上海鍋爐廠有限公司 辛 煒

上海鍋爐廠有限公司（以下簡稱上鍋公司）隸屬于上海電氣集團，是國內(nèi)外知名的大型電站鍋爐設備設計制造企業(yè)，設計制造的各類產(chǎn)品遍及國內(nèi)28個省、市、自治區(qū)，行銷世界30多個國家。

作為國內(nèi)最重要的能源裝備制造商的上鍋公司，始終將為人類社會提供優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的能源解決方案作為自己的使命。不僅著力于開發(fā)以大容量、高參數(shù)、低排放的超臨界電站鍋爐，在產(chǎn)品的制造過程中更是積極引入先進的節(jié)能管理方式、節(jié)能技術、節(jié)能設施設備，在產(chǎn)值、利潤連年增長的同時實現(xiàn)了單位產(chǎn)值能耗的持續(xù)下降。

上鍋公司自2005年起開始使用天然氣代替煤氣作為車間生產(chǎn)加熱用能源。天然氣是較為安全的能源之一，它不含一氧化碳，比空氣輕，一旦泄漏，立即會向上擴散，不易積聚形成爆炸性氣體，具有較高的安全性。采用天然氣作為能源，可以有效減少煤和石油的用量，大大改善環(huán)境污染問題；天然氣作為一種清潔能源，能減少二氧化硫和粉塵排放量近100%，減少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于減少酸雨形成，舒緩地球溫室效應，從根本上改善環(huán)境質(zhì)量。

1 采用天然氣加熱的優(yōu)勢

1）綠色環(huán)保：天然氣是一種潔凈環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能源，幾乎不含硫、粉塵和其他有害物質(zhì)，燃燒時產(chǎn)生二氧化碳少于其他化石燃料，因而能從根本上改善環(huán)境質(zhì)量。

2）安全可靠：天然氣無毒、易散發(fā)，比重輕于空氣，不宜積聚成爆炸性氣體，是較為安全的燃氣。

3）經(jīng)濟實惠：綜合考慮燃料的熱值及燃燒效率，按照2011年9月上海牌價為準，使用天然氣作為燃料的花費為煤氣的40%，電費的56%，柴油的18%，煤炭的118%。雖然看起來天然氣花費比煤炭貴，但采用煤炭作為燃料需要考慮其運輸成本和龐大的倉儲場地，煤炭的添加、爐渣的排放均需要繁重的勞動力，且對于車間日常生產(chǎn)來說，煤炭也并不適用。故綜合比較起來，使用天然氣的效益反而遠高于燃煤。

天然氣輸送安全方便且成本低廉，通常管道天然氣的穩(wěn)定壓力值在0.0025MPa，不受溫度影響。并且天然氣清潔干凈，能延長燃燒器具的使用壽命，降低設備維護成本。綜合以上各方面因素考慮，使用天然氣加熱的方式比較適合上海鍋爐廠車間生產(chǎn)的需求。

2 集箱車間天然氣加熱現(xiàn)狀

集箱是電站鍋爐中各級管路系統(tǒng)蒸汽匯集的部件，其主要結(jié)構(gòu)為直徑Φ219～Φ826mm的大口徑本體管上搭接數(shù)百甚至上千個小口徑管接頭。集箱的本體由幾段大口徑管通過埋弧自動焊拼接而成。在本體拼接過程中，需要對環(huán)縫進行準確均勻的預熱。而針對某些高等級材料，如SA335-P91、P92材料，在環(huán)縫焊接完成后需要立即加熱去氫處理，且去氫處理時的加熱溫度要求控制精確，加熱均勻。

目前上鍋公司集箱車間仍然通過使用煤氣噴射（俗稱“大炮筒”）的方式進行預熱和消氫，這種加熱方式無法準確控制加熱溫度和范圍，加熱不均勻，而且燃燒效率不高，污染環(huán)境，且對能源造成很大的浪費。同時采用大炮筒加熱，加熱溫度和時間完全取決于操作工人的主觀操作，加熱質(zhì)量受人為操作因素影響而變數(shù)大。

