525t／h CFB锅炉旋风分离器制造工艺简介.pdf

w w w . b z f x w . c o m 第36卷第4期 2005年7月 锅 炉 技 术 BOIL ER TECHNOLOGY Vol. 36 , No. 4 Jul. ,2005 收稿日期20041118 ; 修回日期20041208 作者简介钱月清1973 , 女,上海交通大学机械与动力工程学院工程硕士在读。 文章编号 CN311508200504005404 525 t/ h CFB锅炉旋风分离器制造工艺简介 钱月清1, 任一平2 1. 上海交通大学 机械与动力工程学院,上海200030 ; 2.上海锅炉厂有限公司,上海200245 关键词 循环流化床锅炉;旋风分离器;管排;集箱;制造;装配架 摘 要 大型循环流化床锅炉中的管式旋风分离器的制造所涉及的工艺复杂,装配难度高。以525 t/ h CFB旋风分离器的制造工艺为例,描述了分片出厂的大型旋风分离器在厂内分片制造、 试拼装的工艺方案, 分析了制造中重要的工艺难点,诸如大弯曲半径的圆弧形、 锥体形管排的成形及组装等,并提出相应的工艺 解决方案,重点在于保证旋风分离器的对口装配上。为今后同类大型CFB锅炉的制造,确保产品质量、 简化 工艺装备设计、 加快制造进度提供了工艺措施,积累了经验。 中图分类号 TK229.6 6 文献标识码 B 1 前 言 在竞争日趋激烈的锅炉市场中越来越重视 对环境的保护,环保型的锅炉如循环流化床CFB 锅炉正逐渐成为重要的锅炉型式,其中部分炉型 采用了管式旋风分离器的结构。随着循环流化 床锅炉的不断大型化,旋风分离器的直径也不断 扩大,并且合金钢材料已开始使用,这给制造带 来了新的课题,如制造时的分段分片位置、 焊接 及热处理、 变形的控制、 厂内拼装与工地组装等。 近年来,上海锅炉厂有限公司自行开发设计的 130 t/ h CFB锅炉已制造了10余台,引进ALS2 TOMABB - CE技术设计的135 MW等级CFB 锅炉也制造了17台,分包国外公司的大型CFB 锅炉也有多台。而近日完工的分包项目,日本土 佐的525 t/ h CFB项目是我公司迄今所承制的最 大容量的CFB锅炉。本文试通过对525 t/ h CFB 项目的管式旋风分离器的主要制造难点及工艺 的介绍,探讨优化此类大型CFB锅炉的制造 工艺。 2 产品情况简介 2. 1制造标准及法规 本产品是按MITI ,ASME 2001版 SEC2 TION 1 ,以及J IS/ ISO等要求生产、 检验,不打 “S” 钢印,在制造车间进行旋风分离器试拼装。 2. 2旋风分离器结构简介 1台锅炉有2只旋风分离器,外形尺寸为直 径 6 610 mm ,高度H 21 465 mm上、 下2个 集箱中心线距离。整个旋风分离器横向分3段 上、 中、 下3段 , 除下段外,上、 中段纵向各分 4片,即1个旋风分离器分为9部分出厂。 2. 2. 1旋风分离器上段 由上部环形集箱的1/ 4与圆柱体的1/ 4组 成旋风分离器的上段,分片出厂,高度11 050 mm。 上部环形集箱规格219. 1 mm38 mm ,材 料SA2335 P12 ,环形集箱弯曲直径 6 610 mm ; 圆柱体部分由管子和扁钢焊接而成。管子 规格 44. 5 mm6 mm ,材料SA2213 T12 ,每片 有43根管子,共172根,节距S 120 mm ;扁钢t 6 mm ,材料15CrMo。 2. 2. 2旋风分离器中段 由管子与扁钢构成圆锥体部分的1/ 4组 成旋风分离器中段,分片出厂。圆锥体角度 与水平呈75,圆锥体大直径 6 610 mm ,高度 10 050 mm。 管子规格有 44. 5 mm6 mm、 38. 0 mm 5.4 mm2种,材料均为SA2213 T12。其中 44. 5 mm6 mm管子缩颈至 38.0 mm ,再与 38.0 mm 5. 4 mm管子对口拼接;扁钢t 6 mm ,材料 15CrMo。 