煅烧炉炉头加热管连接形式改造与焊接质量控制

宋和平

（青岛碱业股份有限公司，山东 青岛 266043）

目前我公司在用煅烧炉7台，1＃、2＃、3＃为轻灰外返碱煅烧炉，4＃、5＃、6＃、7＃为轻灰自身返碱煅烧炉，炉内加热管都是108根，分三排，内排φ57×5共36根，中排φ83×6共36根，外排φ114×6共36根，材料：20g。如图1所示。

图1 炉内加热管分布（局部）

1 问题的提出

1＃煅烧炉2004年大修时，炉头处加热管连接形式采用弯头连接形式，如图2所示，大约使用半年左右，在弯头联接角焊缝处，如图2所示，开始出现断裂漏汽。因为此处断裂漏汽，在炉内无法处理，只能割掉弯头，改为堵头结构。至2010年底，已逐渐全部改为堵头形式。2007年3＃煅烧炉大修，根据1＃煅烧炉的经验，炉头处加热管改为堵头形式，4＃、5＃、6＃、7＃轻灰自身返碱煅烧炉，炉头处加热管原设计即为堵头形式，如图2中外排管所示，即每台煅烧炉108根加热管相互独立。2010年初，工艺提出1＃煅烧炉的运行状况比刚大修完差距较大，出汽温度低、能力不足、炉头加热管结疤需要按时停炉清理等。3＃煅烧炉与1＃煅烧炉相同，运行状况远不如大修前。在排查原因分析后，工艺要求三排加热管恢复原连接方式，但若将内、中、外三排加热管相互连接，就必须解决断裂漏汽问题，因此必须对煅烧炉炉头处加热管断裂漏汽的原因进行分析，研究解决办法。

图2 加热管弯头联接角焊缝

2 加热管弯头联接角焊缝处断裂原因分析

煅烧炉炉头处加热管图2所示弯头连接形式，一般使用不超过半年，就开始出现断裂漏气现象，分析认为：轻灰外返碱煅烧炉的转速是7r／min，轻灰自身返碱煅烧炉转速是5.6r／min，炉内加热管随炉转动，必然要产生振动。而三排加热管的规格尺寸不同，因此其振动频率不同，造成每排加热管之间存在相互的振动，而相互的振动必然在强度薄弱处产生疲劳破坏，造成断裂泄漏。而图2所示弯头连接形式中，由于角焊缝受剪切应力，其强度比对接焊缝和其他部位强度低很多，角焊缝焊接质量无法检验，焊接时容易存在未焊透，而未焊透是产生应力集中，造成疲劳断裂的根源。这是我公司一直未能解决的难题。所以4＃、5＃、6＃、7＃轻灰自身返碱煅烧炉，炉头处加热管原设计就未选用三排管相互连接的形式，而选用了三排管相互独立的堵头形式。图2中外排管所示。

3 解决加热管连接处断裂办法

根据上述原因分析，图2所示弯头连接结构容易产生断裂漏汽，而其断裂位置发生在受剪切应力的角焊缝处，因此只要消除了角焊缝，就能解决断裂泄漏问题，为了消除角焊缝，内排φ57管与中排φ83管连接选用了加厚变径无缝三通，外排φ114管与中排φ83管连接选用了φ83的半圆弯管，全部采用对接焊缝连接结构形式，因为对接焊缝的焊缝处的强度高于母材强度（主要承受拉应力），焊缝质量可以用射线探伤进行检验，制定有效可行的焊接方法和焊接工艺，即可保证焊缝质量。

但图3所示结构中，外排φ114管与φ83管的变径直管两条焊缝，其中φ83管处对接焊缝，可以在炉外预制，而φ114管处对接焊缝只能在炉内对焊，该对接焊缝离炉体的距离只有63mm，施焊难度非常大，整圈焊缝至少有1／3的部分，焊工施焊时看不到，焊缝质量无法保证。为了便于焊接，取消了φ114管处对接焊缝，改为φ83管插入φ114管，在φ83管与φ114管之间加一过度钢套，作为焊缝衬板。其钢套把φ83管和φ114管紧固在一起，提高了φ83管与φ114管之间固定强度，基本消除了加热管之间相互的振动的疲劳破坏。此处焊缝可以从端面施焊，施焊难度不大，焊缝质量容易保证。

