組固定工裝，然后加工筒體上端口、工裝限位孔、錐體過渡段下端口及工裝外圓。再利用工裝組焊支撐筒節(jié)和法蘭，確保法蘭與筒體端面平行。

利用專用工裝組對筒體內(nèi)的導向防護裝置，確保下法蘭、筒體端口、導向防護裝置的上下兩法蘭同軸，焊接檢測合格后利用此工裝再依次組焊上錐體、上法蘭。

劃筒體側(cè)向傳動軸套(軸承箱體)位置線，并組對工裝，然后以筒體內(nèi)導向防護裝置的軸承箱孔為基準鏜側(cè)向傳動軸套孔，利用工裝組焊傳動軸套(軸承箱體)，以確保傳動軸套(軸承箱體)與導向防護裝置的軸承箱同軸。

全部組焊檢測合格后，在數(shù)控鏜床上進行整體加工上、下法蘭、導向防護裝置的上下法蘭內(nèi)孔、密封面及螺孔、導向防護裝置的軸承箱孔與側(cè)向傳動軸套(軸承箱體)孔。最終加工后測量尺寸滿足圖紙公差要求。

3.3 灰鎖

灰鎖制造難點：

a. 上法蘭與導向套同軸度的保證；

b. 下法蘭與導向套同軸度的保證；

c. 兩根水平軸的軸套與內(nèi)擺桿保護罩上的軸承環(huán)同軸度的保證。

針對灰鎖制造難點采取的主要工藝措施：

a. 嚴格控制內(nèi)件導向套的成型和組對精度；

b. 嚴格控制上封頭、筒體、下錐體的成型精度和尺寸偏差；

c. 導向套及其上、下法蘭組焊后整體二次加工；

d. 導向套與左、右背板采用工裝組對、焊接；

e. 內(nèi)擺桿保護罩采用工裝定位進行焊后熱處理；

f. 內(nèi)擺桿保護罩組焊并熱處理后整體機加工；

g. 采用工裝組焊內(nèi)擺桿保護罩上的兩個軸承環(huán)；

h. 利用工裝組對設(shè)備的上法蘭與上封頭；

i. 上封頭組件與筒體組焊后整體加工開孔及加工筒體端面；

j. 利用工裝組焊下錐體及下法蘭；

k. 利用工裝組焊殼體上的兩個偏心軸套；

l. 按熱處理工藝卡進行設(shè)備的整體焊后熱處理；

m. 按金工工藝卡的要求進行焊后整體機加工；

n. 嚴格按照圖紙及工藝要求進行尺寸檢查；

o. 進行各傳動件的組裝及試車。

4 結(jié)束語

通過對加壓氣化爐結(jié)構(gòu)特點的分析,有針對性地提出了解決難點的特殊工藝方案，通過編制詳細組裝順序，使復雜的設(shè)備制造過程變得清晰明了，制造出了完全滿足用戶要求的產(chǎn)品。