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. w w w . b z f x w . c o m 第4期钱月清,等525 t/ h CFB锅炉旋风分离器制造工艺简介 2. 2. 3旋风分离器下段 由带长管接头的下部环形集箱组成,整体 出厂。 下部环形集箱规格 219. 1 mm38 mm ,材 料SA2335 P12 ,集箱弯曲直径 3 300 mm ,焊接 的长管接头规格 38. 0 mm5. 4 mm ,材料SA2 213 T12。 3 制造难点简介 3. 1圆弧管排的制造 上海锅炉厂有限公司制造工艺为先将管子 和扁钢采用埋弧焊焊成平管排,再用压机压制成 圆弧管排。在本项目中,90 圆弧的管排由43根 管子加扁钢组成,管子长度达10 155 mm ,且为 SA2213 T12合金钢材料。根据压机吨位,加之压 机外形尺寸的限制,该90 圆弧管排需分成几片 小拼排分次压制。这又产生问题若一次压制的 管子太多,宽度方向的管子成型困难;若一次压 制的管子太少,则组装时的管子之间手工焊缝增 加,管排易变形。因此,如何合理选择一次压制 的管子数量和压制步骤非常重要。 3. 2带缩颈的锥体管排的制造 旋风分离器中段锥体部分的管子与扁钢不 能采用机械焊,只能进行手工焊。而手工焊最易 造成的问题就是焊接收缩不均,导致变形严重, 因此控制焊接变形是关键。本项目还存在管子 缩颈拼接的情况,对于缩颈管的坡口加工、 焊接 对中、 缩颈管两端不同弯曲半径弯管基准平齐等 都是需要认真考虑的问题。 3. 3大弯曲半径环形集箱与圆弧管排组装 旋风分离器上段由圆弧管排和环形集箱组 成,而集箱弯曲后存在偏差,管排压制程度、 拼焊 情况亦不尽相同,保证焊后的几何尺寸有难度, 加之圆弧管屏上的吊耳板还需与集箱上的吊耳 联接板等准确定位联结。 3. 4试拼装 为保证工地管子对口方便,减少工地现场的 工作量,分包商要求在制造厂内进行旋风分离器 的试拼装工作。由于该旋风分离器外形尺寸大, 刚性相对较差,需要较多工装进行支撑,拼装程 度是整体拼装还是分段分片拼装对工装的要 求大不相同,起吊、 翻身、 装配等的难度亦相差 甚远。 4 制造工艺 4. 1圆弧管排制造工艺 用压机压制圆弧管排需要有相应的一套模 具,该模具的圆弧面尺寸需根据产品的尺寸及压 制过程中的回弹量来确定,并在压制过程中加以 调整。本项目中是将制造130 t/ h CFB锅炉时曾 设计、 使用过的圆弧管排压模加以改制,使其圆 弧成型面符合要求。经过试验后确定将旋风分 离器上段的1/ 4圆柱体部分先分别焊成3小片平 管排,热处理后,分3步压制,使平管排成形为圆 弧管排,再装焊成1/ 4圆弧管排,见图1。需要注 意的是,这些小拼排间的焊缝只能采用手工焊。 为了小拼排焊成1/ 4圆弧,以及管排的翻身起 吊、 装焊内件等工序,还设计了专用的装配架。 以往上海锅炉厂有限公司制造的CFB旋风分离 器的管子材质一直为碳钢,无需进行焊后热处 理。而本项目中管子材料SA2213 T12 ,扁钢材料 15CrMo ,故在装焊妥附件后还要进行整体热处 理,这是上海锅炉厂有限公司制造CFB锅炉旋风 分离器首次采用的工艺,该装配架需随产品一起 进炉热处理,在工装设计时重点放在产品变形的 控制上。 图1 压制成的圆弧管排 工艺流程如下 管子及扁钢拼成小排 →热处理 →平管排由 压机压弯成圆弧形 →通球 →将小拼排逐一在装 配架 1/ 4 圆弧上就位 → 装焊扁钢 → 装焊销钉及 附件 → 热处理 1/ 4 圆弧→ 水压试验 → 加工与集 箱拼接端的坡口 4.2锥体管排制造工艺 中段圆锥体管排无法实现机械拼排,只能 采用大量手工焊。为保证手工焊的焊接质量及 55 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. w w w . b z f x w . c o m 锅 炉 技 术 第36卷 控制焊后变形,根据上海锅炉厂有限公司经验,要 求外方将旋风分离器的扁钢与管子的焊缝高度由 原来的5 mm ,改为4 mm ,并为外方接受。同时,采 用线能量小的CO2焊,实行对称跳焊等焊接工艺。 