第51卷第6期化工設備與囂道VoL. 51 No 62014年12月PROCESS EQUIPMENT PIPINGDec.2014氣化爐頂部燒損的現(xiàn)場修理韓冰,葉冬梅(中石化集團南化公司化工機械廠,南京210048)摘要:描述了煤氣化爐在運行過程中,因內襯耐火層損壞導致爐頂燒損,通過對頂部封頭材料進行無損檢測、金相檢查、硬度測試等確定了具體燒損范圍,由此制定了通過加大頂部法蘭底部直徑進行更換的修理方案并實施,使設備恢復了正常運行。關鍵詞:氣化爐;燒損;檢測;修理中圖分類號:TQ054;TH17文獻標識碼:A文章編號:10093281(2014)06003-005在煤制甲醇的工藝流程中,需利用氣化爐將水煤漿與氧進行部分氧化反應制得粗合成氣。水煤漿通過噴嘴在高速氧氣流的作用下,破碎、霧化噴入氣化爐燃燒室,迅速發(fā)生反應,數(shù)秒內即完成氣化過程,爐內溫度達到13001500℃,因長期在高溫下工作,經受高速煤漿的沖刷,故燃燒室內壁襯有多層耐火磚,具備耐高溫和耐磨損的性能。某單位600kta甲圖1氣化爐結構醇裝置在開工運行20天后,燃燒室頂部法蘭與封頭Fig. I sketch of gasifier球形封頭;2噴嘴;3燃燒室;4耐火保溫內襯;5燃燒室殼由于爐內耐火層開裂造成燒損,通過相關檢測確定燒體:6托磚盤;7變徑段:8激冷環(huán);:9激冷室殼體:10.激冷室損部位,制定了修理方案予以實施,保證了設備的正1底部錐體:12排渣口常運行。就是頂部噴嘴法蘭與上封頭連接焊縫,外部查看該連1設備簡介接焊縫,約34圈焊縫周邊可見明顯的氧化皮;焊縫的熱影響區(qū)肉眼可見長約800mm的貫穿裂紋,裂紋該氣化爐由上、下兩部分組成,通過托轉盤隔開,上部分是燃燒室,燃燒室頂部設有噴嘴,托轉最寬處5mm,裂紋所在處的6根法蘭連接螺栓產生盤上表面支撐著燃燒室耐火襯里,下部分是激冷明顯拉伸變形,伸長量約有3mm。由此判斷因耐火室,激冷室安裝有激冷環(huán)和上升、下降管等內件。襯里開裂造成法蘭與封頭燒損,燒損部位外表面見圖氣化爐工作壓力65MPa,燃燒室直徑3200mm2,圖3為正常使用氣化爐的頂部外表面。材料為SA387GCL2,筒體厚度100mm,封頭厚氣化爐殼體材料SA387 GrlICL2,一般會要求為度為60mm,燃燒室工作溫度1450℃,激冷室直徑本質細晶粒鎮(zhèn)靜鋼,供貨狀態(tài)為正火+回火(允許3800mm,殼體材料SA387Gr1lCL2+316L(堆焊層),快速冷卻),進行UT檢測,硬度≤225HBW,根據(jù)厚度為(120+6)mm,工作溫度253℃,設備結構見這些要求,結合對封頭外表面顏色的觀察,決定對頂圖1。部法蘭與封頭連接焊縫向下200mm弧長范圍內進行100%T和100%MT檢測,并取4點進行硬度測定2頂部燒損范圍的確定收稿日期:201中國煤化工從氣化爐頂部噴嘴法蘭口向內觀察,內襯耐火作者簡介:韓YHCNMHG高級工程師。從材料層可見兩條明顯裂紋,長度約3/4圈,其對應處事壓力容器制造技術管理工作第51卷第6期金相檢測。用直探頭進行100%T,檢測結果未發(fā)經受了短暫高溫過程,球化珠光體的存在表明材料的現(xiàn)分層,用K2斜探頭進行100%UT檢測未發(fā)現(xiàn)裂力學性能會下降,材料已受損,不能使用;3·點處金紋;外表面進行100%MT,未發(fā)現(xiàn)裂紋。覆膜金相相組織為鐵素體+貝氏體,已符合要求,但存在有4和硬度取樣位置及檢測結果見表1,1·點、2點、3級晶粒度,未完全滿足細晶粒的要求;4·點處金相點和4點微觀組織圖分別見圖4、5、6、7組織鐵素體+貝氏體,晶粒度為5~6級,達到了細晶粒鋼要求,硬度HBW60~165也符合要求,說明在頂部法蘭和封頭連接焊縫向下弧長200mm處,封頭母材已滿足材料要求,燒損部位可確定在此范圍內。圖2燒損的頂部法蘭外表面umIng damaged out surface of top flange根據(jù)UT和MT檢測結果,可見封頭殼體母材未發(fā)現(xiàn)分層和裂紋等缺陷;根據(jù)金相和硬度檢查結果可圖3完好的頂部法蘭外表面知,2點處金相組織顯示有球化珠光體,說明材料ig. 