孟震

(法国必维国际检验集团，中国 上海 200121)

气化炉制造的过程控制和检验

孟震

(法国必维国际检验集团，中国 上海 200121)

针对机械制造中的产品特点，介绍了气化炉制作过程中一系列制造环节的质量控制和检验，如材料检验、焊接控制、热处理控制、无损检测等检验要点，并且通过具体工艺步骤要求严格控制这些制造环节的质量，最终使产品质量得到有效的保证。

气化炉；质量控制；检验

0 前言

随着国际原油价格持续上涨，国内一些以石油为原料的化工企业成本逐年上升，部分厂家甚至陷入亏损。为此许多公司决定启动“油改煤”工程。气化炉是“油改煤”工程的核心设备。气化炉采用超厚耐热钢作为主要材料，成型复杂，制造工艺要求高。在此讨论了气化炉壳体的制造和检验要点。

1 产品结构和设计参数

气化炉主要由气化室(内径φ 3 200 mm)、急冷室(内径φ 3 800 mm)、顶部烧嘴、托砖盘、急冷环、内件等部件组成，如图1所示。主要设计参数见表1。

表1 主要设计参数

2 制造和检验标准

主要标准有：《压力容器安全技术监察规程》(1999版)；《钢制压力容器》GB150-1998；《钢制压力容器焊接规程》JB／T4709-2000；《钢制压力容器制造技术要求》HG20584-1998；《钢制管法兰、垫片、紧固件》HG20592～20635-97；《压力容器涂与运输包装》JB／T4711-2003。

3 检验要点

(1)材料检验。

合格的材料是保证压力容器安全运行的前提，所以对材料的检验是压力容器的重点之一。为此对进厂材料都需要按照标准和技术要求进行质量证明书审查、材料标记的核对、表面质量和几何尺寸检查；对受压元件材料按炉号进行化学分析，按批号进行力学性能、金相检查(对于IV级锻件逐件进行力学性能、金相检查)，逐件进行超声波检查。所有材料检验全部合格后才能投入使用。气化炉主要受压元件的化学分析检验结果如表2所示，主要受压元件力学性能检验结果如表3所示，主要焊材的化学成分和力学性能检验结果如表4所示。

(2)焊接检验。

图1 气化炉壳体总图

检查焊接工艺评定、焊工资格、焊材烘烤以及焊接坡口及两侧的油、锈、污物、水分的清理。检查预热温度满足焊接工艺(WPS)要求并且内外壁温均匀后才能开始进行焊接工作(点焊时也要预热)，焊接过程应中自始至终保持工件温度(包括焊缝的清根和固定点焊时)大于预热温并控制层间温度大于等于300℃，焊接过程中严格执行焊接工艺规范。注意焊接过程要连续，确因特殊原因要中断焊接时，必需保证工件温度大于预热温度，焊后进行外观检查，焊后不能立即进行中间处理的，要立即进行消氢处理。

(3)无损检测(NDT)。

检验时注意，焊缝外观检查合格后再进行相关的无损检测工作，须严格控制无损检测的时机，Cr-Mo钢焊缝在焊后至少24 h才能进行无损检测。对Cr-Mo材料的无损检测要求如表5所示。不锈钢焊缝、过渡层和耐蚀层堆焊后分别进行100%PT检测，按JB4730-2005 I级合格。

(4)热处理。

主要是严格控制消氢处理(300℃～350℃)、中间热处理(600℃～620℃)、最终热处理(680±20℃)。按热处理工艺要求的升温速率、保温时间、降温速率进行操作。

(5)制造。

表2 主要材料的化学成分%

设备总装后要求顶法兰中心与托转盘法兰以及底部法兰的中心偏差小于等于6 mm，直线度小于等于6 mm，顶法兰密封面与底部法兰的平行度小于等于6 mm。所以在制造过程中须严格控制零部件几何尺寸，才能使设备最终满足几何尺寸要求。气化炉分三部分进行制作：部件Ⅰ包括顶封头、三节筒体及接管；部件Ⅱ包括一节筒体、变径段和托砖盘；部件Ⅲ包括三节筒体、锥体、短节、法兰和接管，如图2所示。

表3 主要材料的力学性能

表4 主要焊接材的化学成分和力学性能

气化炉零部件制造中的预热和焊接：按WPS要求；无损检测：按NDT要求；热处理：按热处理工艺要求。

a.顶封头的制作。

封头材料为SA387Gr11Cl2，厚度δ＝54 mm，SR＝1603 mm。

要求：封头的椭圆度小于等于6 mm，形状偏差小于等于10mm，成型后的最小厚度t≥45 mm，顶法兰与封头同心度小于等于2 mm。

工艺措施：下料、组对错边量小于等于1 mm，二次下料的尺寸要控制，压制成型，检查椭圆度小于等于6 mm，用样板检查形状偏差小于等于10 mm，测厚tmin≥45 mm；在封头里口加支撑工装防止热处理(正火+回火)变形，加工封头高度(留余量)及顶圆孔坡口，做封头基准线；组对顶法兰，检查错边量小于等于3 mm；以基准线找正后加工顶法兰，封头高度，保证法兰密封面与封头环缝坡口平行，并与封头轴线垂直，划0°、90°、180°、270°方位线，划钻顶法兰螺栓孔。