另外,整条拼排扁钢由4段钢板组成,为保证拼排 后的节距,所有钢板都经机加工,严格控制宽度公 差,使拼排间隙小,减少焊接变形。 以往上海锅炉厂有限公司制造的CFB旋风 分离器锥体部分从未有过缩颈管拼接,而本项目 中管子需由 44. 5 mm缩颈为 38. 0 mm ,再与 38. 0 mm管子对口拼接。采用工艺44. 5 mm 单根管缩颈后,以缩颈处为基准,进行弯管后对 接,再将管子和扁钢在装配架上装焊成小拼排。 装配时管间节距加0. 1 mm～0. 3 mm/档,管子 长度方向放焊接收缩余量。由于管排长约10. 5 m ,需设置多档内支撑来固定管排,并采用定位板 将散管与下部环形集箱进行工地对接用梳形 板固定。随后再将多片小拼排在另一装配架上 焊成90 圆锥体,焊妥附件后进行热处理。 工艺流程如下 44.5 mm6 mm管子缩颈至 38.0 mm→ 与 38.0 mm5.4 mm的拼接管端加工 →44. 5 mm 6 mm及 38. 0 mm5. 4 mm管子拼接 → 弯管 → 在装配架上就位 → 装焊扁钢 → 热处理 → 在1/ 4 装配架上就位 →装焊扁钢 →划弯管孔位线并管 端加工 →装焊孔管 →装焊附件及销钉 →热处理 → 水压试验 →管端加工 →装焊支撑包装装置 → 补焊销钉。 4. 3圆弧管排与环形集箱组装工艺 由于设备限制,弯曲直径 6 610 mm的环形 集箱分为4段制造集箱接短管接头。为了装 焊联接环形集箱和圆弧管排的长管接头,拟将4 段90 环形集箱在装配架上拼装成整圈360 , 随 后将扁钢嵌入管间并焊妥。在设计环形集箱用 的装配架时,重点放在确保环形集箱与圆弧管排 的尺寸和相对位置,并控制装焊后的长管接头与 圆弧管排的对口尺寸,满足与圆弧管排对口装焊 的要求。 在与环形集箱组装前,经测量发现,圆弧管 排部分管子节距的偏差未能满足与环形集箱对 接时焊口错边量的要求。为了控制整体尺寸,设 计了环形集箱与圆弧管排组装时用的装配架,将 圆弧管排和集箱放在装配架上,割开部分扁钢, 调整节距,随后焊接拼成整体,见图2。 图2 上环形集箱与圆弧管排组装 旋风分离器上部的管屏共有18块吊耳板, 厚度22 mm ,焊耳板处的扁钢需开槽,长约300 mm ,双面焊,每1/ 4圆弧管排上有6块吊耳板。 采用的工艺如下在所有管屏成形后进行扁钢开 槽,先将吊耳板与集箱上的吊板用圆钢穿吊孔进 行固定,然后对吊耳板施行双面焊,待焊妥销钉 后一起进行热处理,从而保证了关键联接件管 排上的耳板与集箱上的吊板的装配符合图纸 要求。 工艺流程如下 1/ 4圆弧集箱在装配架上就位将180 的联 接拆除→ 管排与集箱对口 → 划管端余量线 → 管 端加工 → 装焊支撑包装装置→补焊销钉 →旋 风分离器试拼装 4. 4旋风分离器试拼装 外方对旋风分离器的试拼装工作很重视但 没有具体的工艺要求,原来试拼装拟为将单独 出厂的下环形集箱与上、 中部的180 进行一体式 试拼装。若采用这种拼装方案的话,试拼装所需 的装配架高度相对较高近2 m ,并且需考虑环 形集箱的定位、 转动等问题,需高度重视制造时 的安全性。经与外方商榷后,最终确定将半只旋 风分离器的上部和中部进行拼装,即将2个90 集箱和圆弧管排及90 圆锥管排进行180 拼装, 而对单独出厂的下部环形集箱 360 不进行试 装。这样就可以利用制造时的装配架,只需在划 线平台上增加部分支撑,用千斤顶即可将各部分 尺寸调整至要求,见图3。 试拼装的工艺顺序如下先搭制试拼装用平 台长近22 m ,宽约10 m ,平台放样并装焊定位 靠山;将一片带集箱的上部管排在平台上就位, 接着是另一片带集箱的上部管排调整妥后,用联 接板固定;随后锥体部分的2片管排再分别在平 65 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. w w w . b z f x w . c o m 第4期钱月清,等525 t/ h CFB锅炉旋风分离器制造工艺简介 图3 旋风分离器的试拼装 台上就位。