鲁奇式加压气化炉及配套设备的制造

才福胜

(中航黎明锦西化工机械(集团)有限责任公司设计研究院)

随着煤制油工业的不断发展，气化炉需求量呈上升趋势,用于煤制油项目的加压气化炉及配套设备结构复杂、制造精度要求高，为了确保质量，制造中提出了严格的工艺要求。加压气化炉及配套设备的制造工艺编制非常重要,如何确保产品在整个制造工艺中的合理安排、组对，加工尺寸的准确，合理安排热处理时间及组对顺序是该设备制造精度的保证。

1 气化炉结构、原理及技术参数

鲁奇式气化炉结构如图1所示。

气化炉上法兰连接煤锁，下法兰连接灰锁。煤锁内的煤进入气化炉后进行燃烧，气化炉内腔属高温区，炉篦座上装有大小齿轮、炉蓖子和刮灰刀,刮灰刀与内腔筒体之间单面距离小于15mm,正常工作时大小齿轮及刮灰刀是运动的，整个设备均由内外两腔组成，由于内腔温度高，外壳与内腔之间充水进行温度调整。

气化炉主要技术参数：

外壳设计压力 3.6MPa

内壳设计压力(外压) 0.15MPa

内壳设计温度 260℃

外壳设计温度 260℃(管口S1343℃，管口S2470℃)

外壳物料 水、蒸汽

内壳物料 煤、灰、煤气

煤锁技术参数：

图1 鲁奇式气化炉结构简图

设备规格DN2870mm×65mm×3800mm

设计温度 343/250℃

设计压力 3.6MPa

介质 煤、粗煤气

灰锁技术参数：

设备规格φ2800mm×70mm×4720mm

设计温度 470℃

设计压力 3.6MPa

介质 水蒸气、灰

容器类别 II类(疲劳容器)

2 制造技术的关键

气化炉在工作时是一台动设备，内部下方装有大小齿轮、炉蓖子(60t、2.5m高)和刮灰刀。气化炉上部连接煤锁，下部连接灰锁。该设备制造时必须注意：

a. 上、下法兰密封面与设备中心线的垂直度；

b. 炉蓖座上平面与设备中心线的垂直度；

c. 设备同轴度；

d. 两轴套中心线与炉蓖座支撑面的垂直度；

e. 确保两轴套中心线与设备中心线这三条轴线在同一平面内且相互平行；

f. 内锥体8条支撑板与外锥体贴合率的保证。

为确保上、下阀开启和关闭自如，要求煤锁的上、下法兰与设备中心线的垂直度偏差为90°±5′，阀杆传动轴套与内部支承轴应同心。为此，上/下/内锥体成型组焊后的制造偏差的控制、壳体组件的组焊加工精度的控制以及上、下法兰、侧向传动轴套、内部导向防护装置与主体的组焊加工偏差的控制，是确保设备质量的关键。

3 气化炉及配套设备制造难点及解决办法

由于气化炉为动设备，组对、加工精度要求较高，应按照制造、焊接、热处理流程，对制造过程中的质量进行严格控制。该设备外壳所用材料为13MnNiMoNbR，内壳采用Q245R材料，煤锁材料为Q345R，灰锁为15CrMoR，由于设备的特殊性且为Ⅲ类压力容器，所有主要受压元件材料进厂后必须进行复验，保证其使用安全性。

3.1 气化炉

气化炉上部为椭圆形封头，中间为筒节，下部为锥体，且分为内外两腔。

下部外锥分为内外两层锥壳，外锥采用外协压制，内锥分两段成型，为保证与下法兰连接后与外壳之间腔体的均匀性，下段下料时采用厚板，分两瓣压制后进行加工，保证连接尺寸的准确性。上部锥体在滚制时严格控制两端口同轴度，为保证外协旋压翻边后两端口同轴且平行，在翻边前，两端口车平，并在小口处焊工装支撑圈，保证了翻边后两端口的同轴度要求，翻边后在机床上严格找正后，加工两端口坡口，保证两端口平行度及与中心线垂直度要求。

为保证内外壳体间隙均匀，下料时严格控制筒体展开料长；为保证内外壳体的同轴度要求，每段筒体下料时剪切要求准确，并保证板料两对面平行且与另两相邻边垂直，在滚制时控制端口平面度及椭圆度。外壳滚制后加工两端坡口，保证两端平行且与中心线垂直不得超差。

