魯奇式加壓氣化爐及配套設備的制造

才福勝

(中航黎明錦西化工機械(集團)有限責任公司設計研究院)

隨著煤制油工業的不斷發展，氣化爐需求量呈上升趨勢,用于煤制油項目的加壓氣化爐及配套設備結構復雜、制造精度要求高，為了確保質量，制造中提出了嚴格的工藝要求。加壓氣化爐及配套設備的制造工藝編制非常重要,如何確保產品在整個制造工藝中的合理安排、組對，加工尺寸的準確，合理安排熱處理時間及組對順序是該設備制造精度的保證。

1 氣化爐結構、原理及技術參數

魯奇式氣化爐結構如圖1所示。

氣化爐上法蘭連接煤鎖，下法蘭連接灰鎖。煤鎖內的煤進入氣化爐后進行燃燒，氣化爐內腔屬高溫區，爐篦座上裝有大小齒輪、爐蓖子和刮灰刀,刮灰刀與內腔筒體之間單面距離小于15mm,正常工作時大小齒輪及刮灰刀是運動的，整個設備均由內外兩腔組成，由于內腔溫度高，外殼與內腔之間充水進行溫度調整。

氣化爐主要技術參數：

外殼設計壓力 3.6MPa

內殼設計壓力(外壓) 0.15MPa

內殼設計溫度 260℃

外殼設計溫度 260℃(管口S1343℃，管口S2470℃)

外殼物料 水、蒸汽

內殼物料 煤、灰、煤氣

煤鎖技術參數：

圖1 魯奇式氣化爐結構簡圖

設備規格DN2870mm×65mm×3800mm

設計溫度 343/250℃

設計壓力 3.6MPa

介質 煤、粗煤氣

灰鎖技術參數：

設備規格φ2800mm×70mm×4720mm

設計溫度 470℃

設計壓力 3.6MPa

介質 水蒸氣、灰

容器類別 II類(疲勞容器)

2 制造技術的關鍵

氣化爐在工作時是一臺動設備，內部下方裝有大小齒輪、爐蓖子(60t、2.5m高)和刮灰刀。氣化爐上部連接煤鎖，下部連接灰鎖。該設備制造時必須注意：

a. 上、下法蘭密封面與設備中心線的垂直度；

b. 爐蓖座上平面與設備中心線的垂直度；

c. 設備同軸度；

d. 兩軸套中心線與爐蓖座支撐面的垂直度；

e. 確保兩軸套中心線與設備中心線這三條軸線在同一平面內且相互平行；

f. 內錐體8條支撐板與外錐體貼合率的保證。

為確保上、下閥開啟和關閉自如，要求煤鎖的上、下法蘭與設備中心線的垂直度偏差為90°±5′，閥桿傳動軸套與內部支承軸應同心。為此，上/下/內錐體成型組焊后的制造偏差的控制、殼體組件的組焊加工精度的控制以及上、下法蘭、側向傳動軸套、內部導向防護裝置與主體的組焊加工偏差的控制，是確保設備質量的關鍵。

3 氣化爐及配套設備制造難點及解決辦法

由于氣化爐為動設備，組對、加工精度要求較高，應按照制造、焊接、熱處理流程，對制造過程中的質量進行嚴格控制。該設備外殼所用材料為13MnNiMoNbR，內殼采用Q245R材料，煤鎖材料為Q345R，灰鎖為15CrMoR，由于設備的特殊性且為Ⅲ類壓力容器，所有主要受壓元件材料進廠后必須進行復驗，保證其使用安全性。

3.1 氣化爐

氣化爐上部為橢圓形封頭，中間為筒節，下部為錐體，且分為內外兩腔。

下部外錐分為內外兩層錐殼，外錐采用外協壓制，內錐分兩段成型，為保證與下法蘭連接后與外殼之間腔體的均勻性，下段下料時采用厚板，分兩瓣壓制后進行加工，保證連接尺寸的準確性。上部錐體在滾制時嚴格控制兩端口同軸度，為保證外協旋壓翻邊后兩端口同軸且平行，在翻邊前，兩端口車平，并在小口處焊工裝支撐圈，保證了翻邊后兩端口的同軸度要求，翻邊后在機床上嚴格找正后，加工兩端口坡口，保證兩端口平行度及與中心線垂直度要求。

為保證內外殼體間隙均勻，下料時嚴格控制筒體展開料長；為保證內外殼體的同軸度要求，每段筒體下料時剪切要求準確，并保證板料兩對面平行且與另兩相鄰邊垂直，在滾制時控制端口平面度及橢圓度。外殼滾制后加工兩端坡口，保證兩端平行且與中心線垂直不得超差。