表5 Cr-Mo钢无损检测要求

图2 气化炉制造示意

b.筒节制作。

材料为SA387Gr11Cl 2，厚度δ＝110 mm，内径φ 3 200 mm，高度550 mm。要求：椭圆度小于等于6 mm，错边量小于等于3 mm，焊缝棱角度小于等于3 mm，筒节两端面平行并垂直轴线。

工艺措施：下料时考虑焊缝收缩量，检查尺寸并控制对角线差值小于等于2 mm，在滚板机上带温滚圆，样板检查筒节内侧曲率，检查纵缝错边量小于等于3 mm，在筒节内加圆弧板，组焊，带温校圆并检查筒节椭圆度小于等于6 mm，焊缝棱角度小于等于3 mm，筒节加支撑工装防止堆焊变形，待堆焊表面打磨呈金属光泽，进炉预热；带极堆焊过渡层，带极堆焊耐蚀层。再次检查筒节椭圆度小于等于6 mm，加工筒节堆焊层内径到φ 3 184 mm，加工高度保证两端面的平行并垂直筒节轴线，做筒节两端的基准线。

c.托砖盘的制作。

锥盘材料为15GrMoR，厚度δ＝30 mm。

要求：锥盘成型后大端的外径为φ 3 180 mm、椭圆度小于等于2 mm，法兰与锥盘同心度小于等于2 mm、托板的水平度小于等于2 mm、托板与筋板的间隙为1 mm。

工艺措施：控制锥盘下料时的几何尺寸，高度留余量，组对错边量小于等于1 mm，滚制成型(注意不锈钢复层在外面)，检查椭圆度小于等于6 mm，用样板检查形状偏差小于等于10 mm，按图成形R320时，控制大端外径正偏差1～2 mm及椭圆度小于等于6 mm，在锥盘大端里口加支撑环板并控制椭圆度小于等于2 mm，加工锥盘高度及锥盘直边部分的外径为φ 3 180 mm，加工时要保证锥盘的上下两端面平行并垂直轴线。法兰与锥盘组焊，肋板与锥盘组焊后，对肋板的上平面进行机加工，保证肋板在同一平面并且与锥盘端面平行，在肋板加工过的平面上放1 mm厚的垫板来控制托板(托板下料时，内外圆及厚度要留余量，组焊变形后用水压机校平，加工内外径及上下平面)与肋板间隙，并在托板的上下面加工装来防止焊接变形，加工法兰平面和内径，保证法兰与锥盘大端同心、平行并垂直轴线。

d.锥体的制作。

材料为SA387Gr11Cl 2／SA240-316L，厚度δ＝90+ 4 mm，大端内径φ 3 792 mm，小端内径φ 1 692 mm，高度h＝1 818 mm。

难点：保证锥体成型后椭圆度小于等于6 mm，大小端面的平行度小于等于2 mm，同心度小于等于2 mm并且大小端面也要与轴线垂直，错边量小于等于1.5 mm，成型时有可能会发生断裂。

工艺措施：锥体按3块瓦片下料，控制对角线差值小于等于2 mm，做好各边基准线，留加工余量，划工装模具压制时的定位线(根据锥体曲率制做压制成型的工装模具并用样板对曲率进行检查)，在水压机上用工装模具按线进行热成型，用样板检查大小端及中间的成型曲率，按基准线加工纵缝坡口；在工作平台上预先划锥体大端的外径线和小端的内径线，将锥体的3块瓦片按线进行组对，组对时应增加凹型铁工装(用与锥体相同的材料进行制作)，检查错边量小于等于1.5 mm；利用三辊对锥体进行热校圆，同时用样板检查修形情况，检查大端和小端椭圆度小于等于6 mm，焊缝棱角度小于等于5 mm，加防变形工装进行热处理，按图加工锥体时，上下两端的内径要满足图纸要求且上下两端面要求平行并垂直锥体轴线，高度可以有偏差(可用筒节的高度来进行调节)，划锥体上下两端的基准线和0°、90°、180°、270°方位线。按图划支耳和接管孔位置线，依线去除支耳处的复层，加工接管孔。

