王鐵,卿浩平,董虎林,張旭輝,蘭廣林,王金德,楊增福
由天津水泥工業(yè)設計研究院有限公司設計的老撾水泥工業(yè)有限公司2500t/d水泥生產(chǎn)線(以下簡稱老撾水泥廠),于2007年1月點火投料,2007年6月完成PAC臨時驗收證書頒發(fā),2009年9月完成FAC最終驗收證書頒發(fā)。截至2011年末已連續(xù)安全運行5年,累計生產(chǎn)水泥210萬噸。
2008年5月工廠發(fā)現(xiàn)?4m×60m回轉(zhuǎn)窯II擋輪帶側(cè)面有一處徑向裂紋,經(jīng)停窯焊接處理后繼續(xù)使用。為安全起見,工廠與制造商聯(lián)系II擋輪帶備件,并于2009年運抵老撾水泥廠。2010年再次發(fā)現(xiàn)該處裂紋加深并延長,隨后進行第二次焊接加固。2011年6月工廠計劃停窯進行大修,決定更換?4m×60m回轉(zhuǎn)窯II擋輪帶。
2011年5月老撾水泥廠與天津仕名機電備件有限公司簽署《老撾水泥廠?4m×60m回轉(zhuǎn)窯II擋輪帶更換維修合同》,確定2011年9月對回轉(zhuǎn)窯II擋輪帶進行更換,合同周期25d(不含運行考核時間10d)。2011年8月27日施工隊伍入廠,于9月20日完成冷態(tài)驗收,10月10日熱態(tài)驗收結(jié)束。
老撾地理位置屬亞熱帶季風氣候,每年從4月至8月為雨季,且多為連續(xù)大雨,空氣濕度較大;晴天陽光直曬強烈,因此給回轉(zhuǎn)窯的切割、吊裝、焊接帶來特殊的困難。為確保工程施工質(zhì)量,我們選擇氣候條件較好的9月份進行施工作業(yè)。
在老撾水泥廠回轉(zhuǎn)窯輪帶更換施工過程中,我們總結(jié)了有關(guān)在東南亞高溫、高濕地區(qū)進行回轉(zhuǎn)窯輪帶更換的一些經(jīng)驗,供讀者參考。
施工方案編制應根據(jù)回轉(zhuǎn)窯設備圖、汽車起重機性能表以及其他現(xiàn)場實地測量數(shù)據(jù)等編制。
回轉(zhuǎn)窯輪帶的拆除及新輪帶的安裝、筒體切割、焊接組對等在整個施工中,吊裝是最重要的一環(huán),它要求在有限的場地內(nèi)順利完成大體積、大重量的輪帶更換、筒體的切割組對、吊裝,組對工作就必須做好場地規(guī)劃、吊裝計算。為確保窯輪帶的拆裝安全,以及以后的正常運轉(zhuǎn)及生產(chǎn),根據(jù)其他現(xiàn)場輪帶更換經(jīng)驗,通過現(xiàn)場的測量與計算,決定采用兩臺50t汽車起重機進行輪帶的拆裝及筒體的吊裝組對。施工安裝方案見圖1。
2.2.1 軸向基準線分布
為完成回轉(zhuǎn)窯輪帶拆裝,制定筒體切割施工方案,設置4條軸向基準線(見圖2),最外側(cè)二條軸向基準線(軸1和軸2)是切割回轉(zhuǎn)窯筒體測量安裝基準線,分別距離II擋輪帶3350mm(軸1)和4650mm(軸2)。在回轉(zhuǎn)窯切割前后分別進行測量,以保證筒體切割前后安裝精度及質(zhì)量。測量方法是以回轉(zhuǎn)窯基準點圓心八等分圓周法測量筒體徑向值,圖中數(shù)據(jù)是筒體切割前測量值(見圖2)。
2.2.2 切斷線確定原則
