内壁堆焊S31603气化炉壳体的制造工艺

王普选

(山西丰喜化工设备有限公司，山西 永济 044599)

内壁堆焊S31603气化炉壳体的制造工艺

王普选

(山西丰喜化工设备有限公司，山西 永济 044599)

按照气化炉壳体结构，加工制造时先分为若干组焊件，合理编排加工制造工序，较多地采用机械加工使各零部件的尺寸和允许偏差符合要求，并采取有效措施控制堆焊、热处理过程中的变形和尺寸变化，最终保证气化炉壳体的整体制造质量。

气化炉壳体；热处理；堆焊；变形；控制

引 言

气化炉是煤气化工艺的核心和关键设备，为了适应高硫、高灰、高灰熔点低质煤等范围较宽煤种的气化要求，保证气化炉壳体在工况条件下的抗氢腐蚀性能，气化炉壳体材料采用15GrMoR堆焊S31603，制造时有效控制和处理堆焊金属的收缩及预热，热处理过程造成的各部件变形、尺寸变化，保证壳体的各项技术质量指标符合要求，是壳体制造中的关键[1-2]。本文通过实例对气化炉壳体的制造工艺予以阐述。

1 气化炉壳体结构和主要技术质量指标

1.1 气化炉壳体结构

气化炉壳体结构详见图1。按煤气化工艺主要分为激冷室和燃烧室2大部分。其中，激冷室DN3200，由“DN1750法兰、短节、下锥体、壳体、上锥体”等主要零部件组成，壳体(锥体)壁厚S=80+6(S=88+6) mm，15GrMoR堆焊S31603；燃烧室由“壳体、球形封头、DN2800法兰、凸缘法兰” 等主要零部件组成，壳体(球形封头)壁厚S=70+6(S=50+6) mm，15GrMoR堆焊S31603。法兰材料均为15GrMoⅢ堆焊S31603。

单位：mm

1.2 主要技术质量指标

1) 壳体直线度检查。对于一个基准面，任意3 000 mm长圆筒段直线度允差为±3 mm，全长为±6 mm。

2) 制造和安装后，气化炉全长范围内设备中线垂直度公差不大于12 mm。

3) 壳体的圆度允差为±6 mm。

4) 炉顶凸缘法兰中心线与壳体中心线之间的同轴度允差为±3 mm。

以上各项技术质量指标表明，气化炉壳体的制造精度远高于一般压力容器。

2 壳体制造工艺

2.1 激冷室壳体零部件加工制作

1) 根据激冷室结构特点，将一次加工完成的件号1-1、1-2、1-3(见图1)组焊为“下锥体组焊件”后整体堆焊。一次加工时分别按以下要求进行：

a) 件号1-1法兰颈部的内、外径尺寸和件号1-2短节的内、外径尺寸一起按取齐并加工坡口后件号1-3下锥体小口端的尺寸相配，件号1-1法兰厚度和外径尺寸留出二次加工余量。

b) 件号1-3下锥体先进行小口端的取齐和坡口加工，堆焊完成后进行大口端的取齐和坡口加工。

c) “下锥体组焊件”组对、堆焊和二次加工。

“下锥体组焊件”组对→焊接→RT检测合格。将“下锥体组焊件”装夹在翻转式变位机进行带极堆焊：堆焊过渡层→PT检测→热处理→堆焊面层。件号1-1法兰密封面处的堆焊厚度应留有二次加工和整体热处理后进行法兰密封面精加工两次加工余量。

“下锥体组焊件”二次加工时，先将件号1-1密封面处加工出一个平面(作为组对时的基准平面)，法兰外径加工到图纸尺寸，再加工下锥体的大口端及坡口。大口端径向尺寸按制作完成的件号1-5壳体相配。

2) 件号1-5激冷室壳体制作、加工、堆焊。

a) 件号1-5壳体采用定尺板分两节制作，展开尺寸分别以实测下、上锥体大口端的实际尺寸，并考虑纵焊缝横向收缩量、堆焊及热处理过程的径向收缩量等因素的基础上予以确定。

b) 加热压头预弯后卷制成形，样板检验压头预弯弧度和弧长符合工艺要求。卷制→焊接→校圆→RT检测合格，检查筒体圆度偏差符合≤6 mm的控制要求。

c) 按单节筒体加工图，加工单节筒体上、下端面及坡口，对上、下端面的平行度进行检查。合格后，将两节筒体组焊为件号1-5壳体，B类焊接接头RT合格。对两端面平行度和壳体直线度进行检查。

