■肖曉磊 中國(guó)化學(xué)工程第十一建設(shè)公司河南開(kāi)封475002

殼牌氣化爐的現(xiàn)場(chǎng)組焊技術(shù)

■肖曉磊 中國(guó)化學(xué)工程第十一建設(shè)公司河南開(kāi)封475002

通過(guò)與殼牌公司技術(shù)交流，借鑒國(guó)外壓力容器組焊的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在國(guó)內(nèi)中石化油改煤工程投料調(diào)試的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合大型氣化爐組焊技術(shù)的工程實(shí)例，闡述一項(xiàng)成熟的氣化爐現(xiàn)場(chǎng)組焊技術(shù)。本文著重于描述施工程序（組裝流程）、組對(duì)與焊接、內(nèi)件安裝。對(duì)于無(wú)損檢測(cè)、消除應(yīng)力熱處理、液壓試驗(yàn)、襯里等僅做一般性介紹。

殼牌技術(shù)氣化爐現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)焊接

1 氣化爐概況

近年來(lái)，隨著煤化工的興起，煤液化技術(shù)、煤制甲醇、油改煤在國(guó)內(nèi)大批推進(jìn)，其中殼牌氣化爐（以下簡(jiǎn)稱：氣化爐）是采用最多的設(shè)備之一，如神華煤制油、中原大化50萬(wàn)t甲醇裝置、大唐多倫168萬(wàn)t甲醇46萬(wàn)t煤基烯烴均采用殼牌專利技術(shù)。殼牌氣化爐一律為專利設(shè)備整體引進(jìn)，并由外商進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，其殼體部分大致分由兩個(gè)國(guó)家制造：西班牙、印度L＆T公司；內(nèi)件部分由荷蘭SEG公司設(shè)計(jì)，分別由西班牙和L＆T公司制造；其結(jié)構(gòu)形式為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)。

1.1 氣化爐總體介紹

氣化爐主要由殼體和內(nèi)件組成。其中殼體分為反應(yīng)器（Reactor）＋激（急）冷管（QuenchPipe）（位號(hào)：V1301），合成氣冷卻器（SyngasCooler）＋氣體返回室（GasReturnChamber）（位號(hào)：V1302），輸氣管（TransferDuct）（位號(hào)：V1303）。內(nèi)件分為渣池（位號(hào)：V1401）、激冷管中壓蒸汽發(fā)生器（位號(hào)：E1301）、輸氣管中壓蒸汽發(fā)生器（位號(hào)：E1302）、合成氣冷卻器中壓蒸汽發(fā)生器（位號(hào)：E1303）、氣化爐反應(yīng)器中壓蒸汽發(fā)生器（位號(hào)：E1320）以及氣體返回室內(nèi)的立管（主管）和斜管（支管）等七部分。

1.2 設(shè)備材料及設(shè)備規(guī)格

氣化爐整體重量約1300t。殼體主要材質(zhì)為SA387GR11CL2；在反應(yīng)器段、合成氣冷卻器段有一部分材質(zhì)為復(fù)合材料SA387GR11CL2＋NO8825；最大壁厚285mm；殼體最大內(nèi)徑Φ4630mm；需要現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)焊縫處的壁厚為65～90mm；整體長(zhǎng)段50.2m。氣化爐整體模型如圖1所示。

1.3 設(shè)備分段（以2000t爐子為例）

為了滿足設(shè)備內(nèi)陸道路運(yùn)輸及組焊吊裝要求，在初步設(shè)計(jì)期間，技術(shù)方案的討論必須有制造廠商參加，他們必須充分考慮管口方位、外殼外部尺寸等因素，并按照以下尺寸和重量極限進(jìn)行設(shè)計(jì)分段：

圖1 氣化爐整體模型

（1）組件高度最高5.1m；

（2）組件寬度最大7m；

（3）組件長(zhǎng)度最長(zhǎng)25.00m；

（4）組件重量最大150t。

具體的設(shè)備分段情況列表如表1、表2所示：（注大唐3000t爐子分段的幾何尺寸及重量略大些）

表1 外殼分段一覽表

2 拼裝工藝流程

圖2 拼裝工藝流程圖

2.1 反應(yīng)器＋激冷管組裝工藝流程（如圖3所示）

圖3 反應(yīng)器＋激冷管組裝工藝流程圖

2.2 輸氣管＋氣體返回室拼裝工藝流程（如圖4所示）

表2 內(nèi)件分段一覽表

圖4 輸氣管＋氣體返回室拼裝工藝流程圖

2.3 合成氣冷卻器拼裝工藝流程（如圖5所示）

三大部分的分段組對(duì)及內(nèi)件安裝工作全部完成之后，按照“反應(yīng)器＋激冷管”、“合成氣冷卻器”、“氣體返回室”的順序把三大段吊裝至裝置框架上就位，然后在裝置框架上完成最后兩道黃金焊縫的組對(duì)焊接以及其它內(nèi)部接口工作。