e.部件Ⅰ组合。

要求：筒节与顶封头的同心度小于等于2mm，平行度小于等于2mm，筒节的直线度小于等于3mm，错边量小于等于5 mm。

工艺措施：先组对三节筒节(要考虑到纵缝的方位，防止接管孔开在纵缝上)，组对时要用定位块对环缝进行定位，用等高块和φ 0.5钢丝测量直线度小于等于3 mm，测量筒节端面间的尺寸来控制平行度小于等于2 mm，检查错边量小于等于5 mm；再与顶封头组对，从0°、90°、180°、270°四个方向分别测量封头的基准线到筒节端面的距离来控制平行度小于等于2 mm，并在顶封头在的法兰上安装激光指向仪，在筒节端部测量光束到内壁的距离控制同心度，相对方向的差值小于等于2 mm。按图划各接管孔线和吊耳，检查几何尺寸和方位，加工接管孔，组焊接管和吊耳，核查几何尺寸。

f.部件Ⅱ组合

要求：平行度小于等于2 mm，错边量小于等于2 mm，托砖盘法兰与筒节同心度小于等于2 mm。

工艺措施：用工作平台进行立式组对。在工作平台上划变径段和筒节的同心圆来控制变径段和筒节的同心，同时兼顾平行度和错边量；划0°、90°、180°、270°方位线，在工作平台上划托砖盘法兰和筒节的同心圆来控制托砖盘法兰与筒节同心，在平台上利用定位工装来保证托砖盘法兰与筒节的平行度。

g.部件Ⅲ组合。

要求：平行度小于等于2 mm，错边量小于等于2mm，直线度小于等于3mm，错边量小于等于2mm。

工艺措施：先用工作平台对法兰、短节和锥体进行立式组对来控制同心度、平行度，同时兼顾错边量，再与筒节组对，在法兰上安装激光指向仪，在筒节端部测量光束到内壁的距离控制同心度，相对方向的差值小于等于2 mm，同时检查平行度、直线度和错边量。划0°、90°、180°、270°方位线，按图划接管孔和支座位置线，检查几何尺寸和方位，加工接管孔，组焊接管和支座，核查几何尺寸。

h.部件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组合。

要求：顶法兰中心与托砖盘法兰以及底部法兰的中心偏差小于等于6 mm，直线度小于等于6 mm，顶法兰密封面与底部法兰的平行度小于等于6 mm。

工艺措施：用定位块对环缝进行定位并加凹型铁工装保证稳固性；采用激光指向仪、激光经纬度仪和水平仪来分别控制同心度、水平方向直线度和垂直方向直线度，用钢卷尺控制平行度。检测方法：将测量工装固定在顶法兰的密封面上，将激光指向仪装在工装上，打开激光光束，调好焦距，在托砖盘法兰处测量光束与法兰内径的距离控制同心度，在底部法兰安装工装控制同心度(工装上加工φ 50 mm孔，用有机玻璃加工φ 50 mm圆与工装中心孔相配，并在有机玻璃划φ 6 mm的同心圆)，架好水平仪，从设备的外部用水平仪看标尺的数值，通过计算得到垂直方向的直线度，在底部或封头端架好激光经纬度仪，打开激光光束，调好焦距，从设备的外部用标尺直接读数，通过计算得到水平方向的直线度，同时测量平行度及错边量。组焊其他附件。经核查：顶法兰中心与托砖盘法兰以及底部法兰的中心偏差为4 mm，直线度为5 mm，顶法兰密封面与底部法兰的平行度为4 mm。

4 最终检查

设备最终热处理后，对A、B类焊缝进行硬度检查HB≤220，无损检测，产品的力学性能试验，最终确认几何尺寸和方位的检查；合格后进行压力试验(试验前要用2块相同量程并且量程是试验压力的1.5～3倍，相同等级并经过校验合格的压力表，分别装在试验容器的最上端和最下端，试压水的CL-含量小于等于25mg／L，水温大于等于15℃，试验时无泄漏、无明显变形、无异常响声为合格)；水压试验后设备内要清理干净，并吹干表面水渍；水压试验后对承压焊缝进行无损检测；喷砂处理，油漆，标注0°、90°、180°、270°方位线，外观检查，包装。

5 结论

根据标准、图纸、技术条件要求对材料、焊接、无损检测、热处理、水压试验以及几何尺寸进行检查和控制，保证设备的性能满足设计要求，安装使用后受到用户好评。

Gasifier manufacture process control and inspection

MENG Zhen
(Bureau Veritas China，Shanghai 200121，China)

Introduces the gasifier production process of a series of manufacturing process control，such as materials control，welding control，heat treatment control，NDT control，by these quality led to product quality effectively guarantee.

gasifier；quality control；inspection

TG441.7

B

1001-2303(2011)12-0072-06

2011-04-27

孟 震(1976—)，男，浙江嘉兴人，学士，工程师，主要从事工业品的检测与认证工作。