西門子GSP氣化爐水冷壁修復(fù)技術(shù)探討

倪瑋

摘 要：神華寧煤煤化工分公司烯烴公司西門子GSP氣化爐，燃燒室采用水冷壁冷卻方式，由于長(zhǎng)期在高溫下工作，燃燒室水冷壁管因燒損出現(xiàn)滲漏。為保證設(shè)備安全運(yùn)行，有必要進(jìn)行燃燒室水冷壁的修復(fù)技術(shù)研究，為氣流床氣化爐水冷壁修復(fù)提供了借鑒方法。

關(guān)鍵詞：GSP氣化爐；水冷壁管修復(fù)；16Mo3鋼焊接工藝

前言

神華寧煤煤業(yè)集團(tuán)煤炭化學(xué)工業(yè)分公司烯烴公司氣化裝置氣化單元采用由西門子研發(fā)的GSP干煤粉氣化爐，采用干粉進(jìn)料、純氧氣化、液態(tài)排渣、粗合成氣激冷工藝流程的水冷壁結(jié)構(gòu)氣流床氣化技術(shù)，總體結(jié)構(gòu)分為燃燒室（反應(yīng)室）與激冷室兩部分，燃燒室采用水冷壁結(jié)構(gòu)。GSP氣化爐水冷壁是由特殊耐熱材料碳化硅為屏蔽涂層的盤管和銷釘焊接組成圓筒形膜式壁，采用4根盤管盤旋分布在燃燒室中，盤管上共焊接銷釘90000顆左右，水冷壁盤管材質(zhì)為16Mo3，屬于合金鋼，水冷壁盤管的直徑為88.9mm，壁厚為7.62mm。工作溫度1400℃，工作壓力4.5MPa。在運(yùn)行過(guò)程中由于特殊耐熱材料脫落，刮渣不良導(dǎo)致銷釘燒損或水冷壁盤管燒損，導(dǎo)致氣化爐熱損升高，盤管滲漏等故障，由于水冷壁構(gòu)造復(fù)雜，盤管布置密集，距離爐壁230mm，上、下兩根盤管之間的距離僅為18mm，焊接區(qū)域狹窄，存在焊接盲區(qū)，檢修難度大。文章就GSP氣化爐水冷壁盤管的更換方法及焊接工藝參數(shù)，進(jìn)行討論，為采用膜式水冷壁形式的氣流床氣化爐水冷壁檢修提供了借鑒。

1 銷釘?shù)拇蚰ヅc焊接

1.1 銷釘?shù)拇蚰?/p>

在開(kāi)展水冷壁修復(fù)作業(yè)時(shí)，應(yīng)對(duì)銷釘進(jìn)行打磨。首先確定打磨數(shù)量及區(qū)域，對(duì)打磨范圍內(nèi)的燒損錨固釘進(jìn)行打磨，先將燒損錨固釘?shù)纳习氩扛畛傧蛳麓蚰?，舊銷釘預(yù)留1至2mm的高度即可避免傷及爐管。如銷釘燒損嚴(yán)重?zé)o法預(yù)留1-2mm可采取表面打磨方式進(jìn)行，以傷及母材最小限度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)；打磨出金屬光澤即可避免傷及爐管若有傷及爐管的地方要標(biāo)明，并進(jìn)行焊接修復(fù)。

1.2 銷釘?shù)暮附?/p>

銷釘一般采用的材質(zhì)為316，使用專用的螺柱焊機(jī)進(jìn)行焊接，焊接電流為710A，拉弧時(shí)間為210ms，焊接角度為90°，焊接密度為縱向6顆銷釘，銷釘橫向間隙為10mm。

2 水冷壁盤管的切割

在水冷壁盤管更換中，找準(zhǔn)缺陷位置，并測(cè)厚，選擇需要更換的管束要做好標(biāo)記，對(duì)水冷壁盤管進(jìn)行切割，同時(shí)為了解決焊接區(qū)域狹窄的問(wèn)題，在切割時(shí)需將每排盤管縱向切割位置錯(cuò)開(kāi)，以倒置的梯形進(jìn)行切割，從而避免每排盤管焊縫處于同一垂直線上，要求每排焊縫間距大于200mm，增加焊接區(qū)域，為后期的焊接預(yù)留焊接位置，確保焊接質(zhì)量。切割完成后對(duì)切割面打磨與清理，在切割打磨時(shí)盡量避免將廢渣落到爐壁與管壁之間的空隙中。

3 水冷壁盤管的預(yù)制

由于氣化爐內(nèi)空間受限，所有水冷壁盤管預(yù)制工作在爐外進(jìn)行，預(yù)制管坡口打磨角度為60±5°，當(dāng)更換的盤管數(shù)量較少，也就是1-2根或多根盤管復(fù)位剩余1-2根時(shí)，由于操作空間狹窄，靠近爐壁內(nèi)側(cè)無(wú)法施焊，對(duì)于此類情況，可采取采用“開(kāi)天窗”方法，所以在預(yù)制中必須事先對(duì)部分預(yù)制管開(kāi)“天窗”。所開(kāi)的橢圓型窗口的大小宜為150X60mm，這樣利于操作且變形量小。對(duì)于預(yù)制完成的管線所有焊縫要進(jìn)行100PT檢測(cè)，確保質(zhì)量。