3 現(xiàn)場(chǎng)組焊對(duì)設(shè)備的制造要求

3.1 焊接坡口要求及長(zhǎng)度預(yù)留

焊接均采用雙面坡口形式，即通常所說(shuō)的偏“X”形坡口，長(zhǎng)度預(yù)留端不需要坡口。

圖5 合成氣冷卻器拼裝工藝流程圖

3.1.1 各段之間焊縫的坡口詳情（如表3所示）

3.1.2 長(zhǎng)度預(yù)留

本設(shè)備在設(shè)計(jì)制造時(shí)，為了保證所有分段筒體在現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)后整體尺寸能夠滿足設(shè)計(jì)要求，在反應(yīng)器外殼上端（第5段上端）、激冷管上端（第6段上端）、合成氣冷卻器上端（第10段上端）預(yù)留有約50mm的長(zhǎng)度余量，其目的是用來(lái)調(diào)整確保整體長(zhǎng)度不變（充分考慮焊接時(shí)的收縮量和修整坡口的余量）。

3.2 組對(duì)的吊耳要求

設(shè)備在組對(duì)過(guò)程中，需要不斷地變換位置，這就需要全盤考慮整個(gè)施工工藝，設(shè)計(jì)出合理的吊耳，以滿足設(shè)備組對(duì)時(shí)的吊裝要求。具體要求如表4所示。

同樣，內(nèi)件的吊裝也要充分考慮。比如反應(yīng)器和激冷管內(nèi)件為了滿足安裝要求，需要設(shè)置合適的滿足垂直吊裝的吊點(diǎn)。3.3筒體上的預(yù)焊件

因?yàn)樵O(shè)備外殼上分布有諸多的管嘴，在筒體位置上不一定有滿足SAW焊接轉(zhuǎn)動(dòng)要求的位置，于是考慮在不能滿足轉(zhuǎn)動(dòng)要求的筒體上的適當(dāng)位置安裝支撐圈，高出設(shè)備管口，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)支撐圈來(lái)滿足筒體的轉(zhuǎn)動(dòng)要求，這就要求在設(shè)備筒體上焊接一些“支撐板”以安裝固定支撐圈。支撐板的焊接在設(shè)備出廠前由制造廠完成。

表4 各段吊耳需要滿足吊裝要求一覽表

3.4 內(nèi)件安裝滑道的預(yù)焊件

考慮到內(nèi)件安裝的可行性和便利性，在設(shè)計(jì)時(shí)，特別為在水平狀態(tài)下安裝的內(nèi)件設(shè)計(jì)了水平滑道，以方便水平方向的推進(jìn)。需要水平滑道的內(nèi)件包括輸氣管的內(nèi)件中壓蒸發(fā)器E1302，GRC主管的內(nèi)件、合成氣冷卻器的內(nèi)件中壓蒸發(fā)器E1303Ⅰ和Ⅱ，分別涉及的殼體為輸氣管、GRC主管、合成氣冷卻器。為了安裝滑道，在設(shè)備殼體內(nèi)表面上預(yù)焊一定高度的鋼板。襯里噴涂后外露一部分，在外露部分上焊接鋼板或者H型鋼來(lái)組成滑道。預(yù)焊的鋼板高度要以內(nèi)件在滑道上時(shí)內(nèi)件中心線和外殼中心線重合為宜。

4 現(xiàn)場(chǎng)施工準(zhǔn)備

4.1 場(chǎng)地準(zhǔn)備

現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)工作對(duì)場(chǎng)地有兩個(gè)必須滿足的條件：

（1）面積要滿足單位筒節(jié)擺放和施工的需要；

（2）場(chǎng)地的地基處理（因?yàn)榈跹b和水壓試驗(yàn)等相關(guān)工作對(duì)地面地耐力要求較高），要求達(dá)到35t/m2。

所以施工前要對(duì)組焊場(chǎng)地進(jìn)行地基處理。若地面耐力能滿足技術(shù)要求，作技術(shù)處理即可；若不能滿足則要考慮打樁處理。最好有大廠房以保證連續(xù)作業(yè)，不受氣候變化影響。環(huán)境條件、氣候變化均是保證質(zhì)量和速度的必要條件。

表3 各段之間焊縫坡口一覽表

焊接采用埋弧自動(dòng)焊時(shí)，在組焊現(xiàn)場(chǎng)要有方便布置滾輪架和埋弧自動(dòng)焊機(jī)的軌道。

在設(shè)備筒體垂直組對(duì)時(shí)，要搭設(shè)足夠大的組對(duì)作業(yè)平臺(tái)。

分段設(shè)備在卸車和正式施工前，根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地做一平面布置圖，合理布置卸車位置、組對(duì)位置和焊接位置。這是加快施工進(jìn)度的保障。

4.2 機(jī)具準(zhǔn)備

在確立總體技術(shù)方案時(shí)，對(duì)于外殼應(yīng)優(yōu)先采用SAW（SubmergeArcWelding埋弧自動(dòng)焊）。焊接時(shí)需要提供一些輔助設(shè)備，這些輔助設(shè)備包括SAW自動(dòng)焊機(jī)和焊接操作架等。

輔助設(shè)備具體要求和數(shù)量如表5所示。

表5 輔助設(shè)備具體要求和數(shù)量一覽表

同時(shí)要準(zhǔn)備各階段需用的大噸位吊車。應(yīng)根據(jù)施工工藝編制合理的進(jìn)度計(jì)劃，安排吊車使用計(jì)劃，以達(dá)到降低成本的目的。吊車使用情況詳見(jiàn)表8吊裝使用一覽表。

