900MW超临界直流锅炉制造工艺特点VIP

收稿日期:20020730 作者简介:亓安芳(1961 ) , 女,上海锅炉厂有限公司工艺处副处长,焊接高级工程师,1983年毕业于上海交通大学机电分校,主要 从事锅炉焊接制造工艺。 文章编号: CN311508(2003)01005906 900MW超临界直流锅炉制造工艺特点 亓安芳, 田靖基, 华炳增 (上海锅炉厂有限公司,上海200245) 关键词: 超临界锅炉;螺旋水冷壁;过渡段 摘 要: 900MW超临界直流锅炉与上海锅炉厂有限公司以往制造的锅炉产品相比,其省煤器、 过热器、 再 热器及相应集箱的材料、 结构和制造工艺除了尺寸较大之外无大的差异。此锅炉制造中最大的难点在于螺 旋水冷壁,特别是其中过渡段的制造。介绍900MW超临界直流锅炉制造工艺的一些特点,特别是螺旋水冷 壁过渡段制造中的难点及应采取的措施。 中图分类号: TK229.2 文献标识码: B 0 前言 80年代初,上海锅炉厂有限公司从美国CE 公司引进了300MW锅炉成套设计制造技术,并 进行了大量的技术改造。通过20年来不断的消 化吸收和技术改造,使上海锅炉厂有限公司完全 具备了生产300MW、600MW锅炉的制造能力。 随着高效率、 环保型锅炉设计和制造技术的 不断发展,90年代起,上海锅炉厂有限公司就开始 与外方合作,先后分包制造了数台循环硫化床锅炉 (CFB 锅炉)、 燃气2蒸汽联合循环余热锅炉(HRSG 锅炉)和外高桥900MW超临界直流锅炉。 本文就外高桥900MW超临界直流锅炉制造 工艺中的一些难点、 要点及相应的工艺措施作一 粗略的分析介绍。 1 外高桥900MW超临界直流锅炉结构 特点 外高桥900MW超临界锅炉系塔式结构的直 流炉,炉膛尺寸为21. 48m21. 48m ,膜式水冷壁 分为螺旋上升段及垂直段,省煤器、 过热器、 再热 器及相应集箱长度一般均在20m以上,集箱、 喷 水减温器和管道采用了较多SA2335 P91材料。 1. 1我公司承包的外高桥900MW锅炉主要部 (组)件介绍 90年代末开始建造的外高桥900MW超临 界直流锅炉是我国目前容量最大的超临界锅炉, 它是由德国ALSTOM公司设计,上海锅炉厂有 限公司承担几乎所有的受压部件(除P91集箱) 及部分非受压部件的制造。具体内容见表1。 表1 外高桥900MW超临界直流锅炉部组 件清单一览表 序号部组件名称 1 水冷壁(垂直水冷壁上段、 垂直段水冷壁、 螺旋水冷 壁管排、 过渡段及水冷壁灰斗等) 2水冷壁集箱(水冷壁进、 出口集箱及中间集箱) 3炉顶管排 4过热器(一三级过热器及过渡段) 5一级过热器进口集箱 6测量装置 7省煤器(管系及过渡段) 8省煤器进、 出口集箱 9减温器 10水冷壁及受热面吊架 11集箱吊杆与支架 12刚性梁连接件 13再热器(一、 二级再热器及过渡段) 14 再热器集箱(一级再热器进、 出口及二级再热器进口 集箱) 15门类 16防震挡板、 节流板 17连接管道 18平衡容器 19消声器 20汽水分离器排汽管道 21外部管道 22旋风分离器 23凝水器 24汽水分离器 第34卷第1期 2003年1月 锅 炉 技 术 BOILER TECHNOLOGY Vol. 34 ,No. 1 Jan. ,2003 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 2 外高桥900MW超临界直流锅炉主要 部组件制造工艺特点 2.1集箱制造 上海锅炉厂有限公司制造的外高桥900MW 超临界直流锅炉集箱材料及结构见表2。 从表2得知,上海锅炉厂有限公司承担制造 的外高桥900MW超临界锅炉中集箱管径大、 管 壁厚,特别是长度在20m以上,给制造、 翻转、 吊 运及运输等均带来一定的难度。为此,我们设计 制造了一系列翻转、 吊运工装。本项目中集箱采 用短管接头,仅约100mm长,采用过渡管,在工 地上与管屏组装成一体。这样既可简化集箱和 管屏的制造,又便于采用内孔氩弧焊以保证管接 头根部全焊透,而过渡管也便于工地安装焊口的 组装焊接。 2.2“三器” 制造 外高桥900MW超临界锅炉省煤器、 过热器 和再热器材料及结构情况见表3。对于蛇形管, 无论是超临界还是亚临界锅炉均无明显的原则 性区别,只是按锅炉参数和容量在管径、 壁厚和 外形尺寸及数量上有所不同。 2. 2. 1制造难点 外高桥900MW超临界锅炉 “三器” 管排尺寸 约为21. 5m3. 