西門子GSP氣化爐水冷壁修復技術探討

倪瑋

摘 要：神華寧煤煤化工分公司烯烴公司西門子GSP氣化爐，燃燒室采用水冷壁冷卻方式，由于長期在高溫下工作，燃燒室水冷壁管因燒損出現滲漏。為保證設備安全運行，有必要進行燃燒室水冷壁的修復技術研究，為氣流床氣化爐水冷壁修復提供了借鑒方法。

關鍵詞：GSP氣化爐；水冷壁管修復；16Mo3鋼焊接工藝

前言

神華寧煤煤業集團煤炭化學工業分公司烯烴公司氣化裝置氣化單元采用由西門子研發的GSP干煤粉氣化爐，采用干粉進料、純氧氣化、液態排渣、粗合成氣激冷工藝流程的水冷壁結構氣流床氣化技術，總體結構分為燃燒室（反應室）與激冷室兩部分，燃燒室采用水冷壁結構。GSP氣化爐水冷壁是由特殊耐熱材料碳化硅為屏蔽涂層的盤管和銷釘焊接組成圓筒形膜式壁，采用4根盤管盤旋分布在燃燒室中，盤管上共焊接銷釘90000顆左右，水冷壁盤管材質為16Mo3，屬于合金鋼，水冷壁盤管的直徑為88.9mm，壁厚為7.62mm。工作溫度1400℃，工作壓力4.5MPa。在運行過程中由于特殊耐熱材料脫落，刮渣不良導致銷釘燒損或水冷壁盤管燒損，導致氣化爐熱損升高，盤管滲漏等故障，由于水冷壁構造復雜，盤管布置密集，距離爐壁230mm，上、下兩根盤管之間的距離僅為18mm，焊接區域狹窄，存在焊接盲區，檢修難度大。文章就GSP氣化爐水冷壁盤管的更換方法及焊接工藝參數，進行討論，為采用膜式水冷壁形式的氣流床氣化爐水冷壁檢修提供了借鑒。

1 銷釘的打磨與焊接

1.1 銷釘的打磨

在開展水冷壁修復作業時，應對銷釘進行打磨。首先確定打磨數量及區域，對打磨范圍內的燒損錨固釘進行打磨，先將燒損錨固釘的上半部割除再向下打磨，舊銷釘預留1至2mm的高度即可避免傷及爐管。如銷釘燒損嚴重無法預留1-2mm可采取表面打磨方式進行，以傷及母材最小限度為標準進行作業；打磨出金屬光澤即可避免傷及爐管若有傷及爐管的地方要標明，并進行焊接修復。

1.2 銷釘的焊接

銷釘一般采用的材質為316，使用專用的螺柱焊機進行焊接，焊接電流為710A，拉弧時間為210ms，焊接角度為90°，焊接密度為縱向6顆銷釘，銷釘橫向間隙為10mm。

2 水冷壁盤管的切割

在水冷壁盤管更換中，找準缺陷位置，并測厚，選擇需要更換的管束要做好標記，對水冷壁盤管進行切割，同時為了解決焊接區域狹窄的問題，在切割時需將每排盤管縱向切割位置錯開，以倒置的梯形進行切割，從而避免每排盤管焊縫處于同一垂直線上，要求每排焊縫間距大于200mm，增加焊接區域，為后期的焊接預留焊接位置，確保焊接質量。切割完成后對切割面打磨與清理，在切割打磨時盡量避免將廢渣落到爐壁與管壁之間的空隙中。

3 水冷壁盤管的預制

由于氣化爐內空間受限，所有水冷壁盤管預制工作在爐外進行，預制管坡口打磨角度為60±5°，當更換的盤管數量較少，也就是1-2根或多根盤管復位剩余1-2根時，由于操作空間狹窄，靠近爐壁內側無法施焊，對于此類情況，可采取采用“開天窗”方法，所以在預制中必須事先對部分預制管開“天窗”。所開的橢圓型窗口的大小宜為150X60mm，這樣利于操作且變形量小。對于預制完成的管線所有焊縫要進行100PT檢測，確保質量。

