魯奇式氣化爐的設(shè)計

0魯奇式氣化爐通過屋頂技術(shù)轉(zhuǎn)化的煤炭可以提高煤炭的利用效率，減少污染，具有明顯的社會效益、經(jīng)濟效益和廣闊的發(fā)展前景。某公司制造的魯奇式氣化爐(以下簡稱氣化爐)是煤制氣工程的關(guān)鍵設(shè)備,結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)要求高、制造難度大。通過制定切實可行的制造工藝和措施,解決了多個制造工藝難點。1結(jié)構(gòu)特點和主要技術(shù)1.1主要部件組成該氣化爐是由外殼與內(nèi)筒組成的立式夾套容器,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。外殼由上法蘭、上封頭、外殼體、粗煤氣出口接管、人孔接管、連接環(huán)、錐形封頭、下法蘭、軸套、鍛管等部件組成;內(nèi)筒由下封頭、錐段、平板、厚壁段、內(nèi)筒體、短節(jié)、上部錐體、弧形板、內(nèi)筒接管、爐篦座、水套、波式套筒等部件組成,見圖1。1.2、軸套數(shù)據(jù)庫與爐體農(nóng)業(yè)普遍垂直度氣化爐容器類別為Ⅲ類(A2),軸套中心線與爐篦座支撐盤的垂直度為90°±1′、軸套中心線與爐體中心線距離尺寸為1140+1mm,上下法蘭與氣化爐中心線的垂直度為90°±5′,外殼筒身公差?i4000±5mm;內(nèi)筒筒身公差?i3848±5mm;夾套間隙48±5mm。技術(shù)參數(shù)要求高,見表1。2關(guān)鍵制造工藝2.1軸套加工工藝設(shè)計錐形封頭組件由錐形封頭、下法蘭、軸套、下封頭、錐段、爐篦座支撐盤、水套等部件組成,是氣化爐中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜、制造難度最大的裝配件,也是整個氣化爐的制造工藝的關(guān)鍵。為滿足軸套中心線與爐篦座支撐盤面的垂直度為90°±1′、軸套中心線與下法蘭中心線尺寸為1140+1mm的加工精度要求,制定了下法蘭、軸套、爐篦座支撐盤外端面和內(nèi)孔預(yù)留二次加工余量,軸套裝配采用裝配胎具定位,錐形封頭組件數(shù)控鏜銑床整體加工工藝。其工藝流程:裝焊錐形封頭與下法蘭環(huán)縫→試裝下封頭與下法蘭環(huán)縫→裝焊接管、軸套→組件中間熱處理→裝焊下封頭與下法蘭環(huán)縫、爐篦座、水套組件等→根據(jù)總裝方案組件整體消除應(yīng)力或中間熱處理→組件數(shù)控鏜銑床整體機加→車加工錐形封頭環(huán)縫坡口→待總裝。2.1.1軸套裝配定位安裝為保證軸套裝配精度、減小軸套焊接變形、保證后續(xù)整體機加需要,采用軸套裝配專用胎具工裝對兩軸套和下法蘭的高度和間距進行裝配定位,并在軸套和錐形封頭端部分別用支撐固定,有效地減少了軸套焊接變形量,保證焊接最大變形量小于軸套的二次加工余量,滿足了二次加工需要。2.1.2機加方法調(diào)整坡口由于軸套與錐形封頭表面的角度傾斜,實際生產(chǎn)中,其焊縫坡口結(jié)構(gòu)形式有兩種,見圖2。