8.6MPa水煤漿氣化爐的設計與制造

8.6MPa水煤漿氣化爐的設計與制造化工設備制造技術(shù).PDF電子書小商店108.6MPa水煤漿氣化爐的設計與制造1.設計要求1.1設計依據(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號修改單)》等進行設計、制造、檢驗和驗收。氣化爐殼體的最大應力工況應考慮各種工況下可能出現(xiàn)的最不利載荷的組合，殼體設計時還應考慮耐火材料的重力載荷及其熱膨脹。氣化爐內(nèi)托磚盤、隔板等附件的設計應考慮熱膨脹的因素，同時托磚盤的設計還應考慮內(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)特點氣化爐為一立式設備結(jié)構(gòu)，如圖1所示，總長約18059mm，不包括耐火材料，設備質(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—氣化室；4—耐火保溫內(nèi)襯；5—氣化室殼體；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材料的化學成分和力學性能分別如表2和表3，其中板材的沖擊試樣除應經(jīng)歷其在制造過程中所有預計的熱處理循環(huán)外多做一次熱處理，再去做試驗。表2

SA-387Gr.11CL2化學成分表3

SA-387Gr.11CL2機械性能1.3.2鍛件氣化爐鍛件采用的SA-182F11CL2應符合ASMESA-182F11CL2的規(guī)定，鍛件的沖擊試樣除應經(jīng)歷其在制造過程中所有預計的熱處理循環(huán)外，應多做一次熱處理，再去做試驗，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應符合ASMESB424的要求，設備中接觸高溫氣體的零部件材料Incoloy825應嚴格控制其化學成分（見表4）。表4

Incoloy825化學成分1.3.4焊接材料氣化爐主體材料SA-387Gr.11CL2，其手工焊條牌號為JR-816B2；埋弧焊絲牌號為US511N、焊劑牌號為PF200；不銹鋼帶極堆焊過渡層焊帶牌號為EQ309L、不銹鋼帶極堆焊耐蝕層焊帶牌號為EQ316L，焊帶規(guī)格為60×0.5mm，焊劑牌號為JFS300S。2.制造、檢驗和驗收氣化爐殼體的制造比一般壓力容器的制造要求更為嚴格，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材料復驗氣化爐用的板材、鍛件及焊材入廠后要嚴格按照《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)定進行復驗，各項結(jié)果均符合ASME和GBT150等標準和技術(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行正火+回火熱處理，再進行無損檢測。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，加強段筒體為160mm。各筒體制造過程中嚴格控制制造允差，具體要求如下：（1）筒節(jié)下料時應考慮加放筒節(jié)縱焊縫焊接時和筒節(jié)里口帶極堆焊時的焊接收縮余量，各筒節(jié)高度之和應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)及預彎段的圓度應用樣板進行檢查，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，錯邊量應≤3mm。在組對前對單個筒節(jié)進行機械撐圓，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)錐盤的實際形狀實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，組對時根據(jù)錐盤實際形狀實配出各托板尺寸，焊接后消除應力熱處理，加工錐盤高度及外徑不銹鋼復層、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，嚴格控制所有基準環(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行嚴格的焊接工藝評定，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備的受壓焊縫均應全焊透。鉻鉬鋼的焊接采用電弧焊，其焊接必須進行焊前預熱以防止冷裂紋的產(chǎn)生；焊后應及時進行消氫處理，并進行消除應力熱處理。焊前預熱溫度大于150℃，消氫熱處理溫度為300℃左右，焊后消除應力熱處理溫度為620℃。不銹鋼堆焊層應有過渡層和耐蝕層，堆焊層表面應光滑，焊道搭接接頭處應平滑過渡。Incoloy825及其他高合金材料采用氬弧焊，制造時須有防止產(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及時進爐進行中間消應力處理，中間消應力熱處理溫度為600～620℃/2h。氣化爐在全部施焊完畢后須進爐進行最終整體消除應力熱處理，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符合《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，探傷標準與方法均按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、后均進行100％UT檢查，合格級別為Ⅰ級。