检查旋风分离器的上部与中部的工 地焊的对口尺寸,调整管子节距,划管端余量线 等,并按图加工管端至尺寸。 该旋风分离器的所有试拼装尺寸经检验,均 符合标准要求,并得到外方监造认可。 5 结 论 1大型旋风分离器若分片出厂,在公司内 应该进行试拼装。这是因为各种误差难以单独 精确控制,诸如圆弧管排制造等,而极小的误差 积累后均可引起整体组装时的极大困难。公司 内的试拼装可以较好地保证产品质量,维护公司 的声誉。 2工艺装备的利用率应加以提高。大型 管式旋风分离器制造中所用的工艺装备数量多, 成本高,以本项目为例,制造该旋风分离器时就 设计了装配用工装十多套件。在设计工装时 应考虑尽量使其结构简易,可重复使用。另外, 在新产品设计时,尽量多利用原有工艺装备,降 低生产成本。 参考文献 [1]李俊林.锅炉用钢及焊接[ M].黑龙江黑龙江科学技术出 版社,1998. [2]岑可法,倪明江,骆仲泱,等.循环流化床锅炉设计与运行 [M].北京中国电力出版社,1998. The Brief Introduction About t he Manufact ure of 525 t/ h CFBBπs Cyclone Unit QIAN Yue2qing1, REN Yi2ping2 1. School of Mechanical and Power Engineering , Shanghai Jiaotong University , Shanghai 200030 , China ; 2. Shanghai Boiler Works , Ltd. , Shanghai 200245 ,China Key words CFBB ; cyclone unit ; panel ; header ; manufacture ; support structure Abs tract In the large capacity utility CFBB , the manufacture of the cyclone unit is so complicated , and the requirements of assembly is exigent. Considering the dimension of the unit , the cyclone will be left factory by segments.Take the manufacture of the 525 t/ h CFBBπs cyclone unit for example , this paper introduces the technical project , which includes the cycloneπs manufacture and the procedure of the segmentsπfit2up. It analyzes the major factors about the techniques and the key steps in the procedure , such as the and assembly of the arc2panels and cone2panels of the great radius.It also points out the solutions , which stress on the assembly of the cyclone. It provides the ways and means of how to insure the quality of the product , simplify the design of the support structures , and expedite the progress. It accumulates the experiences for the manufacture of the same type of CFBB. 75 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.