3 good out surface of top flange表1覆膜金相和硬度取樣位置及檢測結果Table I sampling location of metallographic inspection and hardness testing and result取樣號取樣位置檢測項目檢測結果微觀組織焊縫:鐵素體+已球化的珠光體,熱影響區(qū):鐵素體+貝氏體,晶界上有大量的析出物并已形成網狀焊縫裂紋尾部晶粒度2~3級硬度HBW150--160微觀組織鐵素體+已球化的珠光體+貝氏體2焊縫裂紋向下弧長50mm處晶粒度7~8級硬度HBW50~160微觀組織鐵素體+貝氏體3焊縫裂紋向下弧長120mm處晶粒度4~5級硬度HBW45~150微觀組織鐵素體+貝氏體4焊縫裂紋向下弧長200mm處晶粒度5~6級硬度HBW60~165V中國煤化工圖41點金相組織100×CNMHGXFig 4 metallographic structure of 1# point 100XFig 5 metallographic structure of 2# point 100X2014年12月韓冰,等氣化爐頂部燒損的現(xiàn)場修理33和鐵水飛濺很難清理,只能從外口焊接,故連接焊縫選用單邊U形外坡口,見圖9,焊接方法采用氬弧焊封底+手工焊焊接。圖63點金相組織100×ig. 6 metallographic structure of 3# point 100X圖9頂部法蘭與封頭連接坡口Fig 9 connecting groove between top flange and head針對SA387G1lCL2材料的成分組成,既具有冷裂紋敏感性,又有再熱裂紋傾向,氣化爐又處在高溫條件下工作,因此在焊條選用時應考慮焊縫既要有良好的高溫性能,同時兼顧室溫力學性能,焊縫的化學成分應最大限度地接近被焊鋼材的成分,限制微量不純物元素,減少在高溫下長期運行時熔合區(qū)合金元素的擴散。為了減少焊縫金屬形成裂紋的傾向,圖74點金相組織100Fig 7 metallographic structure of 4# point 100X盡量降低其含碳量,但是,隨著焊縫金屬含碳量的降低,持久強度也隨著有較大降低,所以控制含碳量修理方案的確定在0.07%0.12%。在含碳量降低的同時,為提高強度、為盡快恢復開車,減少損失,經多方討論確定,塑性和韌性,減少熱裂傾向,提高抗熱裂紋的能力,控制焊縫中的含錳量在0.60%~0.80%。為獲得較致采用現(xiàn)場修理的方式對設備進行修理。具體為根據(jù)檢測結果確定的燒損范圍,采取從封頭與頂部法蘭連密的焊縫,控制S含量在044%~0.60%之間,且Mn+Si≤1.2%。另外還必須保證焊縫中鉻、鉬的含量,接焊縫下移弧長200mm處割除頂部法蘭和部分封頭殼體,割除部分通過更換加大尺寸的頂部法蘭替代,鉻主要用來提高抗氧化性能和耐腐蝕性能,鉻在一定含量范圍內還能提高鋼的持久強度和蠕變極限。鉬并重新與封頭焊接。通過計算,割除部位直徑中1710mm,設計單設計單可以有效提高高溫性能,對防止焊接裂紋也很有利。位將此作為頂部法蘭下部直徑尺寸重新設計,法蘭結它們不應低于母材相應成份的下限。對于焊材回火構見圖8,材料采用SA182FlCL2鍛件,化學成分脆化敏感系數(shù),要求:X系數(shù)=(10P+5Sb+4Sn+As)102≤15×10°。同時滿足技術條件的相關要求,其中Cr>1.0%、P≤0.012%、S≤0.01%、Mn+Si≤1.2%。根據(jù)現(xiàn)場4修理方案的實施的實際情況,爐里口不能被污染、而焊接產生的焊渣根據(jù)修理方案,制定了詳細的返修工藝,在現(xiàn)場對氣化爐頂部進行了焊接修理、熱處理、無損檢測和氣壓試驗并合格,整個修理過程中主要控制了以下幾點:(1)對封頭需切割部位200mm范圍內進行電加熱到150℃中國煤化工示記線,氣割圖8更換的頂部法蘭結構切下燒損的頂HCNMHG判處的實際尺d structure of top flange寸進行測量,新制作的頂部法蘭按此實配加工,保證化工設與曾道第51卷第6期頂部法蘭與封頭連接處的尺寸一致,球封頭的坡口焊條進行350℃烘干,保溫2h,為了降低焊縫冷用砂輪機修磨成形,并將坡口及附近100mm以內進卻速度,減少焊接接頭的淬硬傾向,防止焊接接行100%PT檢測無缺陷。組對時保證頂部法蘭中心頭產生裂紋,焊前預熱溫度200℃,預熱區(qū)的寬線與爐體中心線之間的允差小于6mm。頂部法蘭化度200mm。為提高焊接接頭的冷卻速度,降低學成分、力學性能數(shù)據(jù)見表2、表3。