回轉(zhuǎn)窯筒體切斷線確定原則是,一方面基于所要更換輪帶的最大寬度,新輪帶測量寬度為730mm,同時要考慮到輪帶通過窯筒體縫隙時安裝間隙每側(cè)200mm的要求;另一方面,還要考慮到切割筒體時距原來焊縫的距離,以及支架位置等綜合因素。根據(jù)計算和以往施工經(jīng)驗,確定本次更換輪帶切割筒體寬度為1200mm,切斷線位于軸向基準線(軸1和軸2)之間,分別距離軸向基準線(軸1和軸2)50mm(見圖2)。
由于是在國外施工,施工機具及用料準備尤為重要。根據(jù)現(xiàn)場實際情況,施工機具及施工臨時用料采購可分為國內(nèi)和國外現(xiàn)場兩種方式。
在國內(nèi)采購的施工機具及施工臨時用料,一般有激光測量儀、氣動扁鏟、焊條、千斤頂?shù)葯C具??紤]到汽車運輸載重量、裝載體積及吊車起重量,每件貨物應分類包裝,重量控制在1~3t(max<20t),體積控制在L×W×H=14m×3.5m×3m以內(nèi),做好貨物嘜頭、裝箱單及形式發(fā)票等工作,并確保國內(nèi)運輸按時到達指定海關(guān)進行檢疫檢驗和清關(guān)工作。
圖1 施工安裝方案
圖2 回轉(zhuǎn)窯切斷線確定原則
施工機具及施工臨時用料國外運輸時間,應按照施工計劃采取海運或者陸運及時安全運抵現(xiàn)場。
在國外現(xiàn)場采購及制作的施工機具及施工臨時用料一般包括施工材料、電焊機、碳弧氣刨、烘箱、乙炔氣、氧氣等工器具,需要現(xiàn)場制作的要根據(jù)施工圖紙采購制作完畢,并運抵施工現(xiàn)場倉庫或者專門堆存區(qū)交專人保管,同時做好防雨、防盜等工作。
施工人員數(shù)量一般根據(jù)工程量大小確定,本次施工人員14人,分別有鉚工、焊工、起重工等。由于施工現(xiàn)場在國外,出國前要對出國施工人員進行安全、法律法規(guī)及當?shù)仫L土人情培訓。培訓分理論培訓和崗前培訓兩種,本次施工人員較為成熟,僅進行崗前培訓,也就是結(jié)合所做的工程對施工人員直接做上崗前技術(shù)及安全注意事項、法律法規(guī)及當?shù)仫L土人情培訓,經(jīng)檢查培訓合格后上崗作業(yè)。
吊裝前應向所有相關(guān)人員做詳細的技術(shù)交底,除需檢查各吊裝設備的機械性能,確保各機械處于良好的工作狀態(tài)外,還要仔細檢查鋼絲繩等索具、吊車站位及支架區(qū)的地基情況,并采取針對性措施,必要時需在正式吊裝前進行試吊裝以確定應變對策。
老撾水泥廠新輪帶于2009年運抵現(xiàn)場,重約29t,由于體積較大露天存放近2年,雖然出廠時做過簡單防雨包裝,但受老撾雨季潮濕氣候影響,包裝打開后發(fā)現(xiàn)新輪帶銹蝕嚴重,現(xiàn)場組織人員進行除銹并刷防銹油避免安裝生銹。
圖3 新舊輪帶測量結(jié)果
新輪帶在制造出廠時已作過超聲波探傷,并出具探傷合格報告。本次僅作備檢復核,經(jīng)超聲波探傷儀現(xiàn)場檢測質(zhì)量完好合格,與工廠出具的探傷報告數(shù)據(jù)基本一致,可以作為回轉(zhuǎn)窯輪帶更換用備件。
由于新輪帶加工、運輸及儲存過程中,伴隨應力產(chǎn)生與緩釋,輪帶直徑及橢圓度會有微小變化,為確保施工安裝質(zhì)量,有必要對新輪帶重新進行直徑及橢圓度測量。新舊輪帶測量結(jié)果見圖3。