第一種坡口方向沿圓周變化,坡口加工難度大,焊接應(yīng)力不對稱,需將錐形封頭多次翻個在其內(nèi)外部交替焊接,但整圈焊接工作量均勻、焊接角度合理、便于施焊;為防止焊接變形,對稱焊需多次翻個,操作比較麻煩。第二種坡口方向沿圓周不變,坡口加工難度小,焊接應(yīng)力相對對稱,在錐形封頭外部焊接工作量較大,但整圈焊接工作量不均勻、局部焊接角度不合理、不便于施焊。大部分焊接在封頭外表面一側(cè)進行,不需多次翻個,操作比較方便。以上均可采用機加方法加工基孔,再氣割修磨坡口,有利于保證坡口質(zhì)量和孔位尺寸。兩種焊接坡口結(jié)構(gòu)形式各有特點,在其他壓力容器上時常遇到,可根據(jù)具體情況選擇其中一種結(jié)構(gòu)。2.1.3支撐板的制作錐形封頭組件內(nèi)外錐封頭間裝焊有8件長1300mm的楔形支撐板,2件一組,4組均勻分布。實際生產(chǎn)中,錐形封頭組件內(nèi)外錐封頭的套裝工藝有兩種:(1)第一種工藝是利用鋼管壓扁試裝確定支撐板外形:在下封頭每件支撐板裝焊位置處先疊裝一根長1400mm和一根長700mm的?40mm×1.5mm鋼管,形成外形尺寸比支撐板稍寬的楔形。在立式大口向上試裝內(nèi)外封頭時,借助8000t油壓機外力作用,使內(nèi)錐封頭達到裝配位置,與下法蘭環(huán)縫坡口對齊,同時內(nèi)外錐封頭間隙均勻,此時鋼管按夾套間隙形狀被壓扁變形,見圖3。試裝合格后,退出8000t油壓機,抽出下封頭,根據(jù)鋼管變化后的實際外形仿形劃線加工相對應(yīng)的支撐板,并將支撐板裝焊到下封頭相應(yīng)的位置上。本工藝適用于具備大型壓力機的場合。(2)第二種工藝是在內(nèi)外封頭立式試裝到位后,利用支撐板位置均靠近內(nèi)封頭開孔的便利,分別按實測支撐板所在位置的間隙大小,劃線修割支撐板外形,然后抽出下封頭,將相應(yīng)的支撐板裝焊到下封頭上。本工藝簡便易行,適用于不具備大型壓力機的場合。2.1.4水平軸加面加工錐形封頭組件組裝完成后,采用專用夾具工裝將組件裝夾固定在數(shù)控鏜銑床回轉(zhuǎn)工作臺上,使兩軸套水平放置,利用數(shù)控鏜銑機床的精確定位特性對下法蘭、軸套、爐篦座支撐盤端面和內(nèi)圓的水平軸、垂直軸坐標(biāo)找正,并依次對其端面和內(nèi)孔機加面余量進行一次性加工。加工結(jié)束后,手工清理打磨倒鈍各加工棱角和毛刺,清理全部鐵屑。2.2筒身冷成型工藝根據(jù)氣化爐夾套容器結(jié)構(gòu)特點,為滿足內(nèi)外殼筒身直徑±5mm公差和夾套間隙48±5mm的圖紙技術(shù)條件要求,保證氣化爐套裝順利,制定了筒身冷成型工藝和控制筒身成型尺寸及偏差的工藝措施。2.2.1內(nèi)筒筒身卷制伸長量的確定內(nèi)外筒身壁厚薄、直徑大,卷制后周長尺寸有一定的增大。根據(jù)筒身公差及套裝要求,卷制后外筒身直徑應(yīng)保持正偏差1～2mm、內(nèi)筒身直徑應(yīng)保持負偏差1～2mm較為適宜。根據(jù)筒身卷制伸長量計算公式:ΔL=Kπδ(1+δ/Dn)式中ΔL——周長伸長量,mmK——卷制條件系數(shù),見表2δ——鋼板名義厚度,mmDn——筒身公稱內(nèi)徑,mm外殼筒身卷制伸長量ΔL≈6mm,按中徑展開尺寸下料即可滿足偏差要求;內(nèi)筒筒身卷制伸長量ΔL≈6mm(15CrMoR材料厚壁段略),按名義中徑展開尺寸減10mm,即內(nèi)筒卷圓后實際中徑展開比名義縮短4mm下料即可。