程孝福，周廣宇

（大連金州重型機(jī)器集團(tuán)有限公司，遼寧大連　116100）

檢驗(yàn)與修復(fù)

氣化爐托磚盤底板及Inconel 825鎳基合金內(nèi)環(huán)的更換

程孝福，周廣宇

（大連金州重型機(jī)器集團(tuán)有限公司，遼寧大連116100）

通過對德士古氣化爐托磚盤內(nèi)側(cè)被損壞的Inconel 825鎳基合金內(nèi)環(huán)更換新環(huán)，以及SA-387 Gr11 CL2堆焊316L托磚盤底板與內(nèi)環(huán)相配部分的切除、更換、組對、焊接、無損檢測、熱處理、組裝質(zhì)量檢驗(yàn)等詳細(xì)施工過程的說明，提出對此類設(shè)備的修復(fù)辦法。

氣化爐；托磚盤底板修復(fù)；鎳基合金內(nèi)環(huán)更換

0　引言

某公司3臺(tái)φ2756mm/φ3188mm德士古氣化爐，在2012年設(shè)備檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)氣化爐托磚盤底板上方的耐火磚減薄，托磚盤底板內(nèi)嵌的Inconel 825鎳基合金內(nèi)環(huán)以及與內(nèi)環(huán)重疊部分的SA-387 Gr11 CL2堆焊316L外環(huán)都有不同程度的變形，不能與激冷環(huán)上表面貼合，影響設(shè)備安全使用。為此，進(jìn)行了鎳基合金內(nèi)環(huán)的更換和托磚盤底板變形部分的切除修復(fù)。

本文通過對托磚盤底板變形部分的切除、更換、組焊、熱處理、無損檢測等工藝操作，解決了在氣化爐內(nèi)部利用焊接方法保證托磚盤底板修復(fù)精度的問題，使托磚盤底板修復(fù)質(zhì)量滿足設(shè)備技術(shù)要求。為此類設(shè)備的損壞修復(fù)提供借鑒方法。

1　氣化爐的技術(shù)特性、簡圖及制造公差

該氣化爐技術(shù)參數(shù)見表1，總裝簡圖見圖1，托磚盤底板及鎳基合金內(nèi)環(huán)安裝見圖2。

表1　氣化爐技術(shù)參數(shù)

圖1　氣化爐結(jié)構(gòu)示意

氣化爐制造公差技術(shù)要求:氣化室頂部燒嘴法蘭中心線、托磚盤底板的鎳基合金內(nèi)環(huán)中心線、激冷室渣出口法蘭中心線應(yīng)在同一條直線上，同軸度公差為±3mm；托磚盤底板下表面的水平度公差為±3mm［1］。

圖2　托磚盤底板及鎳基合金內(nèi)環(huán)安裝圖

2　托磚盤底板及鎳基合金內(nèi)環(huán)的損壞狀況

3臺(tái)設(shè)備的托磚盤底板均有不同程度的損壞，其中損壞最嚴(yán)重的一臺(tái)設(shè)備狀況如下:

（1）托磚盤底板內(nèi)孔與鎳基合金內(nèi)環(huán)在0°和90°區(qū)域的直徑方向發(fā)生擠壓塑性變形，環(huán)向間隙由正常安裝后的2mm變?yōu)?mm；鎳基合金內(nèi)環(huán)向上擠出抬起，結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲。

（2）托磚盤底板下表面與鎳基合金內(nèi)環(huán)重疊部分變形，表面呈不均勻高低起伏的波浪狀，凹凸變形量最大深度約10mm。

（3）鎳基合金內(nèi)環(huán)局部內(nèi)圓表面有許多較深凹坑，實(shí)測凹坑深度在5～20mm之間。整個(gè)內(nèi)圓環(huán)表面粗糙，損傷痕跡明顯，見圖3。

圖3　鎳基合金內(nèi)環(huán)局部損壞狀況

由于托磚盤底板下表面變形嚴(yán)重，不能與下方的激冷環(huán)上表面貼合，導(dǎo)致氣化室與激冷室在此處短路，故需對其進(jìn)行修復(fù)［2］。

3　托磚盤底板的修復(fù)工序

3.1托磚盤底板內(nèi)孔中心的偏心量和下表面的水平度檢查

在氣化室燒嘴法蘭內(nèi)徑固定工藝板條。以燒嘴法蘭內(nèi)徑為基準(zhǔn)找出圓心，劃出直徑φ2mm的加工圓及φ4mm的同心檢查圓，在加工圓中心垂直加工出通孔。在托磚盤底板內(nèi)孔凹槽內(nèi)徑、激冷室下方排渣口法蘭的內(nèi)徑方向設(shè)置同樣規(guī)格的工藝板條，并加工出中心通孔。