從上述測量結(jié)果可以看出,X軸偏差為2mm,外側(cè)周長偏差為1mm,數(shù)值均在允許偏差范圍內(nèi),可以施工使用。
根據(jù)回轉(zhuǎn)窯輪帶拆裝施工方案、工作內(nèi)容及施工周期,結(jié)合施工人員、施工工具及施工用臨時材料進廠時間、安全措施、臨時用電及起重用裝備如汽車吊等準備情況,制定切實可行的施工計劃。
如果遇到雷雨、采購貨物及吊車不能按時到達現(xiàn)場等情況,可以將工期適當延長并進行調(diào)整。
(1)停窯后拆除窯內(nèi)筒體切割區(qū)域耐火材料,拆除范圍:距回轉(zhuǎn)窯切割縫(見圖4)處前后1.5m,即耐火材料拆除長度約為4m。同時拆除窯中II擋輪帶冷卻風機風管,II擋托輪冷卻水管。
(2)用碳弧氣刨刨除二擋輪帶靠窯頭側(cè)的全部輪帶擋塊,并逐一編號以備安裝使用。
(3)將輪帶墊板從窯頭側(cè)拆除。(可只拆略多余的上半部,但余下的要臨時固定,以防脫落),并編號、做好方向識別,測量墊板間隙,以備安裝使用。
(4)在窯筒體內(nèi)切割線左右處,各焊一套筒體組對安裝工具,兩套米字支撐,并在該處外部劃好基準線及切割線,在母線上畫出標志線(見圖1)。筒體切割前應對切割下筒體和原筒體進行方向標識和等分編號,以備安裝組對用。測量回轉(zhuǎn)窯原始中心線,作為切割筒體安裝組對找正依據(jù)。
(5)分別在II擋輪帶窯頭、窯尾方向各設一外部支架,窯頭支架落在枕木上,采用一臺320t千斤頂支撐;窯尾支架放在II擋托輪底座上,采用兩臺320t千斤頂支撐(見圖1)。
(6)用一臺320t千斤頂使窯頭側(cè)筒體受力,準備對其進行切割,采用回轉(zhuǎn)方式切割下一扇面窯筒體時,兩側(cè)支撐的受力點應該松開。
(7)在被切割筒體的上部焊接兩只吊裝吊耳(吊耳板厚20mm),并用汽車吊的吊鉤將其掛好進行焊縫的切割,待切割完焊縫后將筒體吊到地面適當位置。
(8)用兩臺320t千斤頂將窯筒體頂起,使其與輪帶有10mm間隙為宜,再用兩臺50t汽車吊合作將舊輪帶慢慢移出并放到地面安全位置(其間可用10t手拉葫蘆等配合作業(yè))。
(9)用兩臺50t汽車吊合作將新輪帶吊裝到位,并將墊板、擋塊按圖紙編號、方向要求恢復原樣。
(10)拆除窯尾側(cè)兩臺320t的液壓千斤頂,繼續(xù)保留窯頭側(cè)一臺320t的液壓千斤頂。
(11)按要求在筒體切割縫處對其進行坡口加工,坡口型式為X型,坡口應光滑。
(12)用吊車和組對工具將被切割筒體按原位恢復,測量回轉(zhuǎn)窯中心線,然后按要求現(xiàn)場搭接腳手架和防雨棚對筒體進行焊接。
(13)去除筒體內(nèi)外加固支架,安裝工具,同時將內(nèi)處表面的所有焊疤和焊縫高處進行打磨。
圖4 停窯后窯內(nèi)筒體切割區(qū)域耐火材料拆除范圍
(14)采用超聲波探傷儀對回轉(zhuǎn)窯筒體焊縫進行探傷,要求按中國GB11345-89標準中水泥工業(yè)回轉(zhuǎn)窯焊縫B-II級無缺陷探傷標準執(zhí)行。
(15)使用輔助傳動進行冷態(tài)試車,并測量輪帶墊板間隙。
(16)回轉(zhuǎn)窯砌磚、烘窯、投料試運轉(zhuǎn),測量回轉(zhuǎn)窯輪帶溫度、滑移量,記錄回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速、電流及窯產(chǎn)量。