4.3 環(huán)境氣候條件及防護(hù)措施

焊接質(zhì)量是產(chǎn)品的最重要指標(biāo)。對(duì)于焊接來(lái)講，焊接技術(shù)對(duì)環(huán)境條件、氣溫、風(fēng)沙、焊道的層間溫度控制都有明確的施焊要求。對(duì)于每一道焊口，從組對(duì)到無(wú)損檢測(cè)及熱處理都需要全天候作業(yè)。因此應(yīng)根據(jù)地域和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，建造固定式、移動(dòng)式等不同結(jié)構(gòu)形式的廠房來(lái)做好防護(hù)工作。

4.4 其他技術(shù)措施

4.4.1 預(yù)加熱措施

設(shè)備材質(zhì)要求在焊接前和焊接時(shí)需要預(yù)熱，焊接后要后熱，從技術(shù)上考慮兩種加熱方式：一是采用埋弧自動(dòng)焊時(shí)采用火焰加熱；二是手工焊時(shí)采用電加熱。電加熱的方式快捷、省工省時(shí)、操作簡(jiǎn)便，但需要耗電，至少應(yīng)考慮兩臺(tái)630kW的變壓器。

火焰加熱采用無(wú)煙液化天然氣。因?yàn)樘烊粴庥昧勘容^大，為了保證安全，可以建一個(gè)小型的液化氣站，通過(guò)埋地管線供應(yīng)天然氣到加熱點(diǎn)。

4.4.2 組對(duì)工裝措施

組對(duì)時(shí)采用在筒體錯(cuò)邊量超標(biāo)的位置上焊接“L”型卡子，然后用薄體分離式液壓千斤頂進(jìn)行校正。合格后，通過(guò)加固焊或者焊接背板以固定焊口。

4.4.3 防躥動(dòng)裝置

為了防止筒體在滾輪架上轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中因?yàn)橥搀w水平度的偏差而向一端躥動(dòng)，可以制作一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)上安裝一個(gè)和筒體的下邊同一高度的帶軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)輪，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)筒體觀察出筒體躥動(dòng)的方向后，把帶轉(zhuǎn)動(dòng)輪的支撐結(jié)構(gòu)安裝在筒體躥動(dòng)的方向上，防止筒體繼續(xù)向該方向躥動(dòng)。

4.4.4 熱膨脹滑動(dòng)裝置

按ASME規(guī)范要求，在消除應(yīng)力熱處理過(guò)程中，加熱帶面積較大，加熱帶和恒溫帶比較寬。為了防止加熱后產(chǎn)生的過(guò)大的熱膨脹損傷到設(shè)備，應(yīng)專門制作一些棍子，在熱處理時(shí)安裝在支撐鞍座的下方，讓筒體能夠通過(guò)縱向移動(dòng)來(lái)消除熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力。

4.4.5 轉(zhuǎn)動(dòng)配重措施

設(shè)備筒體上不同部位布置著各種規(guī)格的大人孔法蘭與接管，這些法蘭使設(shè)備重心偏離了中心線，當(dāng)設(shè)備筒體在滾輪架上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可能會(huì)因?yàn)槠亩绊懙秸＾D(zhuǎn)動(dòng)和設(shè)備安全，為了校正設(shè)備筒體的重心到中軸線上，特別制作了一些配重塊安裝在合適的位置，以抵消偏心對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的不利影響（根據(jù)不同筒節(jié)、接管及法蘭簡(jiǎn)略計(jì)算在各個(gè)角度重量）。

4.4.6 內(nèi)件安裝軌道

在內(nèi)件安裝時(shí)，需要利用一些殼體外部輔助軌道。外部輔助軌道為框架結(jié)構(gòu)，由兩條H型鋼制作，在結(jié)構(gòu)頂部有約成45°包角。外部軌道安裝后，它的軌道和殼體內(nèi)部軌道連接在一起并處于同一水平面上。屆時(shí)內(nèi)件放置在特制鞍座上，并在鞍座的底部固定上滑動(dòng)輪，然后放置在外部軌道上，利用爬行器倒鏈或卷?yè)P(yáng)設(shè)備把內(nèi)件拉入殼體的正確位置，以便于內(nèi)件順利安裝。輸氣管內(nèi)件、GRC主管里的內(nèi)件和SGC的內(nèi)件等在水平狀態(tài)安裝的內(nèi)件均需要外部輔助軌道。輔助軌道的高度與設(shè)備滑道高度要一致，設(shè)備滑道高度以方便內(nèi)件安裝為宜。

5 殼體組對(duì)

殼體組對(duì)按照組對(duì)時(shí)的筒體狀態(tài)可分為垂直組對(duì)和水平組對(duì)。

5.1 垂直組對(duì)

以1、2段的組對(duì)為例，說(shuō)明垂直組對(duì)的步驟。

垂直組對(duì)在施工鋼平臺(tái)上進(jìn)行。首先在預(yù)定組對(duì)位置用H300×300型鋼以及δ＝20的鋼板鋪設(shè)10×18m施工鋼平臺(tái)，然后用H700×350×16×20的型鋼制作四個(gè)700mm高的鋼支架（每段設(shè)備用兩個(gè)鋼支架），并在鋼支架上標(biāo)記出設(shè)備放置到上面后的支撐點(diǎn)，用鋼板找平支撐點(diǎn)。卸車時(shí)直接將第1段、第2段立放在支架上，這樣筒體下部有縫隙，人員可以輕松進(jìn)入設(shè)備殼體內(nèi)部進(jìn)行坡口修整和打磨，并在其中一個(gè)坡口殼體外側(cè)（可以是第一段上口，也可以是第二段下口）劃上組對(duì)限位卡具安裝線，在預(yù)熱的狀態(tài)下焊上卡具，并且焊后后熱。