圖1、圖2顯示出集箱管子表面結(jié)碳嚴重；圖3、圖4顯示出集箱加熱溫度不均勻。

圖1 、圖2顯示著成績集箱管子表面結(jié)碳情況嚴重

圖3 、圖4顯示集箱加熱溫度不均勻

3 集箱車間加熱改進措施

在車間生產(chǎn)制造中，通過引入國際先進的燃燒理念和方法，對天然氣燃燒器具的更新?lián)Q代。采用先進的燃燒器具，能夠極大地改進產(chǎn)品加熱質(zhì)量。在采用先進加熱方法的同時引入自動點/關火，自動控溫等加熱參數(shù)自動控制功能，減少人為因素干擾，使產(chǎn)品加熱均勻可控，從而改善產(chǎn)品質(zhì)量。同時能夠提高能源的利用效率，改善生產(chǎn)車間的操作環(huán)境。使上鍋公司在天然氣預熱、消氫及熱處理工藝上遠遠領先于同行業(yè)競爭對手。

3.1 集箱環(huán)縫預熱/消氫裝置概述

集箱環(huán)縫預熱/消氫裝置專用于對集箱本體環(huán)縫焊前預熱，焊后消氫，能夠?qū)洵h(huán)縫進行均勻加熱，并能實現(xiàn)自動點火、測溫和控溫功能。

3.2 主要技術參數(shù)

1）工件參數(shù)

管子直徑：219～914mm

管子厚度：20～90mm

加熱寬度：≤200mm

材質(zhì)：碳鋼、合金鋼

2）集箱環(huán)縫預熱/消氫裝置參數(shù)

適用氣源：天然氣

輸入電壓：36V

氣壓范圍：0.8～1.2kPa

功率：0.5kW

排放標準：＜800ppm

整機重量：200kg

流量：9m3/h

3.3 集箱環(huán)縫預熱/消氫裝置技術特點

1）該設備采用先進的金屬纖維天然氣燃燒技術，能夠使天然氣實現(xiàn)均勻完全燃燒，燃燒熱效率高且無污染，被加熱管件表面無結(jié)碳現(xiàn)象。

2）采用金屬纖維板結(jié)構(gòu)，輻射對流加熱，不產(chǎn)生明火，安全環(huán)保。

3）加熱裝置結(jié)構(gòu)設計合理，使用及調(diào)節(jié)方便，能夠覆蓋并滿足絕大部分規(guī)格集箱本體的加熱要求。

4）集集箱預熱與消氫的功能于一體，升溫迅速且能夠在一定溫度范圍內(nèi)進行保溫，具備溫度測量功能。

5）能夠?qū)崿F(xiàn)自動點火和自動關火，并能通過控制箱設定在工件達到一定溫度并經(jīng)過一定時間后實現(xiàn)自動關火。

6）使用細煤氣管。結(jié)構(gòu)輕便緊湊，便于車間操作。

3.4 來集箱環(huán)縫預熱/消氫裝置結(jié)構(gòu)簡介

集箱預熱/消氫裝置主要由小車、加熱裝置、鼓風機和控制箱組成?？刂葡浒惭b于小車把手上，并具有測溫和溫度顯示功能?？刂葡浼煽刂葡到y(tǒng)，能夠根據(jù)工件溫度實現(xiàn)關火和自動調(diào)節(jié)燃氣流量控溫的功能。

加熱裝置由加熱板和支架構(gòu)成，支架能夠?qū)崿F(xiàn)寬度可調(diào)、角度可調(diào)、高度可調(diào)，以適應不同尺寸的工件。加熱板采用薄板金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)，加熱板面積經(jīng)過計算其熱效率能夠滿足本技術協(xié)議中規(guī)定的工件加熱要求。加熱裝置采用上下兩瓣、底部一片的五式結(jié)構(gòu)，上下部同時加熱，以覆蓋整圈集箱環(huán)縫，能夠使集箱本體在不轉(zhuǎn)動的情況下完成預熱和消氫。

