馮賢龍

(云南大為制氨有限公司，云南 沾益 655338)

煤氣化技術(shù)是當(dāng)代較為先進(jìn)的潔凈煤利用技術(shù)，采用荷蘭殼牌粉煤氣化工藝較多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)共有19家單位，總共21套已投產(chǎn)的殼牌煤氣化裝置(見(jiàn)圖1)。

圖1 殼牌煤氣化爐簡(jiǎn)圖

在運(yùn)行過(guò)程中均出現(xiàn)因氣化爐燒嘴罩損壞而導(dǎo)致整個(gè)裝置停車的現(xiàn)象頻繁發(fā)生。因該設(shè)備系荷蘭進(jìn)口，修理的質(zhì)量要求高、風(fēng)險(xiǎn)大，只能按原設(shè)計(jì)說(shuō)明進(jìn)行修理更換。但其修理工藝復(fù)雜、周期長(zhǎng)，所以給正常生產(chǎn)秩序帶來(lái)了嚴(yán)重影響，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。云南大為制氨有限公司在對(duì)殼牌氣化爐燒嘴罩進(jìn)行修理更換過(guò)程中，公司的工程技術(shù)人員多次與殼牌公司以及同行業(yè)的有關(guān)人士進(jìn)行溝通、交流，結(jié)合國(guó)內(nèi)外先進(jìn)安裝、修復(fù)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢修經(jīng)驗(yàn)，不斷總結(jié)和創(chuàng)新，對(duì)其修理更換工藝進(jìn)行改進(jìn)，保證了修理質(zhì)量，縮短了修理更換時(shí)間，為公司長(zhǎng)周期運(yùn)行做出了貢獻(xiàn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。自2008年投產(chǎn)以來(lái)，云南大為制氨有限公司共更換燒嘴罩64個(gè)，現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)41余個(gè)。

1 燒嘴罩簡(jiǎn)介

燒嘴罩又稱保護(hù)煤燒嘴，是殼牌氣化爐的一個(gè)關(guān)鍵部件，在氣化段的高溫環(huán)境中工作。安裝在煤燒嘴頭部，它是從煤燒嘴噴出的煤/氧氣混流進(jìn)入氣化爐的一個(gè)水冷圓錐形通道，似一個(gè)喇叭形的小廢熱鍋爐。冷卻水通入環(huán)形管(φ28×4，材質(zhì)：12Cr1MoV，共8圈)進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)后冷熱交換，生成中壓蒸汽，把熱量帶走，從而達(dá)到降低燒嘴頭部環(huán)境溫度的目的[1]。氣化爐膜式壁、煤燒嘴與燒嘴罩之間的裝配關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 氣化爐膜式壁、煤燒嘴與燒嘴罩之間的裝配關(guān)系圖

2 燒嘴罩現(xiàn)場(chǎng)拆除、安裝改進(jìn)措施

燒嘴罩位于氣化爐燃燒室內(nèi)，要拆除燒嘴罩必須將整個(gè)燒嘴系統(tǒng)(由煤燒嘴、大蓋、小蓋、膨脹節(jié)、調(diào)整短節(jié)、燒嘴罩組成)進(jìn)行拆除[2]，拆除過(guò)程中采取的措施及順序如下：

1)保護(hù)性拆除與煤粉燒嘴(見(jiàn)圖3中的件3)相連接的煤粉管、水汽管，為防止異物掉入煤燒嘴，采用白布封堵各連接管口。

2)采用葫蘆配合將煤燒嘴抽出，放置到平臺(tái)上;采取保護(hù)性措施對(duì)大蓋密封面(防止劃傷)進(jìn)行保護(hù)后將燒嘴大蓋吊出。

3)膨脹節(jié)(見(jiàn)圖3中的件4)拆除：為確保膨脹節(jié)順利拆出，采用鐵絲將膨脹節(jié)對(duì)邊法蘭收緊，壓縮膨脹節(jié)長(zhǎng)度(膨脹節(jié)壓縮量增大)，增加膨脹節(jié)移動(dòng)空間，將膨脹節(jié)吊出后清理，放到指定位置。

圖3 燒嘴罩系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4)為防止膨脹節(jié)與燒嘴罩在安裝時(shí)幾何空間的任意性，減少調(diào)校時(shí)間。采用定位工裝與螺栓進(jìn)行固定(由法蘭、連接管構(gòu)成，詳見(jiàn)圖4);因作業(yè)空間限制，在工裝上開(kāi)設(shè)4個(gè)窗口，減輕工裝重量，在安裝時(shí)觀察煤燒嘴與膨脹節(jié)四周間隙。

圖4 定位工裝示意圖

5)煤燒嘴小蓋(見(jiàn)圖3中的件6)及定位工裝拆除：拆除時(shí)小蓋必須采用樣沖做好方位移植標(biāo)記，認(rèn)真做好記錄，以便安裝時(shí)方位找正。

6)燒嘴罩角度調(diào)整短節(jié)(見(jiàn)圖3中的件5)制作：分別測(cè)量出原燒嘴罩調(diào)整短節(jié)00、900、1800、2700實(shí)際長(zhǎng)度，制作調(diào)整短節(jié)并標(biāo)注角度。