調(diào)整好位于下方的第1段的垂直度，然后利用吊車將第2段吊至第1段正上方，在吊裝狀態(tài)下，把兩段殼體放置到一起并調(diào)整到對(duì)口位置，然后檢查各個(gè)方位的尺寸偏差。首先在筒體直線度滿足要求的條件下，在錯(cuò)邊尺寸偏差超標(biāo)需要調(diào)校的位置（一般內(nèi)側(cè)和外側(cè)都要焊）用手持式天然氣火把預(yù)熱，并焊接上?？谟谩癓”形卡子，然后使用100t的薄體分離式液壓千斤頂來(lái)調(diào)整尺寸偏差到允許范圍。經(jīng)檢查合格后，用可靠的臨時(shí)性支撐加以固定，在預(yù)熱（方法同上）的狀態(tài)下進(jìn)行點(diǎn)固焊，點(diǎn)固焊長(zhǎng)度200～400mm。點(diǎn)固焊應(yīng)對(duì)筒體直線度再次進(jìn)行檢查，合格后，拆掉“L”形卡子進(jìn)行打底焊和加固焊，或者在焊口位置焊接幾塊（一般成對(duì)稱分布，每2m一塊）固定加強(qiáng)板，以保證殼體在放置到滾輪架過(guò)程中兩段之間的連接安全。在焊接過(guò)程中殼體的焊接部位亦應(yīng)加熱，溫度為150～200℃；焊后消氫熱處理溫度300～350℃，時(shí)間4h。

5.2 水平組對(duì)

水平組對(duì)分為兩種，一種是設(shè)備在固定鞍座上組對(duì)，一種是在滾輪架上組對(duì)，兩種情況基本一樣。

首先把較重設(shè)備段帶支撐鞍座放置在鋼平臺(tái)上，調(diào)整其水平位置和組對(duì)時(shí)角度方位，并在要對(duì)口的位置上焊接上對(duì)口輔助限位卡子。在較輕設(shè)備段離對(duì)口位置遠(yuǎn)的一端設(shè)置一鞍座，高度要讓兩段筒體中心線重合。然后用吊車吊較輕設(shè)備段，另一端用鞍座支撐，通過(guò)調(diào)整吊車位置實(shí)現(xiàn)對(duì)口。同時(shí)檢查筒體的水平偏差、直線度等，合格后臨時(shí)固定，如果臨時(shí)固定強(qiáng)度足夠，即可移開(kāi)吊車。然后在錯(cuò)邊量超差的位置焊接L型卡子，使用液壓千斤頂進(jìn)行?？?，校口后點(diǎn)固焊，完成后重新檢查筒體直線度。

5.3 組對(duì)質(zhì)量控制

錯(cuò)邊量：用鋼直尺靠在內(nèi)壁上檢查，以不超過(guò)5mm為合格。

筒體直線度：在設(shè)備兩端的0°、90°、180°、270°方位上做有明顯的永久性標(biāo)志。當(dāng)筒體立式組對(duì)時(shí)，分別從兩個(gè)互為90°的方位上吊垂線，測(cè)量該垂線到筒體外壁的距離。測(cè)量點(diǎn)為每個(gè)筒節(jié)兩端的兩點(diǎn)，即至少有四個(gè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)應(yīng)基本相等，當(dāng)偏差超過(guò)制造技術(shù)文件規(guī)定時(shí)，應(yīng)調(diào)整筒體的直線度；當(dāng)筒體為臥式組對(duì)時(shí)，分別從兩個(gè)互為90°的方位上用U形軟管檢測(cè)。

5.4 其他輔助工作

在加固焊后（加固量要通過(guò)計(jì)算），開(kāi)始在筒體外表面安裝兩道滾輪架支撐圈，支撐圈的位置在L＆T公司設(shè)置的預(yù)焊件位置上。支撐圈分成兩個(gè)半圓，在地面組裝后吊裝至安裝位置，根據(jù)尺寸要求用型鋼支撐固定支撐圈到設(shè)備外殼上。支撐圈的安裝要求比較嚴(yán)格，要控制其橢圓度和同心度和殼體一樣。