熱影響區(qū)的過熱程度,細化焊接接頭各區(qū)的晶粒,(2)焊條選用日本神鋼產CM-A96MB,規(guī)格提高焊接接頭的沖擊韌性,焊接時采用了較小的φ40mm、中50mm,焊條熔敷金屬的化學成分和規(guī)范,控制層間溫度≤300℃,并實施了連續(xù)不間斷力學性能見表4、表5,焊絲同樣選用日本神鋼產的焊接,焊接完畢后立即進行了350℃、保溫4h消TG-SICM,規(guī)格φ2.0mm,其化學成分見表4氫處理,防止焊接冷裂紋的產生。焊接工藝參數(shù)(3)為保證焊接質量,施工處搭設防風雨棚,見表6。表2頂部法蘭化學成分Table 2 chemical composition of top flange元素PSit Mn技術要求0.100.200.50l.00.30080≤00】2≤0.011.0~1.50044065≤1.2質保書0.100420.0060.0041.160.48褒3頂部法蘭力學性能Table 3 mechanical properties of top flange試驗項目抗拉強度R』屈服強度R/屈服強度R沖擊功(AKV)斷后伸長斷面收縮Max PWHT MPa室溫MPa室溫MPa425℃率A,%率Z,%室溫 Max PWht室溫 Min PWhT-18℃ Min Pwht技術要求≥485≥54≥20≥質保書415147、152、156134、137、13967表4爆材化學成分able 4 chemical composition of welding consumablesX系數(shù)CM-A96MB0100.290.55001200101.360.590.040020000845CMA96MB￠500110300.6500090008138000400200.001231TG-sCM￠2.00.5009900070.0051.220.545爆條力學性能properties of electrodes牌號抗拉強度R屈服強度R427℃屈服強度RaK硬度值MPa沖擊試驗/J(HB)CMA96MB￠40165139185l51-154CMA96MB￠50415175230182147-151表6爆接工藝參Table 6 process parameter of welding焊縫層次焊接方法焊材牌號焊材直徑/mm焊接極性焊接電流/A焊接電壓/V焊接速度/(mm·s)TG-SICN2.0DCEN120~14013-14SMAWDCEP3~焊SMAWCM-A96MB5.0DCEP210-240(4)焊接完畢24h后進行了100%RT,按JB/T(5)無損檢測合格后,對整道焊縫進行了焊后47302-20050級驗收,100%UT,按BT47303-消應力熱中國煤化工20℃,保溫時間2005I級驗收,100%MT,按JB/T473042005I6hYHCNMHG級驗收,均合格。(6)熱處理結束后,再次對焊縫進行了100%2014年12月韓冰,等氣化爐頂部燒損的現(xiàn)場修理UT、100%MT,分別按JB/T4730.3-2005、JB/T年,說明修理工作成功,為今后壓力容器制造行業(yè)的4730.4-2005I級驗收,均合格。設備維修提供了寶貴的經驗。(7)對施焊處按母材·熱影響區(qū)·焊縫·熱影響區(qū)母材取5處進行硬度檢測,每處測3點,結果為參考文獻HBW172-184,滿足焊縫硬度≤225HBW要求[1]亓相云,新一代煤氣化技術簡介山東化工,2004,33(1)(8)因設備在現(xiàn)場,考慮到盛水對支撐結構的36-37.影響,最后對設備進行了氣壓試驗并合格。[2]易峰.德士古煤氣化爐的制造和檢驗[]化工機械,2012,39(3):365-3685結束語[3]王亞,20MnMo,1,25cr0.5Mo,22.5cr-IMo鋼的焊接[焊接技術,2004,3(6):54-56通過檢測確定了氣化爐頂部燒損范圍,據(jù)此制(41才福勝SA387G1C2和SA387G22CL2珠光體耐熱鋼的定了合理的返修方案并予以實施,利用更換頂部法蘭焊接[石油化工設備,2011,40(6):67-70方式完成了氣化爐的修理。從外觀而言,保證了組對[5]孫佑志,高亮,125Cr0.5MoSi鋼重整反應器的制造門壓偏差符合要求,頂部法蘭與球封頭實現(xiàn)了圓滑過渡力容器,2001,183):50-53[6]王祖芳,楊海林臨氫設備用14 CrI MoR鋼板性能研究的連接,從焊縫內部質量而言,所有檢測一次合格壓力容器,199815(3):15-20.