4 水冷壁盤管的焊接安裝

4.1 安裝方法概述

將預(yù)制完成且焊口檢測(cè)合格的管線移至氣化爐燃燒室內(nèi)部，由下往上逐根進(jìn)行安裝。特別要注意的是，每次安裝只能進(jìn)行單根管線的安裝，留出足夠的空間對(duì)安裝口進(jìn)行檢測(cè)。兩管口錯(cuò)邊量≤0.5mm，同時(shí)在兩管之間縱向插入一截翅板，做垂直基準(zhǔn)線，確保焊接的配管不變形。在焊接安裝口時(shí)，從背面開(kāi)始焊接，采用特殊的觀察鏡觀察進(jìn)行輔助焊接，然后再?gòu)那懊孢M(jìn)行焊接，焊接最后一根管的時(shí)候需要通過(guò)窗口從管內(nèi)壁對(duì)背后焊口進(jìn)行焊接，對(duì)于在整個(gè)環(huán)焊縫中，先完成爐壁側(cè)的半圈焊縫，采用由內(nèi)向外的焊接順序，即采用“內(nèi)坡口”進(jìn)行焊接，然后RT射線的檢測(cè)檢測(cè)合格后再將橢圓形蓋板與窗口焊接。

4.2 水冷壁盤管焊接工藝

4.2.1 水冷壁的材質(zhì)

水冷壁管材質(zhì)為合金鋼16Mo3，常用于制造介質(zhì)溫度≤580℃的鍋爐過(guò)熱管，其合金元素的成分與含量、力學(xué)性能與用途和珠光體耐熱鋼12Cr1MoV相似。為保證GSP氣化爐水冷壁盤管焊接質(zhì)量，必須對(duì)16Mo3鋼管的焊接方法與焊接工藝進(jìn)行研究。

4.2.2 焊前預(yù)熱溫度和控制層間溫度

焊前預(yù)熱和保持層間溫度是防止耐熱鋼焊接冷裂紋和再熱裂紋的有效措施之一，預(yù)熱溫度我們應(yīng)選擇在200°～300°之間，并且保持約250°的層間溫度。焊前預(yù)熱的加熱范圍以焊縫中心線為基準(zhǔn)，每側(cè)預(yù)熱長(zhǎng)度約100～150mm。

4.2.3 焊接坡口

在焊接時(shí)選取的坡口角度為60°左右，根部間隙在2.5mm～3mm之間。

4.2.4 焊接工藝參數(shù)選擇

焊接采用的焊絲型號(hào)為ER80S-G，直徑為φ2.0mm選擇鈰鎢極，鎢極直徑為2.5mm，電源極性為直流正接。對(duì)于打底時(shí)采用100-115A的焊接電流，電弧電壓為21V，氬氣流量為12L·min-1；填充時(shí)采用115-125A的焊接電流，電弧電壓為22V，氬氣流量為13L·min-1；蓋面時(shí)采用120-130A的焊接電流，電弧電壓為23V，氬氣流量為14L·min-1。

4.2.5 焊接的方法

焊接方法采用點(diǎn)固焊，焊接前應(yīng)清理坡口兩側(cè)表面及管道內(nèi)20mm左右范圍內(nèi)的油污、銹蝕、氧化物等污物，打磨至呈現(xiàn)金屬光澤。管口組對(duì)時(shí)，要求管內(nèi)壁齊平，錯(cuò)邊量≤0.5mm，組對(duì)間隙應(yīng)保持均勻一致。焊接時(shí)將所更換的水冷壁盤管分為四段，首先從6點(diǎn)方向開(kāi)始，焊接至3點(diǎn)方向，第二段從3點(diǎn)方向焊接至12點(diǎn)方向，以此完成靠近爐壁兩段焊縫的焊接。其次從6點(diǎn)方向焊接至9點(diǎn)方向，第四段為9點(diǎn)方向焊接至12點(diǎn)方向，完成水冷壁盤管外側(cè)焊接。

5 結(jié)束語(yǔ)

歷年以來(lái)通過(guò)使用以上方法對(duì)西門子GSP氣化爐管水冷壁盤管復(fù)焊接完成后，進(jìn)行的RT探傷結(jié)果看，焊接Ⅱ合格率達(dá)100%，符合工藝要求，從歷年氣化爐水冷壁修復(fù)頻率來(lái)看，2012年之后逐年下降，尤其在2014年4月23日對(duì)烯烴2#氣化爐進(jìn)行修復(fù)后，烯烴5臺(tái)GSP氣化爐水冷壁未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，證明此水冷壁修復(fù)更換工藝切實(shí)可行。通過(guò)對(duì)西門子GSP氣化爐水冷壁修復(fù)及16Mo3管道焊接性的研究，確定了可行性的水冷壁修復(fù)及焊接技術(shù)，為我公司積累了同類氣化爐水冷壁修復(fù)的方法。

參考文獻(xiàn)

[1]趙新軍.煤制氫圓式氣化爐內(nèi)水冷壁盤管焊接返修工藝[J].焊接與切割，2012（16）：41-43.

[2]徐曉峰.16Mo3鋼的大型回轉(zhuǎn)窯筒體的埋弧自動(dòng)焊工藝研究[J].熱加工工藝，2008（13）：132-133.

[3]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001：341-342.

[4]侯偉鵬.12Cr1MoV鋼主蒸汽管道焊接工藝[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2011（3）：45-47.