6 殼體焊口焊接

6.1 基本要求

（1）焊縫效率是1.0；

（2）L＆T公司提供焊接作業(yè)指導(dǎo)書(shū)（WPS）；

（3）“X”坡口殼體和試壓封頭的焊縫必須全熔透焊，雙面焊；

（4）“V”坡口從一側(cè)焊接的焊縫，必須做清根打磨，并進(jìn)行MT檢驗(yàn)；

（5）一側(cè)焊完開(kāi)始反方向焊接之前，根部焊道必須加工，直至完全露出焊肉；

（6）焊接坡口上不能有污物（油脂、著色劑、銹皮、水）；

（7）只能在堆焊的焊道上允許引弧，不能在工件表面上引弧點(diǎn)火；

（8）焊完后，所有的焊縫不能有焊渣、鐵銹和毛刺，必須打磨掉所有的銳角邊緣過(guò)渡段；

（9）修復(fù)的焊縫必須再次進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)；

（10）焊縫的內(nèi)外表面應(yīng)做超聲波試驗(yàn)和表面著色檢驗(yàn)，超聲檢驗(yàn)設(shè)備必須是雙頻的；

（11）焊前預(yù)熱溫度150～175℃，焊接過(guò)程中層間溫度保持250～300℃，焊后消氫處理溫度300～350℃，恒溫3～4h；

（12）如果焊接中斷，必須進(jìn)行消氫處理，再次施焊時(shí)仍需要預(yù)熱。

6.2 埋弧自動(dòng)焊焊接過(guò)程

首先，檢查確認(rèn)焊道狀態(tài)。如果焊道上有未清除的固定加強(qiáng)板，應(yīng)該盡快清除。然后轉(zhuǎn)動(dòng)筒體，開(kāi)始加熱。加熱采用無(wú)煙液化天然氣。當(dāng)工件焊道位置達(dá)到要求的預(yù)熱溫度（150～175℃）后，調(diào)整滾輪架轉(zhuǎn)速并設(shè)置焊接參數(shù)，開(kāi)始施焊。一般SAW焊接時(shí)連續(xù)施焊直至本次焊接結(jié)束，焊道一般6～7遍，連續(xù)焊接時(shí)間約45h。焊接結(jié)束后開(kāi)始消氫處理，加大天然氣燒嘴的供熱量，使焊縫位置升溫至300～350℃，保溫3.5h，然后自然冷卻。在連續(xù)焊接過(guò)程中，確保外界環(huán)境不影響設(shè)備焊接質(zhì)量。如果在不可抗外力影響下必須暫時(shí)終止焊接工作時(shí)，必須要完成消氫處理。

外側(cè)坡口焊接完成后，開(kāi)始著手內(nèi)側(cè)坡口的焊接準(zhǔn)備工作。首先是清根，刨除掉原來(lái)打底焊和加固焊的焊肉及部分坡口，以完全露出自動(dòng)焊焊肉為止，然后打磨，之后按照規(guī)定做相關(guān)的無(wú)損檢測(cè)（PT、MT），檢測(cè)合格后，如果內(nèi)坡口施焊條件全部具備，即可進(jìn)行內(nèi)坡口的焊接，方法與外側(cè)坡口基本相同。

6.3 固定口的手工焊接及復(fù)合層堆焊

整個(gè)氣化爐組對(duì)共有6道固定口（4道黃金焊口、1道臨時(shí)試壓焊口、及8段+9段的固定焊口）采用手工固定焊接。組對(duì)合格后，在焊口位置兩側(cè)鋪設(shè)電加熱片，內(nèi)外部保溫。然后搭焊接作業(yè)平臺(tái)，完成作業(yè)平臺(tái)后即可開(kāi)始預(yù)熱，達(dá)到預(yù)熱溫度后，開(kāi)始手工電弧焊焊接。因?yàn)樵O(shè)備直徑、壁厚大，焊接工作量比較大，需安排多個(gè)焊工同時(shí)進(jìn)行焊接作業(yè)。焊接完成后同樣需要做消氫處理，直接電加熱至300℃，然后恒溫4h。固定口手工焊接的程序同自動(dòng)焊一樣，氣刨清根，打磨，NDT檢測(cè)，然后開(kāi)始另一側(cè)坡口的焊接。一般要臨時(shí)拆掉電加熱設(shè)備。

氣化爐外殼1+2段之間有復(fù)合層焊接（SB424-UNS-NO8825），采用手工焊進(jìn)行堆焊焊接。復(fù)合層堆焊在母材焊縫完成所有無(wú)損檢測(cè)并確定合格后進(jìn)行。復(fù)合層的厚度為5mm，分為兩層堆焊。過(guò)渡層焊接時(shí)，綜合母材和復(fù)合層材質(zhì)考慮，焊接時(shí)需要做預(yù)熱，純復(fù)合堆焊，則不需要預(yù)熱。復(fù)合層堆焊每層都要做PT檢測(cè)。

6.4 焊接材料和焊接工藝參數(shù)

各種焊接方式所采用的焊材及焊接工藝參數(shù)如表6所示。

表6 焊接材料及焊接工藝參數(shù)一覽表

7 焊縫無(wú)損檢測(cè)

7.1 現(xiàn)場(chǎng)無(wú)損檢測(cè)要求概述

（1）焊縫無(wú)損探傷的類型和范圍符合ASMEⅧ-2中的規(guī)定，如表7所示；

（2）對(duì)于雙面焊縫，在進(jìn)行反面焊接之前，對(duì)氣刨的根部焊道進(jìn)行MT試驗(yàn)；

（3）無(wú)損檢測(cè)后補(bǔ)焊應(yīng)重新進(jìn)行100%無(wú)損檢測(cè)（RT、UT和MT）；

（4）無(wú)損檢測(cè)要根據(jù)ASMEV，ASMEⅧ-2和ASMEⅧ-1（UT）進(jìn)行；

（5）NDT-人員的資質(zhì)應(yīng)符合SNTC-1A。

7.2 無(wú)損檢測(cè)在外殼焊接中的配合順序

首先焊接殼體外側(cè)坡口，焊接完成后氣刨內(nèi)側(cè)坡口并打磨，打磨后做表面裂紋檢測(cè)，一般采用磁粉（MT）檢測(cè)，如果MT不合適，則可采用滲透試驗(yàn)（PT）。檢測(cè)合格后允許焊接內(nèi)坡口。