7m ,由于产品的几何外形尺寸 长,刚性差,且采用大量SA2213 T91管子,所以 在制造中有几个难点: (1)由于管屏长度大于20m ,公司现有的管 表2 集箱材料及结构汇总表mm 序号组件名称集箱本体管座其余管座 1 水冷壁 出口集箱 SA2355 P11短管接头分3排布置 ID20060SA2213 T11SA2182 F12 C 1. 2 L= 22 680共4根44. 58100共716只9517. 5共44只 2 水冷壁 中间集箱 SA2335 P11短管接头分3排布置 244. 550SA2213 T11SA2182 F12 C1. 2 L= 21 720共4根 33.75.6100共1 432只 9015共40只 7014. 5共16只 385. 6100共716只42. 29. 7共12只 3 水冷壁 进口集箱 SA2106C单排布置,长管接头SA2182 F1 ID30065SA2209 T19015共30只 L= 23 500共2根 387. 1600共732只 SA2106C 26. 75. 6 1只 4 I级过热器 进口集箱 SA2335 P11短管接头分7排布置SA2182 F12 C1. 2 ID27075SA2213 T119517. 5共22只 L= 22 680共2根 48. 38. 8100共623只 SA2213 T11 48. 38. 8共28只 5 省煤器 进口集箱 SA2106C短管接头分6排布置SA2106C ID36075SA2210C88. 915. 2共11只 L= 22 680 1根 42. 76. 3100共1 068只 SA2210C 42. 76. 3共11只 6 省煤器 出口集箱 SA2106C短管接头分6排布置 ID36075SA2210CSA2182 F1 L= 22 680 1根42. 76. 3100共1 068只9015共11只 7 一级再热器 进口集箱 SA2335 P11短管接头分10排布置SA2335 P11 ID62045SA2209 T188. 915. 2共11只 L= 22 680 1根54482共1 780只33. 44. 6共11只 8 一级再热器 出口集箱 SA2335 P22短管接头分10排布置SA2335 P22 ID52065SA2213 T2288. 915. 2共12只 L= 11 540共2根 54582共1 780只 SA2335 P11 42. 46. 35共12只 9 二级再热器 进口集箱 SA2335 P22短管接头分9排布置SA2335 P22 ID52050SA2213 T2288. 915. 2共12只 L= 11 540共2根 63. 54100共792只 SA2335 P11 42. 46. 35共12只 06 锅 炉 技 术 第34卷 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. w w w . b z f x w . c o m 子生产线只能先弯为 “J” 型,然后再采用手工氩弧 焊对 “J” 型管子进行组装成管屏。 (2)大型蛇形管的翻身、 吊运及运输是外高 桥900MW超临界锅炉 “三器” 制造的又一难点, 为此,我们专门设计了管排起吊装置、 管子吊运 架、 管排翻身装置等专用工装。 (3)在过热器和再热器中采用了大量SA2213 T91管子,由于是超临界压力,ALSTOM对此类管 子焊接要求特严,不仅要严格控制焊前预热温度、 焊接道间温度,而且焊后不许受任何震动、 冲击和 受潮,除非焊后马上进行热处理。另外所有的无损 检测 (RT 、 MT) 必须在热处理后进行。 表3 “三器” 材料及结构汇总表mm 序号组件名称管屏材料、 结构悬吊管材料附件材料 1一级过热器 SA2213 T91 44. 57. 1SA2213 T91X15CrNiSi2520 共22排7支套/排44. 57. 1 X10CrAl18 2二级过热器 SA2213 T91 48. 37. 1(8)SA2213 T22X15CrNiSi2520 上部178排5支套/排48. 310X10CrAl18 下部89排10支套/排 3三级过热器 SA2213 T91 48. 38. 8SA2213 T22X15CrNiSi2520 共22排6支套/排48. 38X10CrAl18 SA2210C42. 76. 3SA2213 T22 共178排6支套/排 48. 310 4省煤器管系 SA2213 T11悬吊管与SA2213T11SA2387 Gr. 12 48. 38. 8管排之间用SA2182F12 C1. 2X15CrNiSi2520 共89排7支套/排三通连接 5一级再热器 SA2209 T1544 SA2213 T11544. 