特大型高温高压飞灰过滤器的制造-上海联兵环保免费电话：400-600-5030

摘要:介绍了煤代油项目中的关键设备———高温高压飞灰过滤器的主要结构、参数,并对其主要零部件的加工、制造及装配工艺进行了重点阐述。
关键词:过滤器;高温;高压;制造
中图分类号: TQ 053.2　　　　文献标识码: B
特大型高温高压飞灰过滤器是某公司为中石化某分公司煤气化装置生产的重要设备。该设备直径为6 525 mm,主体高度20·239 m,主体材料复合板厚度最大为(100+3) mm。如此大的高温高压飞灰过滤器为国内首次制造,其在制造及组装方面要求高,特别是内件的装配精度高,难度大。文中介绍其制造情况。
1　高温高压飞灰过滤器简介
高温高压飞灰过滤器按照文献[1]进行设计、制造,其结构示意见图1。设备主要由顶部球形封头、圆柱形筒体、锥形筒体、支撑环及主管板等组成。其设计参数为:设计压力4.4 MPa(全真空),设计温度380℃,介质为合成气、飞灰和氮气。壳体材料为SA387Gr11Cl2+304L,共有(100 + 3) mm、(66 +3) mm、(48+3) mm、(30+3) mm以及(55+3)mm5种厚度。主管板材料304L,所用锻件材料为SA182F11Cl2+304L。二类容器,主体保温层厚度175 mm。SA387Gr11Cl2钢的化学成分见表1[2]。其


2　制造
2.1　主体部件的焊接方法及无损检测要求在制造过程中,环焊缝、直筒体纵焊缝采用自动焊,锥体、球形封头拼接焊缝等采用焊条电弧焊。焊接过程中特别要注意焊前预热和焊后消氢,以减少冷裂纹与降低残余应力。
制造过程中的无损检测按JB 4730-94《压力容器无损检测》标准的相关规定执行。对距基层坡口周边50 mm范围内做100%超声波(UT)、100%磁粉(MT)检测;对复层坡口做100%渗透(PT)检测;对纵、环焊缝,热处理前100%RT、100%UT、100%MT、100% PT检测,热处理后100% UT、100%MT、100%PT检测。其验收按JB 4730-94《压力容器无损检测》的RTⅡ级合格,UT、MT及PT均Ⅰ级合格。
2.2　球形封头
顶部球形封头成型后最小厚度为(55+3) mm,材料为SA387Gr11CL2+00Cr19Ni10,考虑成型减薄量,毛坯厚度为(56+3) mm。球形封头的半径为SR3 285 mm,顶部有一Φ1 800mm的人孔,封头上还设有24个返吹管,这24个返吹管既与环形集气管上的管道相连,又与主管板上的24个文丘里管同心,制作难度大。鉴于球罐成熟的制造经验,此封头按球罐标准进行制造。球形封头简图见图2。其制造工序如下:①号料。因封头直径大,须采用分瓣压型,且增加一道环焊缝,即分为两种球片。因此按瓣片展开图分别号料。②切割。按号线的位置,刨掉不锈钢层后打磨、气割。③成型。在油压机上模压成型,成型后检查瓣片的曲率,测量其对角线长度及弦长。④气割纵、环焊缝坡口。按二次气割线的位置刨掉不锈钢层并打磨,用硫酸铜法检测不锈钢,清除干净后,气割纵、环焊缝坡口且打磨坡口表面。⑤组对点焊。错边量不大于1 mm[1],用样板检查封头的形状偏差,合格后打支撑。⑥焊接。焊前要控制预热温度150℃,焊后要及时在350~400℃进行消氢处理2 h。⑦接管孔位置划线。号出球形封头基准线及各接管孔位置并反映到封头内壁,复号各接管孔位置线并在开孔周边50 mm位置划出检查线。⑧在镗床上加工接管孔。⑨组对接管。气割、打磨管孔坡口,按图组对接管。接管找正合格后,用两套环形工装将24个接管法兰固定,防止位置偏移及发生焊接变形,且按WPS施焊。在焊接接管的过程中,整个工件温度要始终维持不低于预热温度,直至焊接结束。⑩最终热处理。球形封头焊接完成后,采用组合式电加热自动控制热处理炉,对其进行整体热处理(热处理时要打内支撑,垫墩尽量多,且基础要坚实),热处理过程中试板始终随炉。
组对和装配吊装装置,试验合格后,再对吊装装置进行焊接。

2.3　筒体部件
2.3.1　主管板支撑环
支撑环基层材料为SA387Gr11CL2,厚度为70 mm。制作工艺:①下料。按图样分8片下料,气割后打磨拼接坡口。②组对。8片料需校平并组对拼接纵缝,组对前在平台上放样划线,按放样线组拼支撑环,组对点固后,加内支撑。③组焊。按评定合格的WPS施焊。焊后应磨平焊缝,以利于校平,其平面度不得超过3 mm[3]。
堆焊在支撑环与筒体相焊加工后进行。
2.3.2　筒节制造
筒体由3个直筒节和锥体组成,见图3。3个直筒节厚度均为(100+3) mm。其制造工序如下。