整道焊縫焊接完成后，做100%的MT、RT、UT檢測(cè)，這三個(gè)檢測(cè)不分先后順序。這些檢測(cè)完成后，做焊縫的消應(yīng)力熱處理（StressRelease）。消應(yīng)力熱處理后需要重新做MT和UT。

8 殼體焊縫熱處理

現(xiàn)場(chǎng)熱處理為焊縫局部熱處理，加熱方法采用電加熱器。8.1熱處理施工工藝

整道焊縫的焊接完成并且相關(guān)無(wú)損檢測(cè)全部合格，才可以做熱處理。

詳細(xì)的熱處理技術(shù)參數(shù)由L&T公司提供，比如熱處理時(shí)筒體狀態(tài)，熱電偶安裝數(shù)量和位置，加熱帶，恒溫帶，保溫帶的寬度，各個(gè)范圍需要控制的溫度，升溫速度，降溫速度，恒溫時(shí)間等等。大致的技術(shù)參數(shù)如下：焊道每側(cè)恒溫帶（SoakingBand）寬度為100mm，加熱帶寬度為600～1000mm，保溫帶寬度最大為1000～2000mm。

首先在技術(shù)文件要求的位置上安裝熱電偶，然后在加熱帶范圍內(nèi)布置加熱片并保溫（加熱帶是單側(cè)布置還是雙側(cè)布置沒(méi)有明確要求，只要滿足溫度即可，不過(guò)為了保證一次成功，一般是雙側(cè)布置），同時(shí)安裝熱處理時(shí)消除熱膨脹影響的設(shè)備支撐滑動(dòng)輪，等一切工作準(zhǔn)備就緒，經(jīng)檢查合格，開(kāi)始通電?？刂萍訜崴俾蕿?0～50℃/h，達(dá)到690±5℃時(shí)，恒溫3h50min，然后按50℃/h的速率降溫。降到300℃斷電，讓焊縫自然冷卻。冷卻后移除保溫棉、加熱片和熱電偶。在整個(gè)通電過(guò)程中，用自動(dòng)記錄儀器完整記錄熱電偶采集的溫度數(shù)據(jù)。熱處理結(jié)束后，提交熱處理報(bào)告歸檔。

8.2 熱處理時(shí)采用的特殊措施

在本設(shè)備外殼的熱處理中，L&T公司的技術(shù)參數(shù)中要求的加熱帶較寬，當(dāng)達(dá)到熱處理要求溫度（690±5℃）時(shí)設(shè)備會(huì)產(chǎn)生較大的膨脹量（約10～15mm），考慮到設(shè)備的安全，熱處理時(shí)我們?cè)谠O(shè)備底部加設(shè)滑動(dòng)支撐，讓設(shè)備以水平滑動(dòng)的方式來(lái)消除掉熱脹產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)設(shè)備造成的傷害。

滑動(dòng)支撐是在設(shè)備下端加一個(gè)金屬鞍座，然后在鞍座下方對(duì)稱放置兩個(gè)滑動(dòng)輪，并且保證滑動(dòng)輪的接觸面部位光滑平整。

熱處理時(shí)考慮到惡劣天氣可能對(duì)焊縫造成的嚴(yán)重影響，要采取完善的防護(hù)措施。同時(shí)考慮到電源安全，必須配備雙回路電源，在使用過(guò)程中電源如果出現(xiàn)意外，可以迅速切換到另一路電源，保證熱處理不間斷。熱處理溫度理論曲線如圖6所示。

圖6 熱處理溫度理論曲線圖

9 液壓試驗(yàn)

9.1 基本要求

表7 現(xiàn)場(chǎng)無(wú)損檢測(cè)要求比例一覽表

（1）本設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行液壓試驗(yàn)的部分包括氣化爐反應(yīng)器段和激冷管段、GRC和SGC；

（2）試驗(yàn)壓力為6.38MPa（65kg/cm2）；水溫不低于5℃，內(nèi)件試壓有條件的可以采用脫鹽水（軟水）；

（3）帶復(fù)合層的外殼進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí)要控制好試驗(yàn)用水，以防止出現(xiàn)應(yīng)力裂紋。試驗(yàn)用水條件：最大允許氯含量：25ppm；

（4）液壓試驗(yàn)后應(yīng)徹底排放；（5）液壓試驗(yàn)使用專用的密封墊片、盲法蘭和其它設(shè)備；（6）試壓前須將所有焊道表面的防護(hù)漆清除干凈，以便檢查焊道。

9.2 液壓試驗(yàn)程序

整個(gè)設(shè)備殼體的試壓分為兩部分：反應(yīng)器段和激冷管段為一部分，氣體返回室和合成氣冷卻器段為一部分。各分段的焊接全部完成達(dá)到試壓狀態(tài)后開(kāi)始安裝焊接試壓封頭。

安裝盲板時(shí)，設(shè)備段仍在滾輪架上，這樣可以把設(shè)備管口轉(zhuǎn)到正上方便于操作。

9.3 充水試驗(yàn)

