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1、壳牌煤气化工艺气化炉 现场组对技术 第九工程公司 摘要 o在借鉴国内前几套壳牌干煤粉气化工艺气化炉现 场组对施工及投料调试的经验基础上，结合中原 大化集团有限公司50万吨/年煤化工甲醇项目煤气 化装置气化炉现场组对工程实例，总结出一个成 熟的气化炉现场组焊施工工艺技术。 o本文着重于整体施工程序（工艺流程），壳体组 对焊接，内件安装和采取的相应技术措施。对于 无损检测（NDT）、消应力热处理、水压试验、衬 里施工等仅做一般性介绍。 绪论 o壳牌干煤粉气化工艺是目前世界上最先进的气化工艺，与 传统的水煤浆气化工艺比较，以其生产规模大、氧耗低、 气化温度高、适应煤种广、热效率高、污染低、碳消化率
2、高、有效气体含量高、使用寿命长、维护费用低、配套空 分规模小等诸过有点，正在国际上被推广应用。目前在我 国正处于初期推广阶段，从近期煤化工项目信息来看，国 内在建、拟建的煤气化项目几乎均采用壳牌干煤粉气化工 艺。随着国际上原油价格持续走高，国内煤代油能源战略 的逐步实施，大量的煤气化工程会陆续建设，可以说煤气 化工程是我们基建行业的朝阳产业，壳牌干煤粉气化工艺 是煤气化的首选工艺。 o由于壳牌干煤粉气化工艺气化炉体积高大、重量重、安装 标高高、内件结构复杂、操作压力高、壳体壁厚大、操作 温度高、壳体材质需用耐热钢、并采取衬里结构等特点。 设备须制造厂分段制作，运到施工现场进行组焊、检验、 衬里
3、、安装内件、分段吊装组焊等一系列工作，才能形成 气化炉整体。 绪论 o由于壳牌干煤粉气化工艺气化炉体积高大、重量重、安装标高高 、内件结构复杂、操作压力高、壳体壁厚大、操作温度高、壳体 材质需用耐热钢、并采取衬里结构等特点。设备须制造厂分段制 作，运到施工现场进行组焊、检验、衬里、安装内件、分段吊装 组焊等一系列工作，才能形成气化炉整体。 o根据其特点和要求，气化炉组对技术是一项从设计、制造、运输 ，到组焊、吊装均需要综合考虑的系统工程，涉及到工艺设备设 计、设备制造、机械加工、大件运输、工程当地地质及气象、地 基与基础处理、厂房结构设计与制造、公用工程设计与施工、现 场施工设施及工艺流程规划
4、、施工机械设备的选型、大型设备吊 装、框架结构预留、结构受力计算等多个学科，如何进行这些学 科的有机统一，正是气化炉现场组对技术的关键所在。 o当前，国内在建的壳牌干煤粉气化装置气化炉壳体部分多数由印 度L&T公司负责设计与制造，少数几家由国内大连金重等公司制造 ，内件部分几乎全部由荷兰SEG公司设计，国外公司制造。壳体与 内件的安装衔接也是气化炉组对技术的关键。 绪论 o中原大化集团有限公司50万吨/年甲醇项目煤气化装置气化炉由壳 牌公司进行方案总体设计。壳体部分由印度L&T公司采用壳牌公司 专利进行设计并制造。内件部分由荷兰SEG公司设计，印度L&T公 司制造，结构为膜式水冷壁。气化炉单台
5、生产规模目前为日投煤 量2000t。 o壳体最大长度尺寸50200mm，最大外径6100mm，最大壁厚 90mm。根据国内陆运条件，共分为12段到货。内件根据自然分节 和运输装卸方便，分为8段到货，另外，一些连接管件、零部件等 按散件装箱到货。 o为了确保气化炉组对顺利进行，在工程的初期阶段我们对国内 前几套壳牌干煤粉气化工艺气化炉现场组对经验进行了调研， 调查了相关施工机具、小型工机具的技术性能和货源情况，同 时结合我公司对相似工程的施工经验和拟定的吊装方案，制定 出了经济、科学、安全可行的施工工艺，在工期、质量、安全 、环保、成本等方面，均达到了预控指标，尤其是在大型机具 使用和现场临设方