d) 件号1-5壳体整体进行过渡层堆焊→PT检测→热处理→面层堆焊→PT检测。

3) “上锥体组焊件”的加工制作。

将一次加工完成的件号1-8上锥体和件号1-28壳体组焊成“上锥体组焊件” (见图1)后整体堆焊。一次加工时分别按以下要求进行：

a) 件号1-8上锥体先加工完成小口端面和坡口，小口端内、外径尺寸和件号1-28壳体内、外径尺寸相配。

b) 件号1-28壳体的展开尺寸，以实测一次加工完的上锥体小口尺寸来换算相配，并考虑A类接头焊缝横向收缩量。制作要求参照件号1-5壳体，一次加工上、下端面及坡口。

c) “上锥体组焊件”组对、堆焊和二次加工。

“上锥体组焊件”组对→焊接→RT检测合格。将“上锥体组焊件”装夹在翻转式变位机上进行带极堆焊：堆焊过渡层→PT检测→热处理→堆焊面层→PT检测。 二次加工时，主要加工上锥体的大口端平面及坡口，内、外径尺寸根据制作完成的件号1-5壳体相配。

4) 激冷室壳体组焊、热处理和加工。

a) 将激冷室壳体(见图1)各组焊件(支座和激冷环装配的环板也同时组焊)组对焊接→RT检测→环焊缝堆焊和PT检测完成。

根据单因素试验及正交试验结果，综合其营养价值及感官品质得出姜汁保健果冻的理想配方为白砂糖添加量12%，卡拉胶、黄原胶、槐豆胶的配比7∶1∶1，胶凝剂添加量1.20%，姜汁添加量14%，柠檬酸添加量0.062 5%，β-环状糊精添加量0.04%。

b) 数控镗铣床加工壳体上各接管孔后，组焊各接管并无损检测合格。

c) 激冷室壳体部分作为一个整体进行热处理，数控镗铣床精加工件号1-1法兰密封面、螺栓孔及与激冷环装配环板的加工内容。

2.2 燃烧室壳体零部件加工制作

2.2.1 燃烧室壳体和DN2800法兰的加工制作

根据燃烧室结构，将一次加工完成的件号1-10、1-12(见图1)组焊为“燃烧室壳体组焊件”后整体堆焊。一次加工时分别按以下要求进行：

1) 件号1-10，燃烧室壳体制作

采用定尺板分两节筒体制作，展开尺寸以一次加工完成后的件号1-28实测内径尺寸换算确定。壳体的预弯→卷制→焊接→找圆→端面及坡口加工→两节筒体组对→焊接→RT检测，其过程和要求参照件号1-5壳体。

2) 件号1-12，DN2800法兰的加工(2件)

出法兰一次加工图，确定法兰堆焊前的各个尺寸，法兰厚度留出二次加工余量。其中，一件法兰的内径尺寸和卷制找圆后的件号1-10相配；另一件法兰的内径尺寸和一次加工完成的件号1-19球形封头内径尺寸相配。

a) “燃烧室壳体组焊件”组焊(同时组焊壳体上的吊耳)并无损检测合格后整体进行：堆焊过渡层→PT检测→热处理→堆焊面层→PT检测。

b) 数控镗铣床加工“燃烧室壳体组焊件”上各接管孔后，组焊各接管并无损检测合格。

c) 将“燃烧室壳体组焊件”炉内整体进行消除应力热处理。

d) 二次加工，在数控镗铣床上完成法兰厚度、密封面和螺栓孔的加工，检查法兰密封面与筒体下端面的平行度和同轴度符合要求。

2.2.2 “燃烧室封头组焊件”的加工制作

将一次加工完成的件号1-12、1-18、1-19、1-20(见图1)组焊为“燃烧室封头组焊件”后整体堆焊。一次加工时分别按以下要求进行：

1) 件号1-19，球形封头

球形封头采用定尺板下料，定尺板的宽度尺寸保证避开中心开孔，成形后的内直径公差规定为适当的正偏差，不允许出现负偏差。

一次加工端面和焊接坡口，同时加工完成与件号1-20凸缘法兰组焊的中心孔及坡口，检查中心孔和球形封头内径的同轴度符合要求。

2) 件号1-18，壳体

展开下料，根据件号1-19球形封头一次加工后实测内径尺寸换算下料，并考虑A类接头焊缝横向收缩量。

一次加工两端面及坡口和一端的削边处理，控制圆度偏差≤6 mm。

3) 件号1-20，凸缘法兰

一次加工时留出厚度方向上平面的二次加工余量，其余尺寸按图加工完成。

4) “燃烧室封头组焊件” 组对、堆焊、热处理和二次加工

“燃烧室封头组焊件”由于采用螺栓和壳体连接，热处理完成后，编制二次加工，从工序到工步的详尽加工工艺和加工完成后的检验检测方法。检查凸缘法兰对件号1-12法兰的平行度、同轴度和对轴线的垂直度。

