煅燒爐爐頭加熱管連接形式改造與焊接質(zhì)量控制

宋和平

（青島堿業(yè)股份有限公司，山東 青島 266043）

目前我公司在用煅燒爐7臺(tái)，1＃、2＃、3＃為輕灰外返堿煅燒爐，4＃、5＃、6＃、7＃為輕灰自身返堿煅燒爐，爐內(nèi)加熱管都是108根，分三排，內(nèi)排φ57×5共36根，中排φ83×6共36根，外排φ114×6共36根，材料：20g。如圖1所示。

圖1 爐內(nèi)加熱管分布（局部）

1 問(wèn)題的提出

1＃煅燒爐2004年大修時(shí)，爐頭處加熱管連接形式采用彎頭連接形式，如圖2所示，大約使用半年左右，在彎頭聯(lián)接角焊縫處，如圖2所示，開(kāi)始出現(xiàn)斷裂漏汽。因?yàn)榇颂帞嗔崖┢跔t內(nèi)無(wú)法處理，只能割掉彎頭，改為堵頭結(jié)構(gòu)。至2010年底，已逐漸全部改為堵頭形式。2007年3＃煅燒爐大修，根據(jù)1＃煅燒爐的經(jīng)驗(yàn)，爐頭處加熱管改為堵頭形式，4＃、5＃、6＃、7＃輕灰自身返堿煅燒爐，爐頭處加熱管原設(shè)計(jì)即為堵頭形式，如圖2中外排管所示，即每臺(tái)煅燒爐108根加熱管相互獨(dú)立。2010年初，工藝提出1＃煅燒爐的運(yùn)行狀況比剛大修完差距較大，出汽溫度低、能力不足、爐頭加熱管結(jié)疤需要按時(shí)停爐清理等。3＃煅燒爐與1＃煅燒爐相同，運(yùn)行狀況遠(yuǎn)不如大修前。在排查原因分析后，工藝要求三排加熱管恢復(fù)原連接方式，但若將內(nèi)、中、外三排加熱管相互連接，就必須解決斷裂漏汽問(wèn)題，因此必須對(duì)煅燒爐爐頭處加熱管斷裂漏汽的原因進(jìn)行分析，研究解決辦法。

圖2 加熱管彎頭聯(lián)接角焊縫

2 加熱管彎頭聯(lián)接角焊縫處斷裂原因分析

煅燒爐爐頭處加熱管圖2所示彎頭連接形式，一般使用不超過(guò)半年，就開(kāi)始出現(xiàn)斷裂漏氣現(xiàn)象，分析認(rèn)為：輕灰外返堿煅燒爐的轉(zhuǎn)速是7r／min，輕灰自身返堿煅燒爐轉(zhuǎn)速是5.6r／min，爐內(nèi)加熱管隨爐轉(zhuǎn)動(dòng)，必然要產(chǎn)生振動(dòng)。而三排加熱管的規(guī)格尺寸不同，因此其振動(dòng)頻率不同，造成每排加熱管之間存在相互的振動(dòng)，而相互的振動(dòng)必然在強(qiáng)度薄弱處產(chǎn)生疲勞破壞，造成斷裂泄漏。而圖2所示彎頭連接形式中，由于角焊縫受剪切應(yīng)力，其強(qiáng)度比對(duì)接焊縫和其他部位強(qiáng)度低很多，角焊縫焊接質(zhì)量無(wú)法檢驗(yàn)，焊接時(shí)容易存在未焊透，而未焊透是產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成疲勞斷裂的根源。這是我公司一直未能解決的難題。所以4＃、5＃、6＃、7＃輕灰自身返堿煅燒爐，爐頭處加熱管原設(shè)計(jì)就未選用三排管相互連接的形式，而選用了三排管相互獨(dú)立的堵頭形式。圖2中外排管所示。

3 解決加熱管連接處斷裂辦法

根據(jù)上述原因分析，圖2所示彎頭連接結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生斷裂漏汽，而其斷裂位置發(fā)生在受剪切應(yīng)力的角焊縫處，因此只要消除了角焊縫，就能解決斷裂泄漏問(wèn)題，為了消除角焊縫，內(nèi)排φ57管與中排φ83管連接選用了加厚變徑無(wú)縫三通，外排φ114管與中排φ83管連接選用了φ83的半圓彎管，全部采用對(duì)接焊縫連接結(jié)構(gòu)形式，因?yàn)閷?duì)接焊縫的焊縫處的強(qiáng)度高于母材強(qiáng)度（主要承受拉應(yīng)力），焊縫質(zhì)量可以用射線(xiàn)探傷進(jìn)行檢驗(yàn)，制定有效可行的焊接方法和焊接工藝，即可保證焊縫質(zhì)量。

但圖3所示結(jié)構(gòu)中，外排φ114管與φ83管的變徑直管兩條焊縫，其中φ83管處對(duì)接焊縫，可以在爐外預(yù)制，而φ114管處對(duì)接焊縫只能在爐內(nèi)對(duì)焊，該對(duì)接焊縫離爐體的距離只有63mm，施焊難度非常大，整圈焊縫至少有1／3的部分，焊工施焊時(shí)看不到，焊縫質(zhì)量無(wú)法保證。為了便于焊接，取消了φ114管處對(duì)接焊縫，改為φ83管插入φ114管，在φ83管與φ114管之間加一過(guò)度鋼套，作為焊縫襯板。其鋼套把φ83管和φ114管緊固在一起，提高了φ83管與φ114管之間固定強(qiáng)度，基本消除了加熱管之間相互的振動(dòng)的疲勞破壞。此處焊縫可以從端面施焊，施焊難度不大，焊縫質(zhì)量容易保證。