6、便，利用率均达到最大且恰到好处。 气化炉概况 o气化炉总体介绍 o气化炉主要由壳体和内件组成。 o壳体分为反应器（Reactor）激（急）冷管（Quench Pipe）（位号：V1301），合成气冷却器（Syngas Cooler）气体返回室（Gas Return Chamber）（位 号：V1302），输气管（Transfer Duct）（位号： V1303）。 o内件分为渣池（位号：V1401）、激冷管中压蒸汽发生 器（位号：E1301）、输气管中压蒸汽发生器（位号： E1302）、合成气冷却器中压蒸汽发生器（位号： E1303）、气化炉反应器中压蒸汽发生器（位号： E1320）以及气体返
7、回室内的立管（主管）和斜管（支 管）等七部分。 气化炉概况 o设备材料及设备规格 o壳体主要材质为：SA387 GR11 CL2，在反应器段、合 成气冷却器段有一部分材质为复合材料：SA387 GR11 CL2NO8825，最大壁厚285mm，壳体最大内径 4630mm，需要现场组对焊缝处的壁厚为6590mm。 整体长度50.2m。气化炉整体重量约1234吨。 o设备分段 o为了满足设备从天津港到装置现场的陆路运输及吊装 要求，要求设计期时以下尺寸和重量极限进行设计分 段： o组件高度 最高5.1m. o组件宽度 最大7m. o组件长度 最长25.00m. o组件重量 最大150t. 施工工艺
8、流程 o施工技术准备施工场地准备施工资源准 备卸车验收及摆放壳体组对、焊接、无 损检测、热处理水压试验耐火衬里地 面安装内件壳体分段吊装框架上空中组 对黄金焊缝焊接衬里及内件完善（内件 陶瓷衬里，安装敲击装置、开工烧嘴、点火 烧嘴等）煮炉烘炉。 施工工艺流程 o反应器激冷管施工工艺流程（1） 1+2垂 直组对 4+5垂 直组对 1+2段SAW焊接 4+5段SAW焊接3+4&5段组对焊接 1+2段无损 检测和热处 理，之后焊 接复合层 1&2+3&4&5组对焊接 施工工艺流程 o反应器激冷管施工工艺流程（2） 焊接后完成无损检测和热处理焊接第6段和试压封头，准备试压 试压后 衬里, 并割开 第6
9、段, 竖起1 5段 竖起后 开始安 装内件, 先安装 渣池和 反应器 内件 固定反 应器内 件后安 装激冷 管内件 组对激冷 管外壳并 焊接本黄 金焊口， NDT和热 处理后， 待吊 施工工艺流程 o输气管气体返回室施工工艺流程 8+9水平组对焊接， NDT和热处理后和 SGC一起水压试验 试压后割开GRC和 SGC衬里，之后安装 GRC主管和支管内件 输气管到 货后衬里 衬里后开始安 装内件E1302 组对焊接输气管 和气体返回室的 黄金焊缝，并完 善内件，待吊 施工工艺流程 o合成气冷却器施工工艺流程 水平组对焊接11+12段 之后水平组对焊 接10+11&12段 和GRC一起试压， 试压
10、后割开衬里 插入内件E1303.1， 在外面完成E1303.1 和E1303.2之间的膜 式壁焊接 完成E1303.1和E1303.2之间 的焊接后，整体插入内件并 完成固定和配管，待吊 施工工艺流程 o吊装及框架上组对 +38米混 凝土平面 两道黄金焊缝 恒力吊架 现场组焊对设备的制造要求 o焊接坡口要求及长度预留 o焊接均采用双面坡口形式，即通常所说的偏 “X”形坡口。长度 预留端暂不加工坡口。 o本设备在设计制造时，为了保证所有分段筒体在现场组对后整体 尺寸能够满足设计要求，在反应器外壳上端（第5段上端），激 冷管上端（第6段上端）、合成气冷却器上端（第10段上端）预 留有约50mm的长
11、度余量。 o组对的吊耳要求 o设备在组对过程中，需要不断的变换位置，这就需要全盘考虑整 个施工工艺，设计出合理的吊耳，以满足设备的组对吊装要求。 o同样的，内件的吊装也要全盘考虑。比如反应器和激冷管内件为 了安装，需设置合适的吊点以满足垂直吊装。 现场组焊对设备的制造要求 o筒体外的预焊件 o设备外壳上分布有很多的管嘴，在分段筒体上不一定有满足SAW 焊接转动要求的位置。故考虑在不能满足转动要求的筒体上的适 当位置安装支撑圈，高出设备管口，通过转动支撑圈来满足筒体 的转动要求，这就需要在设备筒体上焊接一些“支撑板”以安装 固定支撑圈。支撑板的焊接在设备运输前由制造厂完成 。 o内件安装滑道的预