用φ0.1mm的金屬細(xì)絲，穿過3處工藝板條的通孔，檢查3處中心孔的同軸度。實(shí)測結(jié)果如表2所示。

表2　修復(fù)前實(shí)測中心偏移量　mm

由表2數(shù)據(jù)可以看出，托磚盤底板內(nèi)孔凹槽中心發(fā)生了較大偏移。

用長度1000mm水平尺檢查托磚盤底板下表面的水平度:托磚盤底板內(nèi)孔周圍φ1280mm范圍內(nèi)與鎳基合金內(nèi)環(huán)接觸的部位平面度最大凸凹量在10mm左右，變形較嚴(yán)重。其余外部區(qū)域平面度變形較小，平面度小于2mm。

3.2切除托磚盤底板變形部分并制作坡口

根據(jù)同軸度實(shí)測數(shù)據(jù)，重新設(shè)定托磚盤底板中心位置，使托磚盤底板中心與燒嘴法蘭內(nèi)圓中心的鉛垂線重疊。在托磚盤底板上、下表面劃出φ1680mm的預(yù)切割圓和φ1720mm的檢查圓。φ1680mm預(yù)切割圓位置見圖4。

在激冷室內(nèi)，將托磚盤底板下表面 φ1680mm切割線兩側(cè)各6mm寬度的不銹鋼堆焊層環(huán)帶刨除。沿托磚盤底板上表面φ1680mm切割線內(nèi)側(cè)氣割，將變形部分切除。

對切后斷面打磨坡口。為了便于焊接操作，減小施焊難度和仰焊的工作量，斷面坡口選用開口向上的單側(cè)U形結(jié)構(gòu)［3］，打磨清理后的坡口型式見圖5。

圖4　托磚盤底板預(yù)切割圓的位置

圖5　余留托磚盤底板的斷面坡口示意

對坡口的 SA-387 Gr11 CL2［4］表面進(jìn)行100%磁粉檢測，按JB/T 4730.4—2005［5］的Ⅰ級(jí)驗(yàn)收。坡口的316L堆焊層表面進(jìn)行100%滲透檢測，按JB/T 4730.5—2005［6］的Ⅰ級(jí)檢驗(yàn)驗(yàn)收。

3.3制作托磚盤底板更新件安裝徑向防變形內(nèi)撐板

在托磚盤底板更新件內(nèi)側(cè)設(shè)置Q345R防變形圓環(huán)支撐板，厚度126mm，外徑公差-0.5～0mm，裝入托磚盤底板更新件內(nèi)孔中，緊密配合為一個(gè)整體，用于保證托磚盤底板更新件與余留件焊接時(shí)內(nèi)側(cè)開孔圓度。

對托磚盤底板更新件的外圓環(huán)制作坡口，坡口表面進(jìn)行100%磁粉檢測，按JB/T 4730.4—2005規(guī)定的Ⅰ級(jí)進(jìn)行檢驗(yàn)驗(yàn)收。

3.4組焊托磚盤底板組對工裝和防焊接變形加強(qiáng)工裝

在余留的托磚盤底板下表面沿直徑方向組焊4條支撐板條，如圖6所示。調(diào)整板條上表面水平度小于1mm，焊角高度不小于20mm，用以保證托磚盤底板更新件的支撐和找平。板條規(guī)格為100mm×80mm，長度2000mm，材料為S30408不銹鋼。板條上表面加工為平面，平面度小于0.5mm。

圖6　托磚盤底板更新件板條工裝

制作托磚盤底板更新件防變形米字工裝，其結(jié)構(gòu)見圖7，材料為Q345R，板材厚度30mm。工裝下表面機(jī)加工為同一平面，用于防止托磚盤底板因焊接收縮導(dǎo)致的平面變形。

圖7　防焊接變形米字工裝

米字工裝與托磚盤底板更新件需預(yù)先組對焊接，預(yù)熱溫度200～230℃［7］，然后采用100mm× 100mm的間斷方式施焊，焊角高度15mm。焊后及時(shí)消氫后熱，溫度300～320℃［7］，時(shí)間30 min。對角焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行100%磁粉檢測，按JB/T 4730.4—2005規(guī)定的Ⅰ級(jí)進(jìn)行檢驗(yàn)驗(yàn)收。

3.5托磚盤底板更新件安裝定位

托磚盤底板更新件平置在工裝支撐板條上方并旋轉(zhuǎn)使方位正確。適當(dāng)調(diào)整托磚盤底板更新件，使其下表面與余留件的下表面平齊，水平度滿足≤1mm的要求。裝配后的結(jié)構(gòu)見圖8。