下料鋼板的對角線劃線公差以及縱環(huán)縫坡口刨加工對角線公差應(yīng)控制在不大于2mm。2.2.2圓形要求根據(jù)現(xiàn)有卷板技術(shù)能力以及內(nèi)外筒身環(huán)縫坡口加工、焊接和套裝需要,筒身圓度控制在不大于6mm。2.2.3卷制參數(shù)的測定筒身的卷制和校圓要嚴格遵守操作規(guī)范要點進行操作;對卷制的圈數(shù)、壓力、上輥下壓量等相關(guān)數(shù)據(jù)認真記錄,找出最佳參數(shù);按常見卷制筒體缺陷產(chǎn)生的原因及防止方法進行質(zhì)量控制。2.2.4預(yù)防變形支撐筒身校圓后,在筒體兩端內(nèi)部裝焊防變形支撐圓環(huán),保證筒體圓度符合設(shè)計和工藝要求,并在環(huán)縫裝焊后適當(dāng)時拆除。2.3筒身外表面支撐板m氣化爐內(nèi)外殼體夾套間隙48±5mm,并且內(nèi)筒筒身外表面沿圓周均布著寬度38mm支撐板,夾套間隙狹小,使內(nèi)外筒體套裝成為制造工藝的難點。2.3.1兩種工藝對比實際生產(chǎn)中,根據(jù)氣化爐總裝方案的不同,內(nèi)外筒體的套裝工藝有兩種:(1)第一種工藝是以氣化爐上段和下段的外殼環(huán)縫和內(nèi)筒的短節(jié)為總裝環(huán)縫。在外殼環(huán)縫焊接合格后,按內(nèi)筒實際所需短節(jié)長度將短節(jié)分8段備料、在外殼內(nèi)拼接。包括氣化爐上段的套裝和氣化爐下段的套裝。1順序裝焊所有構(gòu)件首先氣化爐上段外殼組件上法蘭向下倒立在平臺上、套裝內(nèi)筒與弧形板組件、拉筋板固定位置后,依次裝焊其余各件。其工藝流程:裝焊上封頭與上法蘭環(huán)縫→車上法蘭端面和內(nèi)孔、鉆螺栓孔→裝焊上封頭與外殼上段筒身環(huán)縫、粗煤氣出口接管→組件中間熱處理→套裝內(nèi)筒與弧形板組件→依次裝焊連接管與鍛管外環(huán)縫、分布板、上部錐體等件→組件整體消除應(yīng)力熱處理→待總裝。2其他裝焊工藝下殼體裝焊人孔接管等件→組件整體消除應(yīng)力熱處理→裝焊下殼體與錐形封頭組件環(huán)縫→外殼環(huán)縫局部電加熱消除應(yīng)力熱處理→套裝內(nèi)筒與錐形封頭組件環(huán)縫→待總裝。套裝時,將外殼放置在滾輪架上,用吊車吊起挑梁,挑梁在兩側(cè)的內(nèi)筒和配重作用下,保持平穩(wěn)和水平。吊車拖動挑梁拉動內(nèi)筒套裝進入外殼,找正后用拉筋板均勻固定內(nèi)筒,見圖4。本方案需要大型專用挑梁和厚壁筒身配重,工裝費用高。總裝工藝流程:裝焊氣化爐上段和下段的外殼體環(huán)縫,放入波式套筒→環(huán)縫局部電加熱消除應(yīng)力熱處理→裝焊內(nèi)筒短節(jié)縱環(huán)縫、內(nèi)筒接管、人孔接管連接環(huán)→連接環(huán)局部電加熱消除應(yīng)力熱處理→裝焊波式套筒→水壓和氣密性試驗→油漆包裝。(2)第二種工藝是以錐形封頭組件與外殼體的環(huán)縫和內(nèi)筒平板為總裝環(huán)縫。