(1)下料　下料时要充分考虑焊缝收缩量,以保证焊后筒体内径符合图样要求。因为筒体的直径大,机加工困难,环缝坡口的加工应在卷板前完成,因此,下料时应严格控制板边对角线的长度差不大于2 mm[3]。
(2)卷圆　卷制前板两端受拉面的棱角要打磨成R3圆角。卷制过程中,保证筒节表面的温度为(150±30)℃,同时两筒节滚压的圈数不超过1.5圈,以此来控制筒节周长及错边量。
(3)纵焊缝组焊　气割直边,打磨纵向坡口至出现金属光泽。组对时,检查错边量不大于1 mm[1],棱角度不大于5 mm[3]。检验合格后施焊。
(4)校圆　校圆后圆度不大于4 mm,棱角度不大于5 mm[3],同时加防变形工装。与主管板支撑环组对的筒节还应做以下工作:①划出主管板支撑环准确位置,去除复合层,将基层打磨平滑,用硫酸铜法检测合格。②组对筒体与支持环,其平面度不超过4 mm。按WPS组焊基层。③进行中间消应力热处理,热处理过程中不得拆除工装。④加工支撑环,堆焊过渡层和面层。焊接完毕后需进一步检测支持环的平面度,并对局部凹点进行补焊,堆焊层厚度包括5 mm的加工余量。⑤加工支撑环上表面,加工后支撑环上表面的平面度不得大于4 mm[3]。⑥划出支撑环上孔的位置并钻孔。⑦组对衬管后施焊。
(5)筒节间组焊　①组对环缝。要求错边量不大于1.5 mm[1],棱角度不大于5 mm,筒体直线度不大于3 mm,相邻筒节的同心度不大于6 mm[3]。②消应力热处理。基层焊接后中间消应力热处理的方法与检测项目同纵焊缝。③过渡层和面层焊接。基层检测合格后焊过渡层和面层。④划线开孔。筒节组焊完成后划出各接管孔位置,在机床上加工各接管孔及坡口。⑤组焊接管。打磨坡口后组焊接管。⑥最终热处理。热处理前查热电偶布置情况,热处理后检查热处理曲线和报告,热处理要加支撑,特别是与支撑环相接的地方,应力集中大,必须加支撑。
2.3.3　锥体制作
锥体共分4段加工,见图3。图中IV段锥体厚度(30+3) mm、III段锥体厚度(48+3) mm,II段锥体厚度(66+3) mm、I-1和I-2段锥体的厚度均为(100+3) mm。由于厚度和直径均较大,且小锥体的曲率小,因此成型困难。图中III、IV段锥体各由3片组成,I、II段锥体各由6片组成。锥体I由于受加工设备和油压机的限制,又分为两段制作。制作时按展开尺寸下料,各边作好基准线,并留有足够加工余量,控制对角线尺寸差值不大于2 mm。利用油压机和胎具分片压型。压型后用样板检查成型偏差,确保达到标准要求。对压型后的瓣片进行二次划线,切除纵焊缝余量加工纵焊缝坡口。纵焊缝组对错边量应不大于1mm[1],棱角度应不大于5 mm[3]。纵缝焊接后利用油压机对锥体点校圆,同时利用样板检查修形情况,间隙不大于2 mm。每段校圆后都要分别检查端部的圆度均不大于4 mm[3]。加工环焊缝坡口时应按图样并依据相焊锥体或筒体的实际情况加工环焊缝坡口,加工时保证上、下两端面平行并垂直于筒体轴线。5段锥体按上述步骤加工好后待组对环焊缝。锥体I(两段)和直筒体组成一段,锥体Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组成另一段。
2.4　组合管板
主管板外径6 485 mm,结构见图4。上板厚度25 mm,下板厚度40 mm,管板上焊有24个接管,防变形是其关键。为了解决这一问题:①采用水中焊接方案,使变形控制在要求范围内。②法兰和主管板均留有焊后加工余量,施焊时注意减小焊接变形,24个接管焊接完成后加工法兰面和主管板底平面,保证主管板安装后的水平度和垂直度要求(主管板周边螺栓孔待总装时配钻)。
2.5　总装
(1)气体分布器、主管板组装　主管板与筒体的连接结构见图4,安装时:①筒体及锥体Ⅰ垂直放置,将气体分布器吊入筒体,注意方位线尺寸偏差不大于2 mm,检查倾斜度合格后组焊。②先将主管板吊入筒体就位并检查接管方位及倾斜度,检查合格后从支撑环底面标出螺栓孔位置。③将主管板吊离筒体后钻螺栓孔。④将主管板吊入筒体就位并检查接管方位及倾斜度,检查合格后安装螺栓并紧固。
(2)上封头组件与筒体组焊　上封头组件与筒体进行环焊缝组焊时将筒体直立,检查倾斜度合格后与上封头组件组对并点固焊,在确认错边量不大于1.5 mm后施焊[1]。焊接采用横焊位置。
(3)水压试验　试验用水温不得低于15℃,要求水中Cl-质量浓度不得超过25 mg/L[4]。水压试验后及时排净设备内部的试验用水。

3　结语
设备直径为6 525 mm的特大型高温高压飞灰过滤器的研制成功,满足了我国煤代油项目中对该类设备的需要,为今后此类设备的制造积累了经验,对提高我国装备制造水平有积极意义。

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