7)切除水汽管進(jìn)出口(見(jiàn)圖3中的件2)及拆除燒嘴罩(見(jiàn)圖3中的件1)：切除水汽管必須使用角向磨光機(jī)手工切割，并用白布封堵水汽管口，防止異物掉入。

2.1 燒嘴罩安裝

燒嘴罩依據(jù)上述步驟反向依次安裝各組件：

1)燒嘴罩安裝時(shí)其頂部盡量下降，使頂部留有合適的溝槽(溝槽約 30 mm，頂部的溝槽能夠更有效地將流渣導(dǎo)向兩側(cè))，避免了正常生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的流渣流進(jìn)燒嘴罩而燒壞環(huán)管。

2)煤燒嘴安裝時(shí)，因現(xiàn)場(chǎng)空間受限，調(diào)整困難。定位由支架固定煤燒嘴(見(jiàn)圖5)定位改為三個(gè)手拉葫蘆(見(jiàn)圖6)代替定位支架方式進(jìn)行定位，省去反復(fù)搬運(yùn)、安裝、拆出支架時(shí)間，使燒嘴調(diào)試、定位的時(shí)間大幅縮短。

圖5 改造前的固定支架

圖6 改造后的三臺(tái)手拉葫蘆支撐

3)水汽管組對(duì)：按《焊接工藝規(guī)程》要求進(jìn)行組對(duì)、點(diǎn)焊，控制間隙 3～4 mm。

4)燒嘴罩角度調(diào)整短節(jié)與法蘭組對(duì): 按《焊接工藝規(guī)程》要求進(jìn)行組對(duì)、點(diǎn)焊，控制間隙 3～4 mm。調(diào)整短節(jié)與法蘭焊接接頭(見(jiàn)圖7)，水汽管焊接接頭見(jiàn)圖8。

圖7 調(diào)整短節(jié)與法蘭焊接接頭簡(jiǎn)圖 圖8 水汽管焊接接頭簡(jiǎn)圖

環(huán)管內(nèi)數(shù)第二圈至第八圈內(nèi)徑增大(見(jiàn)表1)，內(nèi)徑增大是為了使焊接釘頭和澆注以后環(huán)管空腔保持原來(lái)的尺寸)，焊接釘頭(見(jiàn)圖9)，打澆注料并整體烘干(見(jiàn)圖10)，以防止?jié)沧⒘厦撀浼霸黾訚沧⒘夏陀眯?，打澆注料后可增加燒嘴罩的熱?fù)荷能力及耐磨性，從而更好地保護(hù)燒嘴罩。

圖9 燒嘴罩焊接耐磨釘頭 圖10 燒嘴罩打澆注料后整體烘干

表1 環(huán)管內(nèi)數(shù)第二圈至第八圈內(nèi)徑逐漸增大表

5)無(wú)損檢測(cè)：焊縫外觀質(zhì)量進(jìn)行100%目視檢查合格，水汽管焊縫進(jìn)行100%PT無(wú)損檢測(cè)，符合JB/T 4730-2005 Ⅰ級(jí)合格要求。

6)徑向間隙調(diào)校：調(diào)整短節(jié)及水汽管焊接完畢，將煤燒嘴退到燒嘴頭膨脹節(jié)定位工裝位置，拆除定位工裝，安裝膨脹節(jié)，再將煤燒嘴推進(jìn)氣化爐爐膛，進(jìn)行調(diào)校。為使燒嘴罩吸熱均勻，嚴(yán)格控制：煤燒嘴與燒嘴罩的徑向間隙：(15±3)mm(四周均勻)，詳見(jiàn)表2和圖11。

表2 不同方位徑向間隙表

圖11 燒嘴罩方位示意圖

7)水壓試驗(yàn)：燒嘴罩安裝完畢，氣化爐水系統(tǒng)整體進(jìn)行 2.0 MPa 水壓

試驗(yàn)，燒嘴罩無(wú)滲漏，無(wú)可見(jiàn)的變形，試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)異常的響聲為合格。

3 燒嘴罩現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)

每次煤氣化系統(tǒng)停車對(duì)燒嘴罩進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)燒嘴罩均有不同程度的損壞。由于燒嘴罩購(gòu)買價(jià)格昂貴，從國(guó)外進(jìn)口價(jià)為：20萬(wàn)元/個(gè)，國(guó)內(nèi)最低價(jià)為：12.5萬(wàn)元/個(gè)，為節(jié)約設(shè)備修理費(fèi)用，對(duì)燒嘴罩進(jìn)行修理十分重要。根據(jù)損壞部位不同分為兩類：①熔渣流進(jìn)燒嘴罩所造成的燒嘴罩第2圈至第7圈不同程度、不同大小的穿孔;②氣化爐整體過(guò)燒、O2/C 過(guò)高、燒嘴負(fù)荷不平衡或中斷所造成的燒嘴罩最外圈(第1圈)水管過(guò)熱燒壞[3]。