集箱預熱/消氫裝置結(jié)構(gòu)及內(nèi)部組件見圖5、圖6；集箱預熱/消氫裝置點火狀態(tài)及操作面板見圖7、圖8。

圖5 、圖6集箱預熱/消氫裝置結(jié)構(gòu)及內(nèi)部組件

圖7 、圖8集箱預熱/消氫裝置點火狀態(tài)及操作面板

3.5 集箱環(huán)縫預熱/消氫裝置使用情況

1）調(diào)試產(chǎn)品參數(shù)：3000-34/821548-D1-01（起動分離器異徑管拼接環(huán)縫）。

規(guī)格：Ф610×80

材質(zhì)：SA335-P91

2）設備使用情況（ 見圖9、圖10）。

圖9 、圖10集箱預熱/消氫裝置工作狀態(tài)及停機后溫度數(shù)據(jù)

3）產(chǎn)品環(huán)縫預熱/消氫前，初始溫度140℃。設備設定溫度350℃，在此溫度下設定保溫2h。

4）設備從開始加熱至進入保溫狀態(tài)，所需時間為90min。

5)設備停止工作后，被加熱管件表面各點實測溫度為344℃～371℃。被加熱管件拼接環(huán)縫加熱區(qū)域偏移100mm位置（設備紅外線檢測點位置），使用手工測溫器實測溫度為310℃～330℃。

3.6 集箱環(huán)縫預熱/消氫裝置使用效果（見表1）

表1 集箱環(huán)縫預熱/消氫裝置試驗數(shù)據(jù)

1）集箱/管道/分離器拼接環(huán)縫使用該裝置進行預熱/消氫操作之后，環(huán)縫加熱溫度、時間實現(xiàn)了精確可控。拼接環(huán)縫焊后/熱處理后，經(jīng)無損探傷檢查環(huán)縫合格率均為100%。

2）表中數(shù)據(jù)顯示，使用集箱環(huán)縫預熱/消氫裝置對管件環(huán)縫進行預熱/消氫操作，所消耗的天然氣（與大炮筒相比較），在相同的加熱時間、相同的氣壓（天然氣）情況下，該裝置的燃氣消耗量約為大炮筒的55%～60%，具有很好的經(jīng)濟效益。

3）集箱環(huán)縫預熱/消氫裝置具有很高的熱效率，使用本裝置之后，被加熱管件表面均無結(jié)碳現(xiàn)象。

4 膜式車間管排預熱的現(xiàn)狀

拼排預熱采用簡易工裝，直接點燃天然氣進行預熱，預熱時可以通過閥門調(diào)節(jié)氣體流量來調(diào)節(jié)火焰大小，從而來控制預熱溫度。目前的預熱方式有如下缺點：

1）燃燒方式比較原始，燃燒效率不高；

2）燃燒不充分，導致管子表面經(jīng)常結(jié)碳；

3）加熱區(qū)域不可調(diào)節(jié)，導致經(jīng)常工件寬度遠小于加熱區(qū)域，造成能源浪費；

4）沒有溫度顯示和反饋信息；

5）工作環(huán)境比較惡劣。

圖11為管排使用煤氣爐加熱情況，管子表面結(jié)碳現(xiàn)象嚴重，而且預熱溫度不能滿足要求。

圖11 管排使用煤氣爐加熱情況

5 膜式車間管排預熱改進措施

通過開發(fā)一種新型的天然氣加熱裝置，來提升膜式管排焊前預熱質(zhì)量，提高預熱的自動控制程度，減少人為因素干擾，同時提高能源利用效率并改善操作環(huán)境。

5.1 管排預熱裝置概述

管排預熱裝置專用于膜式水冷壁拼排焊前預熱，能夠?qū)洵h(huán)縫進行均勻加熱，并能實現(xiàn)自動點火、測溫和控溫功能。

5.2 主要技術參數(shù)

1）工件參數(shù)

使用設備：1.6m拼排焊機焊前預熱（現(xiàn)在采用45092-1219的工裝進行加熱）；

管子規(guī)格：Φ22mm～Φ89mm；壁厚：3.5mm～13mm；

管子材料：碳鋼、合金鋼；

管子行駛速度：0.9m/min～1.3m/min；

管排寬度：≤1600mm；

2）管排預熱裝置參數(shù)

