氣化爐廢鍋段的螺旋盤管改造研究

陶劍鋒，范俊福，鄭剛，嚴(yán)洪，魯進(jìn)波

（東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司，四川，德陽，618000）

引言

煤氣化作為潔凈、高效利用煤炭的主要途徑之一，使得各種煤化工技術(shù)在國內(nèi)多地都有應(yīng)用。廢鍋技術(shù)氣化爐具有熱效率高、副產(chǎn)蒸汽用途廣、能有效降低操作成本等工藝特點(diǎn)[1]，但由于廢鍋流程氣化爐的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，經(jīng)過多年的長周期運(yùn)行，廢鍋段螺旋盤管已出現(xiàn)了泄露、積灰、變形、磨損等故障，對氣化爐的整體運(yùn)行性能和安全性產(chǎn)生了一定影響，為確保氣化爐運(yùn)行的安全性及性能穩(wěn)定性，需對廢鍋段的螺旋盤管進(jìn)行改造。

本文以我公司承接的某化工廠的廢鍋氣化裝置為例，與運(yùn)維方一起對該類爐型的廢鍋螺旋盤管進(jìn)行改造，以解決廢鍋螺旋盤管的運(yùn)行故障問題，為其他類似結(jié)構(gòu)改造提供參考。

1 廢鍋流程氣化爐的結(jié)構(gòu)簡介

本次改造的廢鍋流程氣化爐，其整體結(jié)構(gòu)類似“倒h”型結(jié)構(gòu)（即 型，見圖1）。主要由氣化室、激冷室、輸氣管、轉(zhuǎn)向室、廢鍋等五大段及配套輔助設(shè)備（主要包括煤燒嘴、敲擊器、測溫裝置）等構(gòu)成。每段由承壓殼體和膜式水冷壁承壓內(nèi)件及配套設(shè)備組成，其中廢鍋段內(nèi)件主要由以下幾部分組成（見圖2）：

圖1 AP廢鍋流程氣化爐示意圖；

圖2 廢鍋段內(nèi)件

（1）外側(cè)為列管式膜式壁結(jié)構(gòu)（簡稱膜式壁）；

（2）內(nèi)側(cè)為螺旋盤管式膜式壁結(jié)構(gòu)（簡稱螺旋盤管），自上而下分為過熱器和蒸發(fā)器（包括蒸發(fā)器3、蒸發(fā)器2、蒸發(fā)器1.2、蒸發(fā)器1.1），其中過熱器和蒸發(fā)器均由多圈螺旋盤管組成，各圈盤管通過上方十字臂鍛板組裝成整體。

2 廢鍋螺旋盤管的改造范圍

由于本次改造的廢鍋流程氣化爐的結(jié)構(gòu)特殊性，根據(jù)氣化爐轉(zhuǎn)向室及廢鍋段內(nèi)件變形情況，綜合改造質(zhì)量、周期及成本，最終改造方案以“轉(zhuǎn)向室+輸氣管”殼體組件兩條黃金焊縫作為改造基準(zhǔn)，改造范圍主要有以下兩方面：

（1）殼體方面：兩條黃金焊縫切割（見圖3，包括輸氣管與激冷室殼體的對接焊縫、轉(zhuǎn)向室與廢鍋的對接焊縫）、黃金焊縫區(qū)域耐火材料；

圖3 黃金焊縫分布位置

（2）內(nèi)件方面：廢鍋段自上而下的各圈螺旋盤管及對應(yīng)十字臂鍛板、吹灰裝置、螺旋盤管與膜式壁及集箱的連接、殼體黃金焊縫區(qū)域的膜式壁膨脹節(jié)。