在外殼環(huán)縫焊接合格后,按內(nèi)筒實際所需平板的高度需將平板分8段備料、在外殼內(nèi)拼接。主要是氣化爐殼體的套裝。氣化爐殼體采用了利用定滑輪裝置進行套裝的工藝,其工藝流程:裝焊上封頭與上法蘭環(huán)縫→車加工上法蘭端面和內(nèi)孔余量、鉆螺栓孔→裝焊上封頭與外殼筒身環(huán)縫、粗煤氣出口接管、人孔接管等件→組件中間熱處理→套裝內(nèi)筒、依次裝焊連接管與鍛管外環(huán)縫、分布板、上部錐體、彎管等件→待總裝。套裝時,將外殼放置在滾輪架上,用一吊車吊起內(nèi)筒,通過固定在上法蘭螺栓孔上的定滑輪,用另一吊車起吊固定在內(nèi)筒上的型鋼架拉動內(nèi)筒套裝進入外殼,找正后用拉筋板均勻固定內(nèi)筒,并拆除型鋼框架,見圖5。本套裝工藝需要定滑輪和型鋼架工裝,材料消耗和工裝費用較少?？傃b工藝流程:裝焊殼體組件和錐形封頭組件環(huán)縫、放入波式套筒→裝焊內(nèi)筒平板縱環(huán)縫、內(nèi)筒接管、人孔接管連接環(huán)→整體消除應(yīng)力熱處理→裝焊波式套筒→水壓和氣密性試驗→油漆包裝。實際制造中,以上各套裝工藝均有實施。第一種工藝需多次進行局部電加熱熱處理,操作比較麻煩,且對整體加工的錐形組件尺寸精度沒有影響;第二種工藝需進行整體熱處理,避免了第一種方案的多次局部電加熱熱處理的煩瑣工序,操作簡單。但它需在氣化爐內(nèi)部拼焊平板,平板分割、再拼焊、預(yù)熱、尺寸保證和探傷檢查均不如第一種方案以短節(jié)作為內(nèi)筒總裝環(huán)縫簡便易行。2.3.2車橋封頭車加工和車種為保證氣化爐上下法蘭面與氣化爐中心線的垂直度為90°±5′,制定了氣化爐上封頭與上法蘭組件、錐形封頭組件、外殼各節(jié)筒體的環(huán)縫車機加后進行組裝,并利用測微準(zhǔn)直望遠鏡和全站儀測量控制、保證產(chǎn)品同心度和垂直度的工藝:(1)上封頭與上法蘭組件焊接后,車加工上法蘭端面和內(nèi)孔余量,保證上封頭與上法蘭端面平行并與中心線垂直及各自中心線同心;(2)外殼各節(jié)筒身卷圓后,車加工環(huán)縫坡口,保證各節(jié)筒身兩端面平行且與中心線垂直;(3)下部錐形封頭組件整體鏜銑加工后,車加工錐形封頭環(huán)縫坡口,保證錐形封頭與下法蘭端面平行并與中心線垂直及各自中心線同心;(4)各部件總裝時,利用中心架確定各部件4個象限的中心線后,采用測微準(zhǔn)直望遠鏡和全站儀測量各件中心線同心并與端面垂直。最終保證氣化爐上下法蘭面與氣化爐中心線的垂直度90°±5′的要求。2.4管口基礎(chǔ)水壓端蓋改進根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)和水壓試驗及氣密性試驗要求,選用了既可連接內(nèi)筒又可連接夾套的粗煤氣出口接管作為灌水打壓接管,并且將原設(shè)計的單臺設(shè)備一次性使用的外殼體接管水壓端蓋改進為可多次循環(huán)使用的球形封頭水壓端蓋,降低了材料消耗,見圖6。圖紙技術(shù)條件要求:本設(shè)備熱處理后,需進行臥式水壓試驗,試驗壓力:外殼5.88MPa,內(nèi)筒0.25MPa(外壓);水壓試驗