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1、水煤浆气化炉工艺烧嘴作者/来源:刘孝弟(北京航天动力研究所,北京100076)日期:2005-9-161水煤浆气化炉工艺烧嘴简要描述1.1烧嘴技术性能、参数北京航天动力研究所是从事液体火箭发动机研究的科研单位。 从1984年军转民以来,利用多年来军品技术上的优势,开发了大 量新产品、新技术用于工业生产,水煤浆气化炉的工艺烧嘴就是其 中的一项。典型的水煤浆气化炉工艺烧嘴结构及尺寸如图1所示。1995年,我所与上海焦化有限公司合作,将工艺烧嘴国产化, 取得了成功。第一批国产化烧嘴共三台总成,三套喷嘴备件及三套 冷却水盘管。1998年4月开始投用,其使用寿命与进口产品相当, 燃烧所产生的气体成分亦相
2、当。同年6月2日、3日对国产烧嘴和 进口烧嘴分别进行了燃气成分测定,结果见表1、2。图1典型气化炉工艺烧嘴结构及尺寸表1我所的烧嘴使用在4#炉上的参数(IV%“/E/*比珠jft恨风血?WN2 H3 n:H3 B1 U3 IIMlJ H2 II3 n2 H,廿2 H3 B7: 00L417.4S6.3心4&G.2C.2M站341.2I#IQ5?S9: O1n.h180x2g15.S心-3o.iG.2JSJ35J+4t邮n: mIS17. J0.245.015.T0.204W JJ4J1.3.SLCH照12: 30IX s)7-30.2g45,246fl-20.1JS-3JS.31.61.010
3、464成00Lt17,20.2Qr246,245.80.20,2K圾3敦。l.lKM7S17; 0017.517.5d.20.2E板40.2gH.SW.1口1.510412博:俯17.51捧C.20.2E45.!0.20.2W.2351).410515X: ”心04g45-4*5$0 ;0-JJS-队61 JJ*EO46J株0016 $It3QJQ245,445.30.20,J*3$ 7I rJ1.310320k WI7S17J耽1flr;44,Q4J4OJ0.2W-S戚71,81.7m马3: 00I7r817.SQ.2Q.2心45.20.20,2心J5.S1 r1l.lSj w17.417.
4、 JQ.la.246.14?,70.20.235-13J.2L.l1.2toiss争埠PJ口.3Q,245.6板,0.235J7.46i.JTJ!M65 im?L50.24$. 55C.2戎暗51J2lW7t表2国外进口烧嘴使用在1#炉上的参数2 II2 H3112 H1 H2 11JU2 U.jn2 HJ II2 R 3H器MIS.419.32A.2心.5*0,t0.3M,6-55.:生惜活20.2u.zXJ.443.20,30,234.7M.:k7心理11: 00!8J19.0.2U.I皿G4m.0.20,235.1J5.21.2036112- 00iQ.O0.:E0.10.253.235
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6、CO+H2)成分上稍高于进口烧嘴。2004年我所乂为该公司提供 3台总成烧嘴。1998年为陕西渭河化肥厂提供2台国产化烧嘴,其烧嘴操作 压力较上海焦化有限公司的为高(上海焦化有限公司总成设计压力 为4.32MPa,渭化为6.9MPa)。年底投入使用,寿命和燃气有效气 体成分与进口烧嘴相当。1999年乂为渭化改造两台烧嘴,喷嘴头部和部分零件为进口 元件,其余为我所完善,使用表明,其效果、寿命与国外相当。只 是中心氧偏高(约15%),希望降为12%,后由渭化自行解决。2003 年乂为渭化提供一台烧嘴作为备件。2005年,在渭化双甲项目中,我们乂为他们设计了两台大流 量烧嘴及4套备件。2001年与安
7、徽淮化集团合作,将两台工艺烧嘴进行国产化改造, 次年投入使用,情况良好,使用寿命和性能与进口原烧嘴相一致。2002年乂为淮化提供备用外烧嘴5件,冷却套管5套。2003年乂签订合同,提供5件外烧嘴,2件中烧嘴。2004年和2005年为山东华鲁恒升公司分别提供12台和6台 烧嘴,其中B、C炉共10台烧嘴,已正常开车,参数已达到工艺指 标,A炉属于四喷嘴对冲形式,目前正在试验。2003年及2004年,我们为山西丰喜集团和陕西神木化工有限 公司分别提供了 3套烧嘴和6套烧嘴及大量的备件。1.2烧嘴设计、加工烧嘴的工艺参数如水煤浆浓度、水煤浆流量、操作压力、操作 温度,氧气的流量、操作压力、操作温度,冷