3.1 熔渣流進(jìn)燒嘴罩造成燒嘴罩損壞的修復(fù)

氣化爐內(nèi)部溫度降至常溫，分析合格辦理各種票證后，施工人員進(jìn)入爐膛對(duì)燒嘴罩進(jìn)行修復(fù)[4]，采取的修理措施如下：

1)用小錘和鑿子配合將燒嘴罩內(nèi)的熔渣清理干凈，確認(rèn)漏點(diǎn)位置。

2)使用鋼絲輪將環(huán)管漏點(diǎn) 100 mm 范圍的銹、污物等清除干凈，并打磨至顯露金屬光澤。

3)為了消除環(huán)管內(nèi)殘留水分，采用火焰加熱方式，將環(huán)管漏點(diǎn) 100 mm 范圍進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為 200～300 ℃。

4)采用氬弧焊先從環(huán)管漏點(diǎn)四周逐漸向漏點(diǎn)中心靠近方式進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)(焊接選擇合適的線能量)。

5)消氫處理：焊接完畢，對(duì)補(bǔ)焊部位 100 mm 范圍進(jìn)行加熱處理，加熱溫度：350 ℃，時(shí)間：0.5 h。修復(fù)前泄漏點(diǎn)見(jiàn)圖12，修復(fù)后見(jiàn)圖13。

圖12 修復(fù)前泄漏點(diǎn)示意圖 圖13 修復(fù)后示意圖

6)修復(fù)部位溫度降至常溫，外觀進(jìn)行100%目視檢查，焊縫進(jìn)行100%PT檢測(cè)，符合JB/T 4730-2005 Ⅰ級(jí)合格。

7)燒嘴罩修復(fù)完畢，氣化爐水系統(tǒng)整體進(jìn)行 2.0 MPa 水壓試驗(yàn)，燒嘴罩無(wú)滲漏，無(wú)可見(jiàn)的變形，試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)異常的響聲為合格。

3.2 燒嘴罩外圈(第1圈)水管過(guò)熱燒壞的修復(fù)

燒嘴罩第1圈環(huán)管過(guò)熱燒壞，采用局部更換環(huán)管，焊接采用開(kāi)天窗焊接的方法進(jìn)行修理[5]，采取的修理措施如下：

1)將漏點(diǎn)兩端各延伸 150 mm 范圍的銹、污物等清除干凈，并打磨至顯露金屬光澤。

2)沿漏點(diǎn)兩端各延伸 100 mm 位置劃線(見(jiàn)圖14)，采用氣割沿切割線及環(huán)管之間的間隙，將管段割下。

圖14 沿漏點(diǎn)兩端各延伸 100 mm

3)新管段開(kāi)坡口及組裝(見(jiàn)圖15)：第1層開(kāi)內(nèi)坡口，第2層開(kāi)外坡口，坡口內(nèi) 20 mm 范圍的銹、污物等清除干凈，并打磨至顯露金屬光澤。

圖15 新管段開(kāi)坡口及組裝

4)用火焰加熱方式，將環(huán)管接頭 100 mm 范圍進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為 200～300 ℃。

5)采用氬弧焊對(duì)新組對(duì)焊縫進(jìn)行打底焊接，待冷卻至常溫，經(jīng)外觀檢驗(yàn)合格后進(jìn)行100%PT無(wú)損檢測(cè)，符合JB/T 4730-2005 Ⅰ級(jí)要求合格。再進(jìn)行焊接，焊接完畢后，采用同樣方法進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)合格。

6)第2層(天窗)及環(huán)管之間的縫隙依照以上(4)、(5)步驟依次完成焊接和無(wú)損檢測(cè)合格。

7)燒嘴罩修理完畢，氣化爐水系統(tǒng)整體進(jìn)行 2.0 MPa 水壓試驗(yàn)，燒嘴罩無(wú)滲漏，無(wú)可見(jiàn)的變形，試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)異常的響聲為合格。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，經(jīng)過(guò)對(duì)殼牌煤氣化爐燒嘴罩系統(tǒng)修理措施的改進(jìn)，改變了傳統(tǒng)的修理工藝和方法。特別是在燒嘴罩系統(tǒng)拆裝過(guò)程中采用膨脹節(jié)定位工裝，以及煤燒嘴定位、調(diào)校過(guò)程中采用葫蘆代替固定支架的方法的應(yīng)用，使更換燒嘴罩系統(tǒng)的時(shí)間由原來(lái)的7天/套縮短至1～2天/套，大幅縮短了檢修時(shí)間，保證了修理質(zhì)量，為該系統(tǒng)盡快恢復(fù)生產(chǎn)做出了貢獻(xiàn)。燒嘴罩的修理過(guò)程中，針對(duì)存在問(wèn)題在對(duì)國(guó)內(nèi)外修理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)和創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，結(jié)合本公司實(shí)際對(duì)其修理工藝進(jìn)行改進(jìn)和控制，保證了修理質(zhì)量，為同類型的設(shè)備修理積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，在行列內(nèi)具有推廣應(yīng)用價(jià)值。