準(zhǔn)備工作完成后，可以開(kāi)始注水。按照通常試壓的做法，設(shè)備上部設(shè)置排氣孔，待水注滿后，堵死排氣孔，然后連接試壓泵，開(kāi)始打壓。首先打壓至試驗(yàn)壓力的50%，恒壓5min，然后按10%的比例逐次升壓并恒壓數(shù)分鐘，直至最終壓力。穩(wěn)壓30min，檢查試驗(yàn)區(qū)域。然后壓力降至設(shè)計(jì)壓力，做嚴(yán)密性試驗(yàn)。如果發(fā)現(xiàn)焊縫不合格的地方，修改后重新做水壓試驗(yàn)，直至水壓試驗(yàn)合格。

10 耐火襯里施工

氣化爐外殼襯里結(jié)構(gòu)型式為龜甲網(wǎng)固定單層隔熱耐磨襯里。龜甲網(wǎng)由L&T公司在制造廠時(shí)已安裝。襯里材料采用我國(guó)大連派力固公司的產(chǎn)品，施工方法為噴涂。

噴涂施工時(shí)，為保證噴涂質(zhì)量，仍將設(shè)備放置在滾輪架上，根據(jù)需要轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，使噴涂位置一直處于最佳狀態(tài)。

噴涂前殼體及龜甲網(wǎng)的噴砂除銹等級(jí)為Sa3合格，在施工現(xiàn)場(chǎng)就地噴砂除銹。

11 內(nèi)件安裝

按照內(nèi)件的形狀和實(shí)際施工狀態(tài)，反應(yīng)器和激冷管內(nèi)件在垂直狀態(tài)下安裝，合成氣冷卻器、輸氣管、氣體返回室部分在水平狀態(tài)下安裝。

11.1 反應(yīng)器內(nèi)件和激冷管內(nèi)件的安裝

首先要把試壓時(shí)焊在一起的反應(yīng)器和激冷管割開(kāi)，然后用吊車把氣化爐的反應(yīng)器部分垂直豎起在地面臨時(shí)基礎(chǔ)上，用墊鐵調(diào)整垂直度，滿足要求后（垂直度要求為1mm/m），可以著手內(nèi)件安裝的準(zhǔn)備工作。

進(jìn)行反應(yīng)器的內(nèi)件和激冷管內(nèi)件的安裝工作。如果這時(shí)裝置的結(jié)構(gòu)框架完成度允許安裝反應(yīng)器的話，可以直接安裝到結(jié)構(gòu)框架上，在結(jié)構(gòu)框架內(nèi)進(jìn)行內(nèi)件安裝工作。我們是在地面上安裝反應(yīng)器內(nèi)件的。

反應(yīng)器的內(nèi)件分為兩大部分：渣池和反化室。渣池在下部，分為圓筒和錐體，材質(zhì)為SB424-UNS-N08825不銹鋼。渣池吊裝進(jìn)殼體后，首先調(diào)整位置，合適后進(jìn)行臨時(shí)固定，之后重新檢查尺寸，合格就繼續(xù)安裝渣池的附屬件——錐體。安裝后重新檢查整體尺寸，如果合格，就可以進(jìn)行加固焊工作。

然后就是氣化室/中壓蒸汽器的塞入及臨時(shí)固定。用吊車吊進(jìn)后，因?yàn)檎艺附有枰^長(zhǎng)時(shí)間，所以需要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)臨時(shí)固定反應(yīng)器內(nèi)件。

反應(yīng)器內(nèi)件安裝最核心的部分就是燒嘴位置的校正。通過(guò)專用的模板（L&T公司提供）和假燒嘴（燒嘴廠家提供）確定燒嘴和反應(yīng)器的相對(duì)位置，殼牌公司確認(rèn)后，可以連接渣池和焊接反化室/中壓蒸發(fā)器的支撐來(lái)固定到殼體上。

反應(yīng)器內(nèi)件管道安裝完成之后，開(kāi)始安裝激冷管內(nèi)件和激冷管外殼。先吊裝激冷管內(nèi)件，通過(guò)線墜找中心后調(diào)整激冷管內(nèi)件的位置，臨時(shí)固定激冷管內(nèi)件到反應(yīng)器內(nèi)件上。同時(shí)吊進(jìn)去這兩段內(nèi)件連接所需要的管件。之后吊裝激冷管外殼，比對(duì)檢查激冷管內(nèi)件外殼和反應(yīng)器內(nèi)件外殼的尺寸，尺寸檢查合格，開(kāi)始焊接激冷管內(nèi)件和反應(yīng)器內(nèi)件之間的連接件。反應(yīng)器段和激冷管段在地面的組裝工作全部完成，達(dá)到吊裝條件。

11.2 輸氣管、氣體返回室內(nèi)件安裝

輸氣管段內(nèi)件安裝時(shí)設(shè)計(jì)了專門的鋼板滑道。在殼體底部的內(nèi)壁預(yù)先焊接有支撐板，內(nèi)件安裝時(shí)，在支撐板上鋪上鋼板平臺(tái)，然后在內(nèi)件支撐鞍座下面加上滑動(dòng)輪，借助吊車將內(nèi)件塞到位后開(kāi)始校正尺寸并檢查，如果合格，臨時(shí)固定外殼和內(nèi)件，移出內(nèi)件的支撐鞍座，重新檢查尺寸，再正式固定外殼和內(nèi)件，內(nèi)件固定到外殼后拆除鋼板滑道。然后焊接內(nèi)件和外殼連接的相關(guān)管道。