設備修理結束后,重新開車,目前已安全穩(wěn)定運行4Onsite Repair of Destruction Occurred in Top of GasifierHAN Bing, YE Dongmei(SINOPEC Nanjing Chemical Co., Chemical Machinery Plant, Nanjing 210048, China)Abstract: In this article, the destruction, which was resulted from the damage of inner insulator, occurred in coal gasifierwas described. Based on the results of NDT, metallurgical examination and hardness test, the scope of destruction wasdetermined. Then the repair plan, in which top flange is changed with larger diameter scope, was made and implementedand the gasifier was recovered for normal operationKey words: gasifier; destruction; examination; repair(上接第23頁)Optimum Design of Atmospheric Mixing CondenserLIU Jianying, WEI ShiyingCollege of Resources and Environment, Chengdu University of Information Technology, Chengdu 610225, China)Abstract: Atmospheric mixing condenser is the key equipment in multi-effect evaporation system for obtaining vacuum conditionIts condensation effect for secondary steam at final stage is closely related to production efficiency. Based on the theories of fullycondensing conditions, and extraction and misting properties of nozzle, and with respect to enhancing vapor-liquid heat transferand reducing fluid resistance, the optimization design plan of atmospheric mixing condenser was proposed, which has been appliedto atmospheric mixing condenser,s transformation in a four-stage evaporation vacuum salt system. The practical results showedthat vacuum degree of the secondary steam at the entrance of condenser is increased from-0086 MPa to.089 MPa, and thecorresponding temperature decreased by 6 C. It means that the effective temperature difference in the system is increased by 6 C, whichresults in significant increase in production by more than 11. 1% and great energy ef中國煤化工ice, the problemsduring the actual operation of the vacuum system were analyzed, and then the corresCNMHGproposedKe words: atmospheric mixing condenser; multi-effect evaporation; vacuum; optimization design; atomization