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8.6MPa水煤浆气化炉的设计与制造

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8.6MPa水煤浆气化炉的设计与制造

1.设计要求

1.1设计依据

气化炉按照GBT150《钢制压力容器》、TSG21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程(含第1号修改单)》等进行设计、制造、检验和验收。

气化炉壳体的最大应力工况应考虑各种工况下可能出现的最不利载荷的组合，壳体设计时还应考虑耐火材料的重力载荷及其热膨胀。

气化炉内托砖盘、隔板等附件的设计应考虑热膨胀的因素，同时托砖盘的设计还应考虑内衬耐火材料的总质量及垂直膨胀产生的载荷。

气化炉主要技术参数如表1。

表1?气化炉技术参数

1.2结构特点

气化炉为一立式设备结构，如图1所示，总长约18059mm，不包括耐火材料，设备质量约为264t。主要包括上段气化室、装有急冷环的变径段和下段急冷室三部分。

气化炉壳体由上（气化室）、下（激冷室）两部分组成，两筒体之间以一变径段相连，下筒体下端是一锥体，与排渣口法兰相连。上部球形头为SR1615mm、厚度80mm；上部筒体内径φ3200mm、厚度为120mm；变径段小端直径φ3200mm、大端直径φ3800mm、厚度140mm；下部筒体内径φ3800mm，厚度140mm；底部锥体小端直径φ1700mm、大端直径φ3800mm、厚度160mm；底部锥体与排渣口法兰相连筒体内径φ1700mm、厚度160mm。

1.3材料选用

1.3.1板材

气化炉处于高温、高压、氢腐蚀环境下工作，故壳体材料须采用能抗氢腐蚀的铬钼钢。气化室壳体主材采用SA-387Gr.11CL2；激冷室壳体主材采用SA-387Gr.11CL2+316L（堆焊）。SA-387Gr.11CL2应符合ASMESA-387Gr.11CL2的规定，真空处理，正火+回火状态供货，板材按ASTMA578中Ⅰ级要求逐张100％超声波检测，其回火脆化敏感性系数符合下列要求：

J=(Si+Mn)(P+Sn)≤150

X=(10P+5Sb+4Sn+As)×102≤15×10－6

图1?气化炉结构

1—球形封头；2—喷嘴；3—气化室；4—耐火保温内衬；5—气化室壳体；6—托砖盘；7—变径段；8—急冷环；9—激冷室壳体；10—激冷室；11—底部锥体；12—排渣口

SA-387Gr.11CL2材料的化学成分和力学性能分别如表2和表3，其中板材的冲击试样除应经历其在制造过程中所有预计的热处理循环外多做一次热处理，再去做试验。

表2?SA-387Gr.11CL2化学成分

表3??SA-387Gr.11CL2机械性能

1.3.2锻件

气化炉锻件采用的SA-182F11CL2应符合ASMESA-182F11CL2的规定，锻件的冲击试样除应经历其在制造过程中所有预计的热处理循环外，应多做一次热处理，再去做试验，其回火脆化敏感性系数符合：

X=(10P+5Sb+4Sn+As)×102≤15×10－6。

1.3.3内件材料

气化炉激冷室内件采用Incoloy825、316L等材料。Incoloy825应符合ASMESB424的要求，设备中接触高温气体的零部件材料Incoloy825应严格控制其化学成分（见表4）。

表4?Incoloy825化学成分

1.3.4焊接材料

气化炉主体材料SA-387Gr.11CL2，其手工焊条牌号为JR-816B2；埋弧焊丝牌号为US511N、焊剂牌号为PF200；不锈钢带极堆焊过渡层焊带牌号为EQ309L、不锈钢带极堆焊耐蚀层焊带牌号为EQ316L，焊带规格为60×0.5mm，焊剂牌号为JFS300S。

2.制造、检验和验收

气化炉壳体的制造比一般压力容器的制造要求更为严格，对气化炉制造的圆度、顶部炉嘴与急冷环的同轴度、托砖盘水平度、壳体的垂直度等都提出了很高的要求。另外急冷环结构复杂、尺寸精度要求很高，其制造质量好坏直接关系到合成气的产品质量。

2.1材料复验

气化炉用的板材、锻件及焊材入厂后要严格按照《压力容器安全技术监察规程》和技术协议的规定进行复验，各项结果均符合ASME和GBT150等标准和技术协议规定的要求。

2.2球形封头的成型

气化炉上部球形封头为SR1615mm、厚度80mm，采用整体冲压工艺，先拼板再整体冲压，最后球形封头整体进行正火+回火热处理，再进行无损检测。

2.3厚壁筒体的制造

气化炉上、下筒体直径分别为φ3800mm、φ3200mm，壁厚分别为120、140mm，加强段筒体为160mm。各筒体制造过程中严格控制制造允差，具体要求如下：

（1）筒节下料时应考虑加放筒节纵焊缝焊接时和筒节里口带极堆焊时的焊接收缩余量，各筒节高度之和应尽可能接近允许正偏差内的筒体长度。

（2）筒节展开料