由于设备直径较大且材料为高强钢，上封头板料在加热时底部垫起，保证上下受热均匀，压制时控制终压温度，为保证封头性能，冷却采用水喷淋急冷方式，通过母材试板的检验，性能合格。

为保证组对后内外壳体同轴，两轴套中心线与炉蓖座支撑面垂直度及轴套与中心线的等距离，组装人员利用工装进行组对，为保证工装的精度,工装与设备接触面采用机床加工方式来保证，且轴套留有足够用于最终加工的量，最终加工后测量尺寸满足图纸公差要求。内外锥8条筋板要求80%贴合率，由于结构特殊，内、外锥的成型存在制造偏差，很难保证其要求。采用模拟粘块预组划线确定支撑板规格及组对位置，最终满足施工图的要求。

3.2 煤锁

煤锁由壳体组件(筒体、上下锥体、连接件、内锥体和法兰短节组件)、上下法兰阀座、阀杆、侧向传动轴套、内部导向防护装置及内外摆杆等组件组成。为确保煤锁质量，首先应严格控制材料采购第一环节，所有材料必须符合施工图及标准的规定，材料检测合格后，方可投入使用。

确保煤锁上下法兰、法兰Ⅰ及导向防护装置两个法兰密封面平行且同垂直于设备中心线，并且保证其内孔同轴；导向防护装置的轴承箱与筒体上侧向传动轴套(轴承箱体)内孔同轴，设备分步进行组焊和加工。

下段筒体、下锥体、过渡段和内锥利用工装限位组对，确保筒体端口与内锥同轴、两端面平行且同垂直于设备中心线。在筒体和内锥体端口处各组焊一组固定工装，然后加工筒体上端口、工装限位孔、锥体过渡段下端口及工装外圆。再利用工装组焊支撑筒节和法兰，确保法兰与筒体端面平行。

利用专用工装组对筒体内的导向防护装置，确保下法兰、筒体端口、导向防护装置的上下两法兰同轴，焊接检测合格后利用此工装再依次组焊上锥体、上法兰。

划筒体侧向传动轴套(轴承箱体)位置线，并组对工装，然后以筒体内导向防护装置的轴承箱孔为基准镗侧向传动轴套孔，利用工装组焊传动轴套(轴承箱体)，以确保传动轴套(轴承箱体)与导向防护装置的轴承箱同轴。

全部组焊检测合格后，在数控镗床上进行整体加工上、下法兰、导向防护装置的上下法兰内孔、密封面及螺孔、导向防护装置的轴承箱孔与侧向传动轴套(轴承箱体)孔。最终加工后测量尺寸满足图纸公差要求。

3.3 灰锁

灰锁制造难点：

a. 上法兰与导向套同轴度的保证；

b. 下法兰与导向套同轴度的保证；

c. 两根水平轴的轴套与内摆杆保护罩上的轴承环同轴度的保证。

针对灰锁制造难点采取的主要工艺措施：

a. 严格控制内件导向套的成型和组对精度；

b. 严格控制上封头、筒体、下锥体的成型精度和尺寸偏差；

c. 导向套及其上、下法兰组焊后整体二次加工；

d. 导向套与左、右背板采用工装组对、焊接；

e. 内摆杆保护罩采用工装定位进行焊后热处理；

f. 内摆杆保护罩组焊并热处理后整体机加工；

g. 采用工装组焊内摆杆保护罩上的两个轴承环；

h. 利用工装组对设备的上法兰与上封头；

i. 上封头组件与筒体组焊后整体加工开孔及加工筒体端面；

j. 利用工装组焊下锥体及下法兰；

k. 利用工装组焊壳体上的两个偏心轴套；

l. 按热处理工艺卡进行设备的整体焊后热处理；

m. 按金工工艺卡的要求进行焊后整体机加工；

n. 严格按照图纸及工艺要求进行尺寸检查；

o. 进行各传动件的组装及试车。

4 结束语

通过对加压气化炉结构特点的分析,有针对性地提出了解决难点的特殊工艺方案，通过编制详细组装顺序，使复杂的设备制造过程变得清晰明了，制造出了完全满足用户要求的产品。