4 加熱管的焊接質(zhì)量控制

圖3所示中，所有對(duì)接焊縫采用氬電聯(lián)焊，為了確保焊接質(zhì)量，我們分兩部分在爐外預(yù)制：鋼套、φ83直管、φ83半圓彎頭、變徑無(wú)縫三通部分，φ57直管、φ57彎頭部分，然后到爐內(nèi)對(duì)接。

4.1 焊前準(zhǔn)備工作

1）了解施焊的加熱管的工作參數(shù)。工作介質(zhì)：蒸汽 ，設(shè)計(jì)壓力3.5MPa。

2）熟悉焊口位置、材料等，并做好技術(shù)交底。材質(zhì)：20g。

3）焊材質(zhì)量應(yīng)符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并有制造廠(chǎng)產(chǎn)品合格證和材質(zhì)證明書(shū)。

4.2 焊材管理

1）施工單位準(zhǔn)備焊材存放烘干箱，焊條在使用前應(yīng)進(jìn)行烘焙，由專(zhuān)人管理。焊工必須用焊條保溫桶將焊條帶到現(xiàn)場(chǎng)施焊。

2）每日工作完成后需將未用完的焊材送回烘干箱，交專(zhuān)人管理。

3）焊絲在使用前應(yīng)清除其表面的油污、銹蝕等。

4.3 管件及管道管理

1）所有管件外出加工好破口，現(xiàn)場(chǎng)管道坡口采用氧－乙炔焰切割并用磨光機(jī)磨去氧化皮、熔渣及淬硬層，并應(yīng)將凸凹不平處打磨平整。坡口形式：?jiǎn)巍癡”型坡口，如圖4所示。

2）φ83管插入φ114管鋼套處焊縫為角焊縫，采用手工電弧焊，要求焊肉填滿(mǎn)。

3）對(duì)口要求：①清理坡口兩側(cè)（內(nèi)外壁）10mm范圍內(nèi)的水、油污、鐵銹或其他異物，使金屬表面露出金屬光澤，且不得有裂紋、夾層等缺陷。②對(duì)口時(shí)，應(yīng)做到內(nèi)壁齊平，如有錯(cuò)口，其內(nèi)壁錯(cuò)邊量不超過(guò)0.6mm。對(duì)口間隙1～2mm。如圖4所示。

圖4 焊接示意

4.4 焊接工藝

1）焊接方法：氬電聯(lián)焊。

2）焊材選擇：焊條采用φ3.2、φ4.0的J506焊條，焊絲采用φ2.5的TIG－J50。

3）焊接工藝參數(shù)：

焊 層焊接方法填充金屬 焊接電流牌號(hào) 直徑 極性 電流，A電弧電壓，V焊接速度，cm／s 1GTAW TIG－J50φ2.5 直流正接 80～120 16～18 5～8 2SMAW J506 φ3.2 直流反接 90～120 20～22 5～15

4）定位焊縫：焊接定位焊縫時(shí)，應(yīng)采用與根部焊道相同的焊接材料和焊接工藝，并應(yīng)有合格焊工施焊。在焊接根部焊道前，應(yīng)檢查定位焊縫，當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，應(yīng)將缺陷打磨掉再進(jìn)行焊接，并盡量使其形狀不要有明顯凸出、凹坑現(xiàn)象。

5）正式焊接：

①焊工應(yīng)按以上圖樣、工藝文件、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)施焊。

②引弧應(yīng)在坡口內(nèi)進(jìn)行，禁止在管材、管件上隨意引弧、試驗(yàn)電流及焊接臨時(shí)支撐。

③焊接過(guò)程中，應(yīng)注意接頭和收弧的質(zhì)量，接頭應(yīng)熔化良好，收弧應(yīng)將弧坑填滿(mǎn)。

④注意層間清理，清理不徹底不能施焊次層。焊縫應(yīng)與母材平滑過(guò)渡，焊縫余高在2～3mm左右，防止表面咬邊、夾渣、氣孔等缺陷。

⑤焊接完畢的焊口應(yīng)及時(shí)清理表面煙塵等附著物、藥皮等。

⑥焊完一層，需將焊渣清理干凈后方可焊第二層，如存在表面氣孔、夾渣等缺陷，需清理后再焊。

⑦焊條筒內(nèi)不可存放不同牌號(hào)的焊條，焊條在保溫筒存放時(shí)間不得超過(guò)4小時(shí)。

⑧禁止非焊接部位引弧及電弧擦傷管材表面。

6）焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：焊縫外觀(guān)：GB50236－1998《現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》Ⅱ級(jí)。內(nèi)在質(zhì)量：JB／T4730－2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》Ⅱ級(jí)。

5 結(jié) 語(yǔ)

目前1＃煅燒爐和3＃煅燒爐已于2010年3月份，按上述結(jié)構(gòu)改造，現(xiàn)已使用三年，運(yùn)行狀況很好，沒(méi)有發(fā)生任何斷裂泄漏現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)的連接方式，既滿(mǎn)足了工藝要求，又提高了煅燒爐的生產(chǎn)能力，且保證了煅燒爐平穩(wěn)運(yùn)行，是我公司煅燒爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一次大的技術(shù)進(jìn)步。建議4＃、5＃、6＃、7＃煅燒爐在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)，也以同樣的方法進(jìn)行改造，作為提高和改善公司煅燒爐的生產(chǎn)能力和運(yùn)行狀況的方法之一。

［1］ GB50236－1998《現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》［S］

［2］ JB／T4730－2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》［S］