圖8　托磚盤底板更新件安裝示意

利用氣化室燒嘴法蘭內(nèi)側(cè)中心檢查孔的重錘垂線，以前述方法調(diào)整托磚盤底板更新件水平位置，使中心線與垂線重疊，從而完成對托磚盤底板更新件的定位。

3.6托磚盤底板更新件的組焊及質(zhì)量檢驗(yàn)

為防止焊接收縮使托磚盤底板更新件移位，預(yù)先沿低合金鋼焊縫坡口底部環(huán)向多點(diǎn)對稱點(diǎn)焊進(jìn)行固定。每處點(diǎn)焊長度50mm，圓周方向共16處均布。點(diǎn)固后方可進(jìn)行正式施焊。焊縫結(jié)構(gòu)及焊接順序見圖9，焊接工藝見表3。

圖9　托磚盤底板更新件與余留件的對接焊縫

在SA-387 Gr11 CL2低合金鋼焊縫點(diǎn)焊和正式施焊前，均需對焊接部位進(jìn)行均勻預(yù)熱，預(yù)熱溫度200～220℃，施焊過程中層間溫度200～250℃，所有的焊接均需經(jīng)過評(píng)定合格，焊工持證操作［8］。

表3　托磚盤底板更新件與余留件對接焊縫的焊接工藝

為了盡可能減小托磚盤底板的單面坡口焊接收縮產(chǎn)生的不對稱變形，對焊接順序進(jìn)行合理安排。

（1）按表3序號(hào)1從托磚盤底板上方焊接坡口內(nèi)側(cè)50mm深度。采用平焊道、低能量輸入的焊接工藝；對焊縫背面手工砂輪清根，打磨深度約10mm，清除后的坡口呈內(nèi)凹圓形。

（2）對背面清根坡口，按表3序號(hào)2工藝進(jìn)行仰焊，焊滿后打磨基層下表面平齊。對焊接接頭進(jìn)行中間消應(yīng)力熱處理，熱處理溫度620～650℃，保溫時(shí)間60 min。

（3）按表3序號(hào)3施焊坡口上部的其余部分，直到SA-387 Gr11 CL2基層坡口焊滿，打磨上表面與母材平齊。施焊完畢立即對焊接接頭進(jìn)行后熱消氫處理，溫度保持在300～320℃，保溫時(shí)間120 min，緩冷到常溫。

（4）后熱消氫處理完畢溫度降到常溫24 h后［9］，對焊接接頭的上下表面進(jìn)行100%磁粉檢測，按JB/T 4730.4—2005的Ⅰ級(jí)檢驗(yàn)。然后從托磚盤底板的上表面對焊接接頭進(jìn)行100%超聲檢測，按JB/T 4730.3—2005［10］的Ⅰ級(jí)檢驗(yàn)。

（5）去掉托磚盤底板上部的米字工裝和下方的支撐板條。對托磚盤底板焊接接頭預(yù)熱150℃，按表3序號(hào)4-1進(jìn)行E309MoL過渡層堆焊，堆焊厚度3mm；堆焊表面進(jìn)行100%滲透檢測，按JB/T 4730.5—2005的Ⅰ級(jí)檢驗(yàn)。

用長度1000mm的水平尺對焊接后的托磚盤底板底面進(jìn)行水平度檢查。實(shí)測數(shù)據(jù)見表4。

表4　熱處理前托磚盤底板底面平面度和水平度偏差　mm

表4中數(shù)據(jù)表明，托磚盤底板底面存在向上凸起變形，開口向上的U形焊接接頭的焊接收縮應(yīng)力不可忽視。托磚盤底板底面的平面度和水平度均小于3mm。

3.7托磚盤底板焊接接頭的熱處理及接頭面層堆焊

在托磚盤底板焊接接頭下表面的焊縫中心位置緊貼焊縫金屬固定測溫?zé)犭娕?，并在離開測溫?zé)犭娕?5mm的焊縫兩側(cè)向外分別布置寬度為70mm的加熱帶。保證單側(cè)加熱寬度不小于焊縫寬度的一半加上50mm。

在托磚盤底板上表面，包括焊接接頭及其兩側(cè)加熱寬度在內(nèi)的共170mm寬度范圍，覆蓋電加熱帶。并在上表面距離焊縫中心70mm的位置，固定控溫?zé)犭娕迹?1］。

用保溫棉對焊接接頭及整個(gè)托磚盤底板上下表面進(jìn)行保溫包扎，然后對焊接接頭加熱進(jìn)行最終消除應(yīng)力熱處理。熱處理工藝見圖10。

熱處理完畢并冷卻到常溫24 h后，對焊接接頭的SA-387 Gr11 CL2基層進(jìn)行100%超聲復(fù)檢和100%磁粉檢測，316L不銹鋼過渡層進(jìn)行100%滲透檢測，確認(rèn)無延遲裂紋產(chǎn)生。