12、焊件 o考虑到内件安装的可行性和便利性，在设计时，特别为在水平状态 下安装的内件设计了水平滑道，以方便内件在水平方向塞入。需要 水平滑道的内件包括输气管的内件中压蒸发器E1302，GRC主管的内 件，合成气冷却器的内件中压蒸发器E1303和，分别涉及的壳体 为输气管、GRC主管，合成气冷却器 。 o为了安装内滑道，在设备壳体内表面上预焊一定高度的钢板，衬里 喷涂后外露约一部分。内件安装前，在外露部分上焊接钢板及H型钢 来做成滑道。 现场施工准备 o场地准备 o现场组对工作对场地有两个必要的要求：一个是面积要满足 施工需要；另一个是地耐力（因为吊装和水压试验等相关工作的 地面耐力要求），要求达到
13、25T/m2，我们在施工前对本处组对 场地进行了地基打桩处理。 o采用埋弧自动焊要求场地上有方便布置滚轮架和埋弧自动焊机的 轨道。 o在设备筒体垂直组对时，需要足够大的施工钢平台。 o机具准备 o在确定总体施工工艺时就决定，对于外壳优先采用SAW（ Submerge Arc Welding 埋弧自动焊）焊接。这种焊接操作时 需要一些辅助设施和做很多的辅助工作。这些辅助设施包括SAW 自动焊机和焊接操作架等。 o同时需要准备的还有各组对阶段需用的大吨位吊车。根据施工工 艺编制合理的施工计划，然后提前准备落实这些大型机具的使用 工况。 现场施工准备 壳体焊接主要机具如下： 名称规格数量 SAW焊机
14、 Lincon DC1000+NA-5S 3台 焊接操作架 罗马 重工RM60100-00，RM8065-00 2套 焊剂 回收装置 2套 400T滚轮 架罗马 重工，包括一主动轮 和一从动轮2套 200T滚轮 架罗马 重工，包括一主动轮 和一从动轮1套 200T装配轮罗马 重工2台 特殊滚轮 架 轮宽 150mm，100T 1台 防蹿止推轮 2台 现场施工准备 o防护措施 o对于每一道焊口，从组对焊接到无损检测及热处理都需要全天 候作业，根据现场实际情况，制作了移动式防风棚。 o加热措施 o设备材质要求在焊前和焊接时预热，焊后后热。我们采取埋弧 自动焊时火焰加热，手工焊时电加热。 o火焰加热
15、采用无烟液化天然气。因为天然气用量比较大，且为 了安全着想，我们建了一个小型的液化气站，通过埋地管线供 应天然气到加热点。 o组对工装措施 o组对时采用在筒体错边量超标的位置焊接“L”型卡子，然后用 薄体分离式液压千斤顶来校正。合格后，通过加固焊或者焊接 背板以固定焊口。 现场施工准备 o防蹿动装置 o为了防止筒体在滚轮架上转动过程中因为筒体水平度的偏差而 向一端蹿动，制作一个支撑结构，在结构上安装一个和筒体的 下边同一高度的带轴承的转动轮，通过转动筒体观察出筒体的 蹿动方向后，把带转动轮的支撑结构安装在筒体蹿动的方向上 。 o转动配重措施 o设备筒体上不同部位布置着各种规格的大人孔法兰，这些
16、法兰 使设备重心偏离了中轴线，当设备筒体在滚轮架上转动时，可 能会因为偏心而影响到正常转动和设备安全，我们为了校正设 备筒体的重心到中轴线上，特别制作了一些配重块安装在合适 的位置，以抵消偏心对转动的不利影响。 o内件安装外部辅助轨道 o一部分的水平状态安装内件在安装时，为了便于内件的插入，在 壳体的内部轨道向外和水平延伸方向上，需要使用一些外部辅助 轨道 壳体组对 o垂直组对（1） o垂直组对在施工钢平台上进行。首先在预定组对位置 用H300300型钢以及20的钢板铺设1018m的施 工钢平台。然后用H7003501620的型钢制作四个 700mm高的钢支架（每段设备用两个钢支架），并在钢 支架上标记出设备放置到上面后的支撑点，用钢板找 平支撑点。卸车时直接将第1段、第2段直接立放在支 架上，这样筒体下部有缝隙，人员可以轻松进入设备 壳体内部或者并且打磨坡口。然后坡口修整和打磨， 并在其中一个坡口壳体外测（可以是第一段上口，也 可以是第二段下口）划上组对限位卡具安装线，在预 热的状态下焊上卡具，并且焊后后热。 壳体