4 水冷壁盤管的焊接安裝

4.1 安裝方法概述

將預制完成且焊口檢測合格的管線移至氣化爐燃燒室內部，由下往上逐根進行安裝。特別要注意的是，每次安裝只能進行單根管線的安裝，留出足夠的空間對安裝口進行檢測。兩管口錯邊量≤0.5mm，同時在兩管之間縱向插入一截翅板，做垂直基準線，確保焊接的配管不變形。在焊接安裝口時，從背面開始焊接，采用特殊的觀察鏡觀察進行輔助焊接，然后再從前面進行焊接，焊接最后一根管的時候需要通過窗口從管內壁對背后焊口進行焊接，對于在整個環焊縫中，先完成爐壁側的半圈焊縫，采用由內向外的焊接順序，即采用“內坡口”進行焊接，然后RT射線的檢測檢測合格后再將橢圓形蓋板與窗口焊接。

4.2 水冷壁盤管焊接工藝

4.2.1 水冷壁的材質

水冷壁管材質為合金鋼16Mo3，常用于制造介質溫度≤580℃的鍋爐過熱管，其合金元素的成分與含量、力學性能與用途和珠光體耐熱鋼12Cr1MoV相似。為保證GSP氣化爐水冷壁盤管焊接質量，必須對16Mo3鋼管的焊接方法與焊接工藝進行研究。

4.2.2 焊前預熱溫度和控制層間溫度

焊前預熱和保持層間溫度是防止耐熱鋼焊接冷裂紋和再熱裂紋的有效措施之一，預熱溫度我們應選擇在200°～300°之間，并且保持約250°的層間溫度。焊前預熱的加熱范圍以焊縫中心線為基準，每側預熱長度約100～150mm。

4.2.3 焊接坡口

在焊接時選取的坡口角度為60°左右，根部間隙在2.5mm～3mm之間。

4.2.4 焊接工藝參數選擇

焊接采用的焊絲型號為ER80S-G，直徑為φ2.0mm選擇鈰鎢極，鎢極直徑為2.5mm，電源極性為直流正接。對于打底時采用100-115A的焊接電流，電弧電壓為21V，氬氣流量為12L·min-1；填充時采用115-125A的焊接電流，電弧電壓為22V，氬氣流量為13L·min-1；蓋面時采用120-130A的焊接電流，電弧電壓為23V，氬氣流量為14L·min-1。

4.2.5 焊接的方法

焊接方法采用點固焊，焊接前應清理坡口兩側表面及管道內20mm左右范圍內的油污、銹蝕、氧化物等污物，打磨至呈現金屬光澤。管口組對時，要求管內壁齊平，錯邊量≤0.5mm，組對間隙應保持均勻一致。焊接時將所更換的水冷壁盤管分為四段，首先從6點方向開始，焊接至3點方向，第二段從3點方向焊接至12點方向，以此完成靠近爐壁兩段焊縫的焊接。其次從6點方向焊接至9點方向，第四段為9點方向焊接至12點方向，完成水冷壁盤管外側焊接。

5 結束語

歷年以來通過使用以上方法對西門子GSP氣化爐管水冷壁盤管復焊接完成后，進行的RT探傷結果看，焊接Ⅱ合格率達100%，符合工藝要求，從歷年氣化爐水冷壁修復頻率來看，2012年之后逐年下降，尤其在2014年4月23日對烯烴2#氣化爐進行修復后，烯烴5臺GSP氣化爐水冷壁未發現滲漏現象，證明此水冷壁修復更換工藝切實可行。通過對西門子GSP氣化爐水冷壁修復及16Mo3管道焊接性的研究，確定了可行性的水冷壁修復及焊接技術，為我公司積累了同類氣化爐水冷壁修復的方法。

參考文獻

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