基本工艺路线：组焊各件(含吊耳)→检验→RT检测→堆焊过渡层→PT检测→热处理→堆焊面层→PT检测→炉内整体热处理→二次加工→全面检验，符合各项技术要求。

2.3 各组焊件堆焊预热及过程变形的控制措施

2.3.1 壳体内壁堆焊的预热

将壳体卧置放在专用焊接翻转台上，采用双排燃气加热装置预热，火焰置于筒体底部两侧，夹角约90°，过渡层堆焊前预热温度不小于200 ℃，用红外测温仪测试壳体顶部的温度，达到预热温度后开始堆焊。堆焊过程中持续加热不允许中断[3]。

2.3.2 堆焊过程控制变形措施

1) 采用环向堆焊：堆焊采用60/75×0.5焊带时，焊道间的搭接宽度为8 mm～12 mm；采用30×0.5的焊带时，搭接宽度为6 mm～8 mm。每层堆焊厚度2.5 mm～3.5 mm。每一层的各焊道应相互平行，相邻两层焊道的搭接处应相互错开,不应重迭或搭接不良。堆焊表面平整，相邻焊道之间的凹陷不得大于0.5 mm，焊道接头的不平度不大于1 mm。

2) 堆焊时，不采用刚性固定，避免径向尺寸变化时壳体轴线出现波浪变形的缺陷。过渡层或面层堆焊完成后，专用焊接翻转台继续运转到壳体冷却至常温。其中，过渡层堆焊完后，加热装置继续加热，按一定的时间段逐步关小燃气，直至关停。

2.4 气化炉壳体的热处理工艺方案和控制变形措施

2.4.1 气化炉壳体的热处理工艺方案

1) “激冷室壳体部分”、“燃烧室壳体组焊件”和“燃烧室封头组焊件”分别在热处理炉内进行整体消除应力热处理(上述工艺过程已注明)。

2) 激冷室壳体部分件号1-28和“燃烧室壳体组焊件”连接的B类焊接接头采用局部消除应力热处理。

3) 热处理工艺参数：入炉温度≤400 ℃；升温速度55 ℃/h～75 ℃/h；保温温度(670±20)℃；保温时间6.5 h；降温速度55 ℃/h～75 ℃/h；<400 ℃后出炉空冷。

2.4.2 控制变形的措施

1) “激冷室壳体部分”、“燃烧室壳体组焊件”，由于组件中的锥体、件号1-12法兰刚性较好，热处理变形的特征主要表现为径向尺寸均匀且略有缩小，在零部件加工制作时，一般按允许偏差的上偏差制作，热处理后的尺寸和圆度偏差均能符合质量指标的要求；壳体的筒体部分，热处理变形的特征除径向尺寸略有缩小外，还存在垂直于水平面圆度偏差的变化，需要控制，并采取分别在筒体全长组装不少于三道可拆式刚性支撑圈。

2) 在装炉热处理前，实测壳体筒体的最大、最小内径，并标识。将最大内径垂直于水平面放置。“燃烧室封头组焊件” 热处理时，将件号1-12法兰平面水平放置即可。

3) 各组件整体热处理<400 ℃出炉空冷时，在专用转台上转动冷却至常温。

3 结语

上述气化炉壳体的制造工艺，具有合理编排相关工序、较多地采用机械加工来保证各零部件的尺寸和允许偏差符合要求并在堆焊及热处理过程中采取有效措施对变形和尺寸变化进行控制相结合等特点，制造完工的气化炉壳体各项质量技术指标符合要求。

[1] 丁满福.浅析煤气化装置存在的工程技术问题及对策[J].中国化工装备,2015(6):40-43.

[2] 陈俊杰.浅析气化炉的制造工艺[J].化学工程与装备,2012(8):131-132.

[3] 李国继，杜国珠.新型气化炉侧壁四烧嘴组件制造技术[J].压力容器,2005，22(6):37-39.

Manufacturing process of surfacing welding in inside wall of S31603 gasifier shell

WANG Puxuan

(Shanxi Fengxi Chemical Equipment Co., Ltd., Yongji Shanxi 044599, China)

According to the structure of gasifier shell, the weldment are divided into several groups in processing and manufacturing, and manufacturing process is reasonably arranged. The mechanical processing is adopted to make size and deviation of each component meet the requirements and effective measures are taken to control the deformation and size change in the process of surfacing welding and heat treatment, finally ensuring the overall manufacturing quality of gasifier shell.

shell gasifier; heat treatment; surfacing welding; deformation; control

2016-03-10

王普选，男，1964年出生，1988年毕业于太原重型机械学院铸造工艺及设备专业，本科，工程师，现在山西丰喜化工设备有限公司从事压力容器制造、检验工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.02.34

TQ05；TQ545

A

1004-7050(2017)02-0100-04

化机与设备