圖10　托磚盤底板焊接接頭的熱處理工藝

按表3序號(hào)4-2進(jìn)行焊接接頭的不銹鋼面層堆焊，厚度4mm，焊后表面打磨與堆焊層母材平齊。表面進(jìn)行 100%滲透檢測，按 JB/T 4730.5—2005的Ⅰ級(jí)檢驗(yàn)。

3.8托磚盤底板組裝質(zhì)量的最終檢驗(yàn)

在托磚盤底板內(nèi)支撐環(huán)上安裝6-M10頂絲螺栓，將內(nèi)撐環(huán)工裝頂起卸除。

對修復(fù)后的托磚盤底板底面用長度為1000mm的水平尺進(jìn)行水平度檢查，以判定熱處理對結(jié)構(gòu)的影響。實(shí)測數(shù)據(jù)見表5。

表5　熱處理后托磚盤底板底面平面度和水平度偏差　mm

與表4對比，表5數(shù)據(jù)顯示:托磚盤底板底面平面度和水平度在熱處理后的值比熱處理前略有變小，托磚盤底板比熱處理前更平。表明托磚盤底板對接焊縫在熱處理時(shí)，由于自重作用向下有輕微沉降，中心部位的凸起有所緩解。再次檢查托磚盤底板內(nèi)孔中心偏離數(shù)據(jù)，實(shí)測數(shù)據(jù)如表6所示。

表6　修復(fù)后實(shí)測中心偏移量　mm

與表2對比，表6中數(shù)據(jù)表明:托磚盤底板的更新件內(nèi)孔中心與設(shè)備軸線同軸度較好，焊接和熱處理過程對托磚盤底板更新件水平位移沒有影響。

托磚盤底板的修復(fù)滿足設(shè)備質(zhì)量要求。

4　結(jié)語

德士古氣化爐托磚盤底板的尺寸精度要求高，而修復(fù)施工時(shí)，由于空間限制無法使用大型機(jī)加工具，給修復(fù)增加了困難。本文采用焊接的方法，得到了較高的修復(fù)質(zhì)量，設(shè)備在修復(fù)后使用至今未見異常，表明修復(fù)方案具有較強(qiáng)的可靠性，為設(shè)備的此類修復(fù)提供了借鑒。

［1］張利偉，都吉哲，張暉，等.水煤漿氣化爐的制造［J］.壓力容器，2005，22（4）:26-30.

［2］孟震，氣化爐制造的過程控制和檢驗(yàn)［J］.電焊機(jī)，2011，41（12）:72-76.

［3］袁承春.德士古氣化爐整體法蘭制造技術(shù)［J］.壓力容器，2013，30（11）:56-61.

［4］SA-387/SA-387M，壓力容器用鉻-鉬合金鋼板［S］.

［5］JB/T 4730.4—2005，承壓設(shè)備無損檢測 第4部分:磁粉檢測［S］.

［6］JB/T 4730.5—2005，承壓設(shè)備無損檢測 第5部分:滲透檢測［S］.

［7］NB/T 47015—2011，壓力容器焊接規(guī)程［S］.

［8］NB/T 47014—2011，承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定［S］.

［9］HG 20584—1998，鋼制化工容器制造技術(shù)要求［S］.

［10］JB/T 4730.3—2005，承壓設(shè)備無損檢測 第3部分:超聲檢測［S］.

［11］ASME Boiler and Pressure Vessel Code，SectionⅨ-2010［S］.

Replacement of Brick Supporting Bottom Plate and Inconel 825 Nickel Base Alloy Inner Ring of Gasification Furnace

CHENG Xiao-fu，ZHOU Guang-yu
（Dalian Jinzhou Heavy Machinery Works Group Co.，Ltd.，Dalian 116100，China）

Through Inconel 825 nickel base alloy inner ring damaged inside of the Texaco gasification furnace brick supporting plate was replaced with a new ring，and SA-387 Gr11 CL2 overlay 316L supporting brick plate inner part of the removal，replacement，group，welding，nondestructive testing，heat treatment，assembly quality inspection and detailed construction process description，this paper puts forward the approach to the repair of such equipment.

gasification furnace；brick plate repair；nickel based alloy inner ring replacement

TH49；TH142.2；TG44

B

1001-4837（2015）11-0069-06

10.3969/j.issn.1001-4837.2015.11.012

2015-09-06

2015-11-08

程孝福（1965-），男，工程師，主要從事壓力容器的設(shè)計(jì)、制造工作，通信地址:116100遼寧省大連市金州區(qū)龍灣路5號(hào)大連金州重型機(jī)器集團(tuán)有限公司，E-mail:jhm_cxf@126.com。