4 加热管的焊接质量控制

图3所示中，所有对接焊缝采用氩电联焊，为了确保焊接质量，我们分两部分在炉外预制：钢套、φ83直管、φ83半圆弯头、变径无缝三通部分，φ57直管、φ57弯头部分，然后到炉内对接。

4.1 焊前准备工作

1）了解施焊的加热管的工作参数。工作介质：蒸汽 ，设计压力3.5MPa。

2）熟悉焊口位置、材料等，并做好技术交底。材质：20g。

3）焊材质量应符合国家有关标准，并有制造厂产品合格证和材质证明书。

4.2 焊材管理

1）施工单位准备焊材存放烘干箱，焊条在使用前应进行烘焙，由专人管理。焊工必须用焊条保温桶将焊条带到现场施焊。

2）每日工作完成后需将未用完的焊材送回烘干箱，交专人管理。

3）焊丝在使用前应清除其表面的油污、锈蚀等。

4.3 管件及管道管理

1）所有管件外出加工好破口，现场管道坡口采用氧－乙炔焰切割并用磨光机磨去氧化皮、熔渣及淬硬层，并应将凸凹不平处打磨平整。坡口形式：单“V”型坡口，如图4所示。

2）φ83管插入φ114管钢套处焊缝为角焊缝，采用手工电弧焊，要求焊肉填满。

3）对口要求：①清理坡口两侧（内外壁）10mm范围内的水、油污、铁锈或其他异物，使金属表面露出金属光泽，且不得有裂纹、夹层等缺陷。②对口时，应做到内壁齐平，如有错口，其内壁错边量不超过0.6mm。对口间隙1～2mm。如图4所示。

图4 焊接示意

4.4 焊接工艺

1）焊接方法：氩电联焊。

2）焊材选择：焊条采用φ3.2、φ4.0的J506焊条，焊丝采用φ2.5的TIG－J50。

3）焊接工艺参数：

焊 层焊接方法填充金属 焊接电流牌号 直径 极性 电流，A电弧电压，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）定位焊缝：焊接定位焊缝时，应采用与根部焊道相同的焊接材料和焊接工艺，并应有合格焊工施焊。在焊接根部焊道前，应检查定位焊缝，当发现缺陷时，应将缺陷打磨掉再进行焊接，并尽量使其形状不要有明显凸出、凹坑现象。

5）正式焊接：

①焊工应按以上图样、工艺文件、技术标准施焊。

②引弧应在坡口内进行，禁止在管材、管件上随意引弧、试验电流及焊接临时支撑。

③焊接过程中，应注意接头和收弧的质量，接头应熔化良好，收弧应将弧坑填满。

④注意层间清理，清理不彻底不能施焊次层。焊缝应与母材平滑过渡，焊缝余高在2～3mm左右，防止表面咬边、夹渣、气孔等缺陷。

⑤焊接完毕的焊口应及时清理表面烟尘等附着物、药皮等。

⑥焊完一层，需将焊渣清理干净后方可焊第二层，如存在表面气孔、夹渣等缺陷，需清理后再焊。

⑦焊条筒内不可存放不同牌号的焊条，焊条在保温筒存放时间不得超过4小时。

⑧禁止非焊接部位引弧及电弧擦伤管材表面。

6）焊缝质量检验标准：焊缝外观：GB50236－1998《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》Ⅱ级。内在质量：JB／T4730－2005《承压设备无损检测》Ⅱ级。

5 结 语

目前1＃煅烧炉和3＃煅烧炉已于2010年3月份，按上述结构改造，现已使用三年，运行状况很好，没有发生任何断裂泄漏现象。经过重新设计的连接方式，既满足了工艺要求，又提高了煅烧炉的生产能力，且保证了煅烧炉平稳运行，是我公司煅烧炉内部结构的一次大的技术进步。建议4＃、5＃、6＃、7＃煅烧炉在适当的时机，也以同样的方法进行改造，作为提高和改善公司煅烧炉的生产能力和运行状况的方法之一。

［1］ GB50236－1998《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》［S］

［2］ JB／T4730－2005《承压设备无损检测》［S］