由于設備直徑較大且材料為高強鋼，上封頭板料在加熱時底部墊起，保證上下受熱均勻，壓制時控制終壓溫度，為保證封頭性能，冷卻采用水噴淋急冷方式，通過母材試板的檢驗，性能合格。

為保證組對后內外殼體同軸，兩軸套中心線與爐蓖座支撐面垂直度及軸套與中心線的等距離，組裝人員利用工裝進行組對，為保證工裝的精度,工裝與設備接觸面采用機床加工方式來保證，且軸套留有足夠用于最終加工的量，最終加工后測量尺寸滿足圖紙公差要求。內外錐8條筋板要求80%貼合率，由于結構特殊，內、外錐的成型存在制造偏差，很難保證其要求。采用模擬粘塊預組劃線確定支撐板規格及組對位置，最終滿足施工圖的要求。

3.2 煤鎖

煤鎖由殼體組件(筒體、上下錐體、連接件、內錐體和法蘭短節組件)、上下法蘭閥座、閥桿、側向傳動軸套、內部導向防護裝置及內外擺桿等組件組成。為確保煤鎖質量，首先應嚴格控制材料采購第一環節，所有材料必須符合施工圖及標準的規定，材料檢測合格后，方可投入使用。

確保煤鎖上下法蘭、法蘭Ⅰ及導向防護裝置兩個法蘭密封面平行且同垂直于設備中心線，并且保證其內孔同軸；導向防護裝置的軸承箱與筒體上側向傳動軸套(軸承箱體)內孔同軸，設備分步進行組焊和加工。

下段筒體、下錐體、過渡段和內錐利用工裝限位組對，確保筒體端口與內錐同軸、兩端面平行且同垂直于設備中心線。在筒體和內錐體端口處各組焊一組固定工裝，然后加工筒體上端口、工裝限位孔、錐體過渡段下端口及工裝外圓。再利用工裝組焊支撐筒節和法蘭，確保法蘭與筒體端面平行。

利用專用工裝組對筒體內的導向防護裝置，確保下法蘭、筒體端口、導向防護裝置的上下兩法蘭同軸，焊接檢測合格后利用此工裝再依次組焊上錐體、上法蘭。

劃筒體側向傳動軸套(軸承箱體)位置線，并組對工裝，然后以筒體內導向防護裝置的軸承箱孔為基準鏜側向傳動軸套孔，利用工裝組焊傳動軸套(軸承箱體)，以確保傳動軸套(軸承箱體)與導向防護裝置的軸承箱同軸。

全部組焊檢測合格后，在數控鏜床上進行整體加工上、下法蘭、導向防護裝置的上下法蘭內孔、密封面及螺孔、導向防護裝置的軸承箱孔與側向傳動軸套(軸承箱體)孔。最終加工后測量尺寸滿足圖紙公差要求。

3.3 灰鎖

灰鎖制造難點：

a. 上法蘭與導向套同軸度的保證；

b. 下法蘭與導向套同軸度的保證；

c. 兩根水平軸的軸套與內擺桿保護罩上的軸承環同軸度的保證。

針對灰鎖制造難點采取的主要工藝措施：

a. 嚴格控制內件導向套的成型和組對精度；

b. 嚴格控制上封頭、筒體、下錐體的成型精度和尺寸偏差；

c. 導向套及其上、下法蘭組焊后整體二次加工；

d. 導向套與左、右背板采用工裝組對、焊接；

e. 內擺桿保護罩采用工裝定位進行焊后熱處理；

f. 內擺桿保護罩組焊并熱處理后整體機加工；

g. 采用工裝組焊內擺桿保護罩上的兩個軸承環；

h. 利用工裝組對設備的上法蘭與上封頭；

i. 上封頭組件與筒體組焊后整體加工開孔及加工筒體端面；

j. 利用工裝組焊下錐體及下法蘭；

k. 利用工裝組焊殼體上的兩個偏心軸套；

l. 按熱處理工藝卡進行設備的整體焊后熱處理；

m. 按金工工藝卡的要求進行焊后整體機加工；

n. 嚴格按照圖紙及工藝要求進行尺寸檢查；

o. 進行各傳動件的組裝及試車。

4 結束語

通過對加壓氣化爐結構特點的分析,有針對性地提出了解決難點的特殊工藝方案，通過編制詳細組裝順序，使復雜的設備制造過程變得清晰明了，制造出了完全滿足用戶要求的產品。