3 尺寸控制

本次改造的廢鍋流程氣化爐，其廢鍋螺旋盤管的改造工作涉及設(shè)備制造廠及項(xiàng)目現(xiàn)場兩地施工，主要涉及以下幾方面尺寸控制：

（1）新盤管直徑公差控制在-5～0mm。

（2）新盤管組件、十字臂鍛板與廢鍋膜式壁裝配同軸度按±5mm控制。

（3）“轉(zhuǎn)向室+輸氣管”殼體組件套裝時(shí)以膨脹節(jié)的參考標(biāo)記為基準(zhǔn)。

4 廢鍋螺旋盤管的改造步驟

4.1 舊螺旋盤管的主要拆除步驟

（1）設(shè)備環(huán)形空間及外壁架設(shè)腳手架及內(nèi)部支撐；

（2）去除“轉(zhuǎn)向室+輸氣管”殼體組件的兩條黃金焊縫內(nèi)壁的耐火材料；

（3）標(biāo)識黃金焊縫區(qū)域膜式壁的膨脹節(jié)參考基準(zhǔn)，并拆除膨脹節(jié)；

（4）采用吊車將“轉(zhuǎn)向室+輸氣管”殼體組件吊平穩(wěn)后氣割殼體黃金焊縫；

（5）采用吊車將“轉(zhuǎn)向室+輸氣管”殼體組件（見圖4）安全、平穩(wěn)、緩慢的吊至專用場地并重新加工殼體的黃金焊縫坡口；

圖4“轉(zhuǎn)向室+輸氣管”殼體組件的黃金焊縫

（6）調(diào)整敲擊桿、測溫套管等附件位置；

（7）利用吊車平穩(wěn)吊住最上層的盤管組件十字臂鍛板；

（8）拆除十字鍛板上的吹灰裝置、割斷盤管進(jìn)出口端的連接管、割斷盤管組件；

（9）采用吊車將本層的螺旋盤管組件（見圖5）整體從上方吊出至專用場地；

圖5 螺旋盤管組件

（10）按從上到下的先后順序，重復(fù)參照以上步驟（8）～步驟（11）方法拆除剩余各層盤管組件，并清理、檢查、修磨膜式壁，等待安裝新的螺旋盤管組件；

4.2 新螺旋盤管組件的廠內(nèi)制造

4.2.1 單圈螺旋盤管的制造

單圈螺旋管屏按一定的螺旋角及螺距排列鋼管與扁鋼，經(jīng)盤繞呈筒體結(jié)構(gòu)，并且每圈盤管上布置有敲擊板、彎頭、連接板等附件（見圖6）。

圖6 單圈螺旋盤管示意圖

4.2.1.1 單圈螺旋盤管的主要制造工藝流程

備料→裝焊妥管組→校正、通球→焊縫及尺寸檢查→繞制管組→管屏脫模→焊妥管屏→通球→焊縫及尺寸檢查→劃地樣線、四象線及附件裝配線→裝焊妥附件→校正→光譜檢查→通球→整體熱處理→水壓試驗(yàn)→清理→轉(zhuǎn)送裝配

4.2.1.2 單圈螺旋盤管的制造重難點(diǎn)控制

（1）鋼管對接：采用熱絲TIG焊或全氬手工對接，對接后100%RT或100%RTV。

（2）裝點(diǎn)管組時(shí)，測量管子節(jié)距和管組寬度，每個(gè)節(jié)距放焊接收縮量；管組焊好后，測量管子節(jié)距和管組寬度，管組寬度超差時(shí)需修磨。

（3）利用高精度的管屏繞制工裝繞制管屏，保證管屏直徑尺寸和圓柱度，確保管組脫模后的盤管直徑公差在-5～0mm，以保證現(xiàn)場立套質(zhì)量（見圖7）。

圖7 單圈螺旋盤管制造

4.2.2 多圈盤管的組裝

多圈螺旋盤管由多個(gè)不同直徑的單圈螺旋盤管通過頂部的十字臂鍛板組焊成整體（見圖5）。

4.2.2.1 多圈盤管的主要組裝工藝流程

裝焊妥十字臂鍛板→焊縫無損檢查→鍛板整體熱處理→配劃各圈盤管與十字臂鍛板的對接余量線→加工對接坡口→裝焊妥十字臂鍛板與各圈盤管→焊口檢測→局部熱處理→清理盤管組件→阻力降試驗(yàn)→完工檢查→標(biāo)記、油包、發(fā)運(yùn)

4.2.2.2 盤管組件的制造重難點(diǎn)控制

（1）螺旋管屏采用由外圈到內(nèi)圈的順序套裝（見圖8），每圈管屏與十字臂鍛板對接、探傷合格后再套裝下一個(gè)盤管；

圖8 螺旋盤管組件制造

（2）各圈螺旋管屏間的上、下兩端的導(dǎo)向鋼板在具備條件時(shí)就必須裝配；

（3）各圈盤管與十字臂鍛板裝配時(shí)，以四象限為基準(zhǔn)，調(diào)整螺旋盤管位置，保證各圈螺旋管屏上的敲擊器板與各圈盤管的軸線同心及相對位置精度。

4.3 新螺旋盤管組件的現(xiàn)場安裝步驟

（1）吊裝最下層的蒸發(fā)器螺旋盤管組件，安全、平穩(wěn)、緩慢的吊至廢鍋膜式壁對應(yīng)的原安裝位置，調(diào)節(jié)、找正裝配方位及控制同軸度并固定穩(wěn)固；

（2）裝焊妥十字臂鍛板與膜式壁鍛板，配裝各圈盤管出水端的連接彎管，焊縫探傷、局部熱處理；

（3）裝焊吹灰裝置、配裝盤管進(jìn)水段的連接彎管，焊縫探傷、局部熱處理；

（4）按先下后上的先后順序，重復(fù)參照以上步驟（1）～步驟（4）方法吊裝剩余蒸發(fā)器、過熱器的各層盤管組件及附件的相應(yīng)裝焊和探傷工作。

（5）吊裝“轉(zhuǎn)向室+輸氣管”組件，完成兩條黃金焊縫的焊接及100%MT+UT+TOFD探傷、局部熱處理和復(fù)探。

（6）完成黃金焊縫區(qū)域的耐火材料的敷設(shè)、烘干，拆除腳手架及內(nèi)部支撐。

（7）重新按參考基準(zhǔn)調(diào)節(jié)、找正、裝配黃金焊縫區(qū)域膜式壁的膨脹節(jié)。

（8）改造工作完畢并交檢合格。

5 總結(jié)

本次改造的廢鍋流程氣化爐，通過對廢鍋螺旋盤管的改造工藝研究，掌握了該類型氣化爐的廢鍋螺旋盤管的改造技術(shù)，提高了該類型氣化爐廢鍋的長期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行壽命，也為其他類似結(jié)構(gòu)的改造提供參考。