氣體返回室內(nèi)件分為兩部分：主管和支管。先安裝主管，主管的安裝設(shè)計(jì)了內(nèi)部軌道和一個(gè)外部輔助軌道支架。首先準(zhǔn)備內(nèi)部軌道和一個(gè)外部輔助軌道支架，然后把主管放到外部輔助軌道支架上往里推，推到位后校正位置和測(cè)量尺寸，合格后臨時(shí)固定主管內(nèi)件。然后開(kāi)始安裝支管。把支管吊進(jìn)去后，檢查尺寸，先臨時(shí)固定支管位置，然后固定支管和主管之間的馬鞍口，固定后檢查內(nèi)件主管和支管尺寸，如果合格，正式固定支管的內(nèi)件和外殼。然后同時(shí)焊接內(nèi)件主管和支管之間的焊口，并重新檢查尺寸確認(rèn)。

11.3 合成氣冷卻器內(nèi)件安裝

合成氣冷卻器的內(nèi)件較長(zhǎng)，分為兩段到貨，和外殼的管道連接也比較多，經(jīng)過(guò)討論，我們決定把外殼放在滾輪架上進(jìn)行內(nèi)件安裝工作。

合成氣冷卻器的內(nèi)件安裝同樣也設(shè)計(jì)有內(nèi)部軌道和外部軌道。安裝完軌道后先把兩段內(nèi)件放置在外部軌道上，同時(shí)安裝傳送內(nèi)件專用的鞍座和滑動(dòng)輪，然后完成兩段內(nèi)件之間的連接和焊接、探傷、熱處理，再通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)往里拉內(nèi)件。往里拉時(shí)注意放慢速度，并隨時(shí)注意內(nèi)件和外殼的碰觸情況，有碰觸的可能時(shí)首先確保內(nèi)件的安全，避免損傷內(nèi)件。拉到位置后移出卷?yè)P(yáng)繩索或者手拉葫蘆，拆除外部軌道，開(kāi)始安裝內(nèi)件。

首先用千斤頂或者手拉葫蘆調(diào)整內(nèi)件和外殼的相對(duì)位置滿足敲擊裝置的安裝要求后，通過(guò)內(nèi)件支撐和限位裝置將內(nèi)件固定到外殼上，然后焊接內(nèi)件和外殼的連接管道，如果內(nèi)件支撐焊接完畢，這時(shí)可通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)滾輪架來(lái)調(diào)整管件的焊接位置以方便工作。完成所有焊接，無(wú)損檢測(cè)和熱處理后，設(shè)備達(dá)到吊裝條件。

12 吊裝及黃金焊口施工

先吊裝氣化爐和激冷管段，吊裝到位后找正固定，然后吊裝合成氣冷卻器。合成氣冷卻器是通過(guò)一套恒力吊系統(tǒng)固定在鋼結(jié)構(gòu)上的，通過(guò)恒吊系統(tǒng)，合成氣冷卻器有小量的調(diào)整位置。這兩部分到位后，如果能保證兩道黃金焊口的位置，就可以對(duì)氣化爐基礎(chǔ)進(jìn)行灌漿處理。然后吊裝輸氣管和氣體返回室部分。在吊裝狀態(tài)下，完成三大部分之間的內(nèi)件和外殼組對(duì)。首先組對(duì)外殼，待它們之間的連接強(qiáng)度足夠后，可以摘掉吊車。因?yàn)檩敋夤?氣體返回室部分在地面組對(duì)時(shí)就已經(jīng)保證了它們與激冷管和合成氣冷卻器相連接的兩個(gè)口的位置，故誤差應(yīng)該在允許范圍內(nèi)，不會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)力對(duì)口現(xiàn)象。對(duì)口后可以連接內(nèi)件之間的膨脹節(jié)。完成內(nèi)件焊接后，開(kāi)始焊接外殼的兩道黃金焊口。

兩道黃金焊口可以采用手工電弧焊同時(shí)焊接。焊接時(shí)采用電預(yù)熱，并且需要搭建一個(gè)臨時(shí)的焊接防護(hù)棚。焊接完成后做相關(guān)無(wú)損檢測(cè)和熱處理。

完善黃金焊縫位置的耐火襯里以及內(nèi)件的陶瓷襯里，然后安裝敲擊裝置、開(kāi)工燒嘴和點(diǎn)火燒嘴，完成整個(gè)氣化爐的現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)焊接。

13 施工中的大型起重機(jī)具配合

本氣化爐組對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的吊車使用情況如表8所示。

表8 氣化爐現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)吊車使用一覽表

14 結(jié)束語(yǔ)

氣化爐組對(duì)技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，從初步設(shè)計(jì)開(kāi)始涉及專業(yè)較多，如制造、機(jī)械加工、海陸運(yùn)輸?shù)焦S地質(zhì)與氣象、地基處理、廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、配套公用工程、組裝措施規(guī)劃、焊接設(shè)備選型、吊車能力的選擇等諸多學(xué)科。

通過(guò)以上工程實(shí)例，我們對(duì)氣化爐組對(duì)技術(shù)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，在實(shí)踐過(guò)程中，通過(guò)不斷探索改進(jìn)，積累了一定的施工經(jīng)驗(yàn)，為我們今后類似工程實(shí)施奠定了技術(shù)資源與組織管理基礎(chǔ)，工序、工期、質(zhì)量、安全、成本控制和過(guò)程控制都具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

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2009-12-01）