按照回轉(zhuǎn)窯制造圖紙Y4060.1要求進行筒體對接,并檢查筒體方向及各分段扇區(qū)切割前的位置編號是否正確。采用拉緊螺栓聯(lián)接兩段筒體,并用調(diào)整螺釘找正筒體的同軸度。
(1)切割筒體重量為2.2t,設兩個吊點,單個吊點重量按2t考慮,用鋼絲繩雙拼。
(2)輪帶重量約為29t,用鋼絲繩四拼。
根據(jù)工程進度計劃,結(jié)合現(xiàn)場的實際情況,?4m×60m回轉(zhuǎn)窯切割筒體焊接采用兩臺逆變直流弧焊機手工弧焊接,電流控制在175A左右。該方案既符合水泥機械施工安裝規(guī)范,又適合現(xiàn)場的實際工作環(huán)境。
(1)搭設焊接平臺,設置局部隔熱防雨棚,以保持工作溫度穩(wěn)定及防止雨淋,同時也有效地防止了灰塵的進入,起到一定的清潔衛(wèi)生作用。
(2)根據(jù)現(xiàn)場切割窯筒體有兩道焊縫,決定采用兩臺直流弧焊機連續(xù)焊接,結(jié)合現(xiàn)場工作環(huán)境溫度及空氣濕度,將窯筒體焊接工作盡可能定在無雨、無太陽直曬的時間進行。
(3)準備好現(xiàn)場焊接用主要輔助機具(見表1)。
(4)焊條的準備
回轉(zhuǎn)窯是工廠煅燒的重要設備,母材是Q235C鎮(zhèn)靜鋼,一般選用具有較高抗拉強度和沖擊韌性的低氫型堿性碳鋼焊條。本次采用J422型焊條,依據(jù)中華人民共和國碳鋼焊條標準GB/T5117-1995要求執(zhí)行。
焊條在使用前必須烘干,溫度在250±10℃持續(xù)1h,然后降至150±10℃恒溫保存,隨用隨取,取出的焊條應放入保溫桶內(nèi)。
(1)窯筒體同軸度的找正檢查
根據(jù)窯筒體找正后合格的徑向跳動數(shù)據(jù),調(diào)整組裝焊接工藝,找出每道焊口的起始焊接點,控制焊接變形,保證筒體縱向中心線的精度。
(2)焊接坡口檢查
焊接前對坡口進行涂煤油檢查,坡口處不得有分層、裂紋、夾渣等缺陷。坡口角度一般為60°,偏差±5°;如果坡口處內(nèi)外表面有明顯的加工刀紋,需用砂輪順其紋理方向磨光以保證其焊接質(zhì)量。
(3)焊口清潔檢查
焊接前應將焊口兩側(cè)30~50mm范圍內(nèi)除銹,同時將此范圍內(nèi)油漆、水、油污等臟物相應清除干凈。
一般地說,回轉(zhuǎn)窯筒體焊接分外口焊接、內(nèi)部清根和內(nèi)口焊接等三個階段。
5.4.1 外口焊接
根據(jù)找出的起始點位置,將其轉(zhuǎn)到頂部,利用窯筒體的自重和焊接變形,減少徑向跳動誤差。
根據(jù)母材厚度窯外側(cè)焊接3層。第一層打底時,選用?4.0mm焊條,短弧焊接,焊條不擺動,保證一定的熔深。以后焊層可采用同樣的焊條進行焊接,焊接時可做某種形式的擺動,保證焊縫兩邊熔合好。
每焊接完一層用氣動扁鏟振打焊道及兩側(cè),以消除因焊接造成的內(nèi)應力,并用鋼絲刷清除藥皮、焊渣、焊瘤等,然后用砂輪清除坡口兩側(cè)夾縫,保證光滑無夾渣,最后用鋼絲刷清除縫內(nèi)雜物后,再實施第二次焊接,依此類推完成其他層焊接,外口焊接3層。
5.4.2 內(nèi)部清根
外口焊接完畢后,割去拉緊螺栓和調(diào)整塊,清除接口板等組對夾具,進行內(nèi)部清根工作。清根采用碳弧氣刨,清根時可以清楚地看到缺陷,將缺陷完全清除。
