煅燒爐爐頭加熱管連接形式改造與焊接質量控制

宋和平

（青島堿業股份有限公司，山東 青島 266043）

目前我公司在用煅燒爐7臺，1＃、2＃、3＃為輕灰外返堿煅燒爐，4＃、5＃、6＃、7＃為輕灰自身返堿煅燒爐，爐內加熱管都是108根，分三排，內排φ57×5共36根，中排φ83×6共36根，外排φ114×6共36根，材料：20g。如圖1所示。

圖1 爐內加熱管分布（局部）

1 問題的提出

1＃煅燒爐2004年大修時，爐頭處加熱管連接形式采用彎頭連接形式，如圖2所示，大約使用半年左右，在彎頭聯接角焊縫處，如圖2所示，開始出現斷裂漏汽。因為此處斷裂漏汽，在爐內無法處理，只能割掉彎頭，改為堵頭結構。至2010年底，已逐漸全部改為堵頭形式。2007年3＃煅燒爐大修，根據1＃煅燒爐的經驗，爐頭處加熱管改為堵頭形式，4＃、5＃、6＃、7＃輕灰自身返堿煅燒爐，爐頭處加熱管原設計即為堵頭形式，如圖2中外排管所示，即每臺煅燒爐108根加熱管相互獨立。2010年初，工藝提出1＃煅燒爐的運行狀況比剛大修完差距較大，出汽溫度低、能力不足、爐頭加熱管結疤需要按時停爐清理等。3＃煅燒爐與1＃煅燒爐相同，運行狀況遠不如大修前。在排查原因分析后，工藝要求三排加熱管恢復原連接方式，但若將內、中、外三排加熱管相互連接，就必須解決斷裂漏汽問題，因此必須對煅燒爐爐頭處加熱管斷裂漏汽的原因進行分析，研究解決辦法。

圖2 加熱管彎頭聯接角焊縫

2 加熱管彎頭聯接角焊縫處斷裂原因分析

煅燒爐爐頭處加熱管圖2所示彎頭連接形式，一般使用不超過半年，就開始出現斷裂漏氣現象，分析認為：輕灰外返堿煅燒爐的轉速是7r／min，輕灰自身返堿煅燒爐轉速是5.6r／min，爐內加熱管隨爐轉動，必然要產生振動。而三排加熱管的規格尺寸不同，因此其振動頻率不同，造成每排加熱管之間存在相互的振動，而相互的振動必然在強度薄弱處產生疲勞破壞，造成斷裂泄漏。而圖2所示彎頭連接形式中，由于角焊縫受剪切應力，其強度比對接焊縫和其他部位強度低很多，角焊縫焊接質量無法檢驗，焊接時容易存在未焊透，而未焊透是產生應力集中，造成疲勞斷裂的根源。這是我公司一直未能解決的難題。所以4＃、5＃、6＃、7＃輕灰自身返堿煅燒爐，爐頭處加熱管原設計就未選用三排管相互連接的形式，而選用了三排管相互獨立的堵頭形式。圖2中外排管所示。

3 解決加熱管連接處斷裂辦法

根據上述原因分析，圖2所示彎頭連接結構容易產生斷裂漏汽，而其斷裂位置發生在受剪切應力的角焊縫處，因此只要消除了角焊縫，就能解決斷裂泄漏問題，為了消除角焊縫，內排φ57管與中排φ83管連接選用了加厚變徑無縫三通，外排φ114管與中排φ83管連接選用了φ83的半圓彎管，全部采用對接焊縫連接結構形式，因為對接焊縫的焊縫處的強度高于母材強度（主要承受拉應力），焊縫質量可以用射線探傷進行檢驗，制定有效可行的焊接方法和焊接工藝，即可保證焊縫質量。

但圖3所示結構中，外排φ114管與φ83管的變徑直管兩條焊縫，其中φ83管處對接焊縫，可以在爐外預制，而φ114管處對接焊縫只能在爐內對焊，該對接焊縫離爐體的距離只有63mm，施焊難度非常大，整圈焊縫至少有1／3的部分，焊工施焊時看不到，焊縫質量無法保證。為了便于焊接，取消了φ114管處對接焊縫，改為φ83管插入φ114管，在φ83管與φ114管之間加一過度鋼套，作為焊縫襯板。其鋼套把φ83管和φ114管緊固在一起，提高了φ83管與φ114管之間固定強度，基本消除了加熱管之間相互的振動的疲勞破壞。此處焊縫可以從端面施焊，施焊難度不大，焊縫質量容易保證。