8、却水流量等均在气化 炉设计时选定。制造方就是要根据工艺要求,根据烧嘴的总体要求, 设计喷头的具体结构形式,设计烧嘴的总成方案,选择合理的材质 和生产工艺来保证在生产工艺条件下,烧嘴的性能达到要求。烧嘴的总体尺寸一般由设计院完成,材料和主要儿何尺寸一般 均已确定,制作方需要选取合理的成型工艺及加工工艺,特别是喷 头的定位、焊接成型方式、焊接工艺等,需要制作方制定,满足图 纸的总体要求及烧嘴的总体参数。同时我们也可以根据气化炉的总 体参数进行有关的热力计算,确定烧嘴的结构尺寸,进行烧嘴的总 体设计和具体结构设计。陕西神木化学工业有限公司及陕西渭河化 肥厂双甲项目与我们合作采用的就是这种方式。在工艺
9、烧嘴加工过程中,需解决好以下儿个技术问题。(1)焊接工艺。焊接是重要的工序。焊接材料、焊接预热温度、焊接速度、氩气的保护、工艺规范、坡口型式等都要与所焊材 质相匹配。(2)相同材质间和不同材质间的焊接应采用不同的工艺规范。(3)供料管的直线度及与喷头焊接后的直线度是保证喷头定 位块发挥作用的关键,只有这些条件具备,才能满足烧嘴各个喷头 之间的同心度。(4)为保证烧嘴总成的性能,需要制作专用工装,进行烧嘴 的最终组装,保证烧嘴的所有对外连接尺寸完全满足设计要求及气 化炉现场的配管要求,同时保证烧嘴的完全互换性。1.3烧嘴的检验烧嘴加工完成后,除所有焊缝需要进行完整的射线探伤外,还 需要对组装后的
10、烧嘴总成进行水压试验和气密性试验,以验证焊接 的强度和组装的密封性能。(1)水压试验为停止点。水压试验前所有工序必须已经完工 且检验合格。各种资料齐全后,由检验人员开具试压通知单。(2)水压试验和气密性试验按我公司压力容器耐压试验和 气密性试验通用工艺规程进行,以综合检查气化炉烧嘴的强度和 密封性能。(3)气化炉烧嘴制造过程中水压试验用水的氯离子含量均不得 大于25mg/L,试验前应有水质化验报告。(4) 气密性试验在水压试验合格后进行,由于试验压力较高, 试验前应制定安全措施。(5) 具体试验按以下过程进行。水压试验:在专用试验台上进行,试验前须制作一套专用工艺 烧嘴实验工装。此工装将烧嘴头
11、部密封在一个能承受高压的容器 中,模拟出与气化炉对接的状态。水试时,先行灌水,将烧嘴中的空气排除干净,然后加压,当 压力升至额定操作压力时,先稳定5min,检查有无渗漏,若一切 正常,则继续升压至要求的水试压力,保持5min,若无渗漏,则 视为合格。气密试验:气密试验必须在水压试验合格后进行,气密试验程序 基本上和水压试验相同,只是气密试验压力等于正常操作压力。气密试验在专用防爆间进行,通过防爆玻璃观察窗观察。当试 验压力达到要求值时,保持10min,若有渗漏,则采取措施。若一 切正常,则适当降压后,检查各密封件和焊缝处气密情况。1.4后续化学处理(1) 酸洗钝化前应编制详细的酸洗钝化方案。所
12、有不锈钢表 面应进行酸洗钝化处理,处理方案按照军品火箭发动机氧气管路的 清洗程序,确保管路的洁净,即:烧嘴内表面采用三氯己烷清洗、 设备外表面采用钝化膏方法。(2) 气化炉烧嘴酸洗钝化工艺流程:水冲洗一碱洗一水冲洗 f酸洗f水冲洗f钝化f水冲洗f吹扫。按HG/T2387-92工业设 备化学清洗质量标准的规定检查钝化效果及水冲洗后钝化液残留 量。(3) 酸洗钝化结束,用干燥、洁净的氮气吹干,并检查,确 信内外部洁净后,用塑料膜包扎法兰口及喷嘴端部,防止氧气通道 被油脂或其他脏物污染。1.5烧嘴加工执行标准及技术保证条件1.5.1执彳亍标准(1) GB150-1998钢制压力容器(2) HG205
13、84-1998钢制化工容器制造技术要求(3) GB/T12771-1991输送流体用不锈钢焊接钢管(4) JB4728-2000压力容器用不锈钢锻件(5) JB4730-94压力容器无损检测(6) JB4708-2000钢制压力容器焊接工艺评定(7) JB/T4709-2000钢制压力容器焊接规程(8) HG/T2387-92工业设备化学清洗质量标准(9) JB2536-80压力容器油漆、包装和运输(10) 买方提供的制造图纸、合同条款及其他技术要求等(11) 制造厂标准以上标准如有更新,制造检验标准按本合同签订时已颁布的最 新版本执亍。1.5.2技术保证条件(1)气化炉工艺烧嘴设备的主要元件所选用的板材、合金钢管 及其锻件提供材料制造厂的材质单,制造前对以上材料进行化学成 分分析复验或认可,确认与材质单无误后方可施工。(2 )严格按生产厂家企业标准和制造质保体系进行制造和验 收。(3) 喷嘴加工时必须严格按图纸和工艺