內(nèi)部清根時要注意以下兩點:
(1)確定合適的清根深度,清根時要求清至第一層焊肉,發(fā)現(xiàn)缺陷要繼續(xù)清除,直至將缺陷清凈為止。
表1 現(xiàn)場焊接用主要輔助工具
(2)坡口的修正。由于清根時采用8mm、10mm碳棒,所以清根后坡口呈現(xiàn)深而窄的U型,焊接時容易產(chǎn)生夾渣、未熔合等缺陷。因此要求采用扁形的碳棒對坡口兩側(cè)進行修正,使之成V形,保證焊接質(zhì)量。
5.4.3 內(nèi)口焊接
內(nèi)口焊接的起點應是外口焊接的對稱點。內(nèi)口焊接與外口焊接方法相同,內(nèi)口焊接兩層。
5.4.4 回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)動
回轉(zhuǎn)窯焊接時的轉(zhuǎn)動可采用輔助電機進行,每次轉(zhuǎn)動量為500~1000mm,焊完后再行轉(zhuǎn)動。為防止回轉(zhuǎn)窯焊接時出現(xiàn)安全事故,應有安全制動措施,如人工值班或者臨時將輔助電機斷電等。
回轉(zhuǎn)窯筒體焊接質(zhì)量檢查分焊縫外觀檢查、焊縫高度檢查和焊縫內(nèi)部超聲波探傷檢查等三個步驟。
(1)檢查前應將焊縫兩側(cè)20mm內(nèi)的焊渣、飛濺等清除干凈,焊縫表面應平滑,寬度均勻、整齊。焊縫成型后嚴禁焊成饅頭形狀,應焊成漫圓形,以避免應力過于集中造成生產(chǎn)故障。
(2)焊縫表面不得有弧坑、夾渣、氣孔等缺陷。
(3)焊縫咬邊深度不得大于0.5mm,咬邊連續(xù)長度不得大于100mm,焊縫咬邊總長度不得大于焊縫長度的10%。
筒體外部不得大于3mm,筒體內(nèi)部燒成帶不得大于0.5mm,其他段不得大于1.5mm,焊縫的最低點不得低于筒體表面,并應飽滿。焊縫邊緣不能有高于母材2mm的凸臺,如有應用磨光機磨成平滑過渡。
采用超聲波探傷時,每條焊縫均應檢查,探傷長度為該焊縫長度的25%。質(zhì)量評定達GB11345-89中的B-Ⅱ級為合格。
6.3.1 焊縫探傷前準備
(1)機油:作為耦合劑,用于隔離空氣和潤滑探頭;
(2)在探傷焊縫兩側(cè)100~150mm寬探頭移動區(qū)域內(nèi),應清除焊接飛濺、鐵屑、油垢及其他外部雜質(zhì)。探傷表面應平整光滑,便于探頭自由掃瞄探傷部位,必要時應進行打磨。
6.3.2 焊縫探傷儀器
采用A型顯示脈沖反射式儀器探傷,本次回轉(zhuǎn)窯焊縫探傷使用HS610e型數(shù)字式超聲波探傷儀。
6.3.3 焊縫探傷執(zhí)行標準
(1)依據(jù)中華人民共和國建材行業(yè)標準GB11345-89中水泥工業(yè)回轉(zhuǎn)窯的焊縫B-II級探傷標準執(zhí)行。
(2)標準GB11345-89中規(guī)定鋼板厚≤25mm的探傷儀探頭、試塊及曲線靈敏度要求:
?斜探頭:可以用K值為2.5(2.5P13×13K2.5)或者K值為2(2.5P13×13K2)的兩種斜探頭進行探傷
?試塊:CSK-I,RB-III
?距離波幅曲線的靈敏度
?評定線:DAC-16dB
?定量線:DAC-10dB
?判廢線:DAC-4dB
6.3.4 焊縫探傷步驟