預熱溫度：環(huán)境溫度-8℃狀況下管子上表面溫度在預熱結(jié)束1min后即行駛1.3m后不小于250℃；

預熱裝置采用下部加熱，上部加保溫裝置，加熱面需有保護裝置；

預熱裝置加熱面距管子底面約50mm、距地面約800mm。

5.3 管排預熱裝置技術特點

1）燃燒介質(zhì)：管道天然氣及煤氣，壓力為實測車間最小壓力。

2）預熱裝置要求可以整體拆卸、組裝、清理。3）燃燒時不允許管子表面結(jié)碳。

4）預熱裝置整體受熱面寬度1600mm，長度（沿管子行進方向）約為1000mm，該裝置設計有3個回路，各回路可以單獨加熱，也可以自由組合預熱。

5）預熱裝置需包含上部保溫裝置，在持續(xù)燃燒下外表面溫度不超過環(huán)境溫度20℃；上蓋做成對稱打開裝置，便于其它操作；前后方底部開口高度150mm，寬度可調(diào)；前方需設置隔熱裝置，最大限度保證熱量不從前方輻射而出；保溫裝置內(nèi)氣氛溫度不應超過790℃。

6）預熱裝置需2臺一組進行集中控制和分別管理設置。

7）控制系統(tǒng)包括點火（采用電子點火）、熄火、溫度測量（燃燒溫度、保溫罩氣氛溫度、焊前工件溫度測量）、溫度調(diào)整、溫度超限報警。

8）預熱裝置需2臺一組進行集中控制和分別管理設置。

9）預熱裝置控制系統(tǒng)需有簡單的存儲功能，可以存儲歷史數(shù)據(jù)從而可以調(diào)用歷史數(shù)據(jù)。

10）控制系統(tǒng)需開放開發(fā)權(quán)限及輸出權(quán)限，便于程序修正和數(shù)據(jù)導出。

5.4 管排預熱裝置使用情況（見表2）

1）管子規(guī)格：Φ76*9，材料：T91；行進速度：0.9～1.3m/min；測量位置：結(jié)束預熱后300mm左右管子上表面。

2） 管 子 規(guī) 格 ：Φ38*6， 材 料 ：12Cr1MoVG；行進速度：1.5/min；測量位置：結(jié)束預熱后300mm左右管子上表面。

3）管排預熱裝置具有很高的熱效率，使用本裝置之后，被加熱管件表面均無結(jié)碳現(xiàn)象。

4）表中數(shù)據(jù)顯示，在相同的加熱

時間、相同的氣壓（天然氣）情況下，管排預熱裝置對燃氣的消耗量約為煤氣爐的三分之二，具有較高的經(jīng)濟效益。

6 總結(jié)

集箱環(huán)縫預熱/消氫裝置可以對集箱環(huán)縫進行全方位均勻加熱，加之設備機架配有液壓升降機構(gòu)，適用于多種規(guī)格的產(chǎn)品，具有很高的通用性和實用性。與此同時，設備精密的溫控裝置，首次實現(xiàn)了對集箱管材表面定時加熱、精確控溫。多次試驗數(shù)據(jù)顯示，集箱環(huán)縫焊后/熱處理后無損探傷檢驗合格率達到了100%，表明了新技術的應用切實有效地提升了環(huán)縫質(zhì)量，并實現(xiàn)了集箱環(huán)縫預熱、消氫高效、可控。

表2 管排預熱裝置試驗數(shù)據(jù)

膜式車間管排預熱裝置的使用顯著提高了天燃氣燃燒效率，當前的水冷壁拼排沒有了燃燒后的表面結(jié)碳，外形美觀，溫度控制自動化，再加上人性化的防護措施，即保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時，也讓生產(chǎn)車間工作環(huán)境得到了很大改善。

上鍋公司2011年實際用氣量218萬m3，按單價3.89元/m3計算，總費用848萬元.按燃燒效率提高50%；燃氣消耗量減少30%進行計算，每年節(jié)約天然氣費用可達幾百萬元。上鍋公司將先進的“金屬纖維燃燒技術”帶進了生產(chǎn)制造，標志著上鍋公司在綠色生產(chǎn)、清潔生產(chǎn)上邁出了一大步，為提高產(chǎn)品質(zhì)量提供了有力的保障。上鍋公司也將更積極致力于將“自動化、智能化，高質(zhì)量、高效率”的理念落實到實際技術開發(fā)工作中。