4 加熱管的焊接質量控制

圖3所示中，所有對接焊縫采用氬電聯焊，為了確保焊接質量，我們分兩部分在爐外預制：鋼套、φ83直管、φ83半圓彎頭、變徑無縫三通部分，φ57直管、φ57彎頭部分，然后到爐內對接。

4.1 焊前準備工作

1）了解施焊的加熱管的工作參數。工作介質：蒸汽 ，設計壓力3.5MPa。

2）熟悉焊口位置、材料等，并做好技術交底。材質：20g。

3）焊材質量應符合國家有關標準，并有制造廠產品合格證和材質證明書。

4.2 焊材管理

1）施工單位準備焊材存放烘干箱，焊條在使用前應進行烘焙，由專人管理。焊工必須用焊條保溫桶將焊條帶到現場施焊。

2）每日工作完成后需將未用完的焊材送回烘干箱，交專人管理。

3）焊絲在使用前應清除其表面的油污、銹蝕等。

4.3 管件及管道管理

1）所有管件外出加工好破口，現場管道坡口采用氧－乙炔焰切割并用磨光機磨去氧化皮、熔渣及淬硬層，并應將凸凹不平處打磨平整。坡口形式：單“V”型坡口，如圖4所示。

2）φ83管插入φ114管鋼套處焊縫為角焊縫，采用手工電弧焊，要求焊肉填滿。

3）對口要求：①清理坡口兩側（內外壁）10mm范圍內的水、油污、鐵銹或其他異物，使金屬表面露出金屬光澤，且不得有裂紋、夾層等缺陷。②對口時，應做到內壁齊平，如有錯口，其內壁錯邊量不超過0.6mm。對口間隙1～2mm。如圖4所示。

圖4 焊接示意

4.4 焊接工藝

1）焊接方法：氬電聯焊。

2）焊材選擇：焊條采用φ3.2、φ4.0的J506焊條，焊絲采用φ2.5的TIG－J50。

3）焊接工藝參數：

焊 層焊接方法填充金屬 焊接電流牌號 直徑 極性 電流，A電弧電壓，V焊接速度，cm／s 1GTAW TIG－J50φ2.5 直流正接 80～120 16～18 5～8 2SMAW J506 φ3.2 直流反接 90～120 20～22 5～15

4）定位焊縫：焊接定位焊縫時，應采用與根部焊道相同的焊接材料和焊接工藝，并應有合格焊工施焊。在焊接根部焊道前，應檢查定位焊縫，當發現缺陷時，應將缺陷打磨掉再進行焊接，并盡量使其形狀不要有明顯凸出、凹坑現象。

5）正式焊接：

①焊工應按以上圖樣、工藝文件、技術標準施焊。

②引弧應在坡口內進行，禁止在管材、管件上隨意引弧、試驗電流及焊接臨時支撐。

③焊接過程中，應注意接頭和收弧的質量，接頭應熔化良好，收弧應將弧坑填滿。

④注意層間清理，清理不徹底不能施焊次層。焊縫應與母材平滑過渡，焊縫余高在2～3mm左右，防止表面咬邊、夾渣、氣孔等缺陷。

⑤焊接完畢的焊口應及時清理表面煙塵等附著物、藥皮等。

⑥焊完一層，需將焊渣清理干凈后方可焊第二層，如存在表面氣孔、夾渣等缺陷，需清理后再焊。

⑦焊條筒內不可存放不同牌號的焊條，焊條在保溫筒存放時間不得超過4小時。

⑧禁止非焊接部位引弧及電弧擦傷管材表面。

6）焊縫質量檢驗標準：焊縫外觀：GB50236－1998《現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規范》Ⅱ級。內在質量：JB／T4730－2005《承壓設備無損檢測》Ⅱ級。

5 結 語

目前1＃煅燒爐和3＃煅燒爐已于2010年3月份，按上述結構改造，現已使用三年，運行狀況很好，沒有發生任何斷裂泄漏現象。經過重新設計的連接方式，既滿足了工藝要求，又提高了煅燒爐的生產能力，且保證了煅燒爐平穩運行，是我公司煅燒爐內部結構的一次大的技術進步。建議4＃、5＃、6＃、7＃煅燒爐在適當的時機，也以同樣的方法進行改造，作為提高和改善公司煅燒爐的生產能力和運行狀況的方法之一。

［1］ GB50236－1998《現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規范》［S］

［2］ JB／T4730－2005《承壓設備無損檢測》［S］