(1)根據(jù)GB11345-89標準規(guī)定,鋼板厚≤25mm的焊縫探傷可以單面雙側(cè)進行掃描。
(2)用板刷對回轉(zhuǎn)窯焊縫兩側(cè)100~150mm探傷區(qū)域均勻涂抹機油。
(3)將斜探頭垂直于回轉(zhuǎn)窯焊縫中心線放置,在探傷面上做鋸齒形掃描,確保斜探頭前后移動掃描到全部焊縫截面及熱影響區(qū)。
在保持探頭垂直焊縫前后移動的同時,應做10°~15°左右移動。掃描速度不應大于150mm/s,相鄰兩次探頭移動間隔保證至少有探頭寬度10%的重疊。
(4)探測焊縫及熱影響區(qū)的橫向缺陷應進行平行和斜平行兩個方向掃描,可在焊縫兩側(cè)邊緣使探頭與焊縫中心線成10°~20°做斜平行方向掃描。
6.3.5 焊縫返修及不合格處理程序
對使用超聲波探傷檢查焊縫時發(fā)現(xiàn)的疑點,必須用X射線探傷復檢檢查確定。
(1)若采用X射線探傷時,每條焊縫均應檢查,探傷長度為該焊縫長度的15%,其中焊縫交叉處必須重點檢查。質(zhì)量評級達GB3323中的Ⅲ級標準為合格。
(2)焊縫不合格時,應對該焊縫加倍長度檢查,若仍不合格則對其焊縫做100%檢查。
回轉(zhuǎn)窯輪帶拆裝、筒體切割、筒體焊接及試車過程中應做好記錄存檔,記錄內(nèi)容如下:
(1)筒體切割前切割段基準線徑向測量記錄;
(2)筒體切割前窯中心線位置測量記錄;
(3)筒體切割前輪帶墊板間隙測量記錄;
(4)筒體切割前窯中心線(從窯頭向窯尾方向)位置測量記錄;
(5)筒體焊接前切割段基準線徑向測量記錄;
(6)筒體焊接前窯中心線(從窯頭向窯尾方向)位置測量記錄;
(7)新、舊輪帶測量記錄;
(8)筒體焊接日期、焊接工藝、接口徑向跳動數(shù)據(jù)、每道焊縫的起點、焊工代號、氣候條件變化等數(shù)據(jù)參數(shù);
(9)回轉(zhuǎn)窯冷態(tài)試車輪帶墊板間隙記錄;
(10)回轉(zhuǎn)窯熱負荷投料試車窯產(chǎn)量、電流、轉(zhuǎn)速、托輪溫度、輪帶滑移量記錄。
經(jīng)過近一個月的努力,圓滿完成了老撾水泥工業(yè)有限公司2500t/d水泥生產(chǎn)線?4m×60m回轉(zhuǎn)窯II擋輪帶的拆除、新輪帶的安裝、筒體切割、吊裝、焊接組對、焊縫探傷及試車工作,于2011年10月8日順利投產(chǎn)運行,并通過72h滿負荷性能考核,各項檢測指標均符合中國國家水泥機械標準驗收規(guī)范。
老撾水泥廠?4m×60m回轉(zhuǎn)窯的輪帶更換安裝、試車工作的順利完成,為我公司在東南亞成功進行大型水泥設備大修積累了寶貴經(jīng)驗,證明我公司水泥技術(shù)及裝備維護技術(shù)是成熟可靠的,也為中國水泥裝備在東南亞高溫、高濕地區(qū)大型回轉(zhuǎn)窯設備切割、吊裝、焊接實踐等方面做了一些有益的探索。
[1]雷鈺,何維友,王鐵,馮海兵,王金德.高緯度地區(qū)大型回轉(zhuǎn)窯設備焊接技術(shù)探索[J].水泥技術(shù).2008,(6).
[2]JC/T 334.1-2006,中華人民共和國建材行業(yè)水泥工業(yè)用回轉(zhuǎn)窯設備標準[S].
[3]GB 11345-89,中華人民共和國建材行業(yè)超聲波探傷標準[S].
[4]GB/T 5117-1995,中華人民共和國碳鋼焊條標準[S].