5SA2213 T22X15CrNiSi2520 SA2213 T2254548. 38. 8X10CrA17 共178排,10支套/排 6二级再热器 SA2213 T9163. 54. 5 共44排18支套/排 SA2213 T22 48. 38. 8 X15CrNiSi2520 X10CrAl18 2. 2. 2 T91生产工艺调整措施 2.2.2.1首先在生产线上采用机械焊进行直管接 长,焊前采用电加热或火焰加热法进行预热,预热 温度 200。在焊接过程中,必须焊一层后停下 来,待层间温度 300 且 200 时,再进行下一 层焊接,且错开每一焊层的起弧和收弧点。 2. 2. 2. 2待焊满20只左右接头后,把这批管子从 料架上吊下,把接头放进特制的箱式两哈夫炉内 及时进行局部热处理。 2.2. 2. 3热处理结束后,对接头分别进行100 % RT和MT检查。 2. 2. 2. 4将检查合格的管子吊上生产线弯制成 型。 2.3膜式壁制造 膜式壁分为炉顶管排、 垂直段水冷壁、 螺旋 水冷壁(水冷套组件除外)及灰斗等。具体材料 及结构见表4。 2. 3. 1螺旋水冷壁制造难点及工艺措施 螺旋水冷壁制造中的关键工艺是焊接,而焊 接的要害是怎样减少焊接收缩和防止焊接变形。 焊接收缩包括两个方面:一是管子与扁钢拼排焊 接收缩;二是在管排横向或纵向焊接大量密集性 或尺寸较大的附件所产生的焊接收缩,无论是哪 种收缩都涉及到宽度方向和长度方向。对垂直 管排,与常规产品相似,在长度方向上的焊接收 缩量可以采用全长加放足够余量予以补偿,而宽 度方向的收缩,可以靠加放扁钢宽度尺寸解决。 而螺旋水冷壁宽度方向的收缩会直接导致炉膛 总体高度的偏差,它会直接影响到产品的质量和 工地安装的可靠性。900MW超临界锅炉螺旋水 16 第1期亓安芳,等:900MW超临界直流锅炉制造工艺特点 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. w w w . b z f x w . c o m 表4 膜式壁材料及结构汇总表mm 序号组件名称管排材料出厂情况 1炉顶管排 管子:SA2213 T11706. 3 扁钢:SA2204A 6170 共分12片出厂 管排尺寸:21 0001 5002 000共分28片出厂 2 3 垂直水冷壁上段 垂直段水冷壁 管子:SA2213 T1144. 58 扁钢:SA2387 Gr. 12 C1. 1 675. 5 上部: 管子:SA2213 T1144. 58 扁钢:SA2387 Gr. 12 C1. 1 675. 5 管排尺寸:11 0002 9003 200 上段与吊架组装出厂 分上、 下两段出厂 上段:共28片 长 宽:14 3002 9003 200且上部带三 通出厂 下段:共28片,长 宽:17 0002 9003 200 且上部带分叉管出厂 下部: 管子:SA2209 T133. 76. 3 扁钢:SA2204A 626. 3 上部: 管子:SA2209 T133. 76. 3 扁钢:SA2204A 626. 3 管子:SA2213 T11386. 3 扁钢:SA2387 Gr. 12 C1. 1 615 共分102片出厂 4螺旋水冷壁 中部: 管子:SA2213 T11386. 3 扁钢:SA2387 Gr. 12 C1. 1 615 下部: 管子:SA2209 T1386. 3 扁钢:SA2204A 611. 06 上部:垂直段与螺旋段之间用十二通连接 管排宽约3m 多数管排:22 0003 000 5水冷壁灰斗管子:SA2209 T1387. 1 扁钢:SA2204A 622 分2片且与集箱组装出厂 集箱长约23m 管子长度约1. 5m 冷壁高度约60多m ,每侧墙均有几十块螺旋管 排组成,两侧到工地需与水冷套进行组装,如果 每片管排的宽度尺寸或相邻管距超差的话,则整 侧墙的尺寸就无法保证,并影响工地组装焊口对 齐和总装尺寸。 图1 螺旋水冷壁过渡段示意图 超临界直流锅炉制造的难点在于螺旋水冷 壁,而螺旋水冷壁中结构最复杂、 制造难度最大 是过渡段(见图 1) 。所谓过渡段,就是指螺旋上 升管圈过渡到垂直管圈的部分。过渡段需在工 厂内完成组装,以使工地总体安装时将垂直管 屏、 螺旋管屏分别与过渡段中的垂直段及螺旋段 直接对接。 过渡段制造的突出问题在于怎样控制焊接 收缩量,减少变形及避免焊接收缩应力过大引起 的裂纹。过渡段不仅有大量管子与多通锻件对 接焊口,而且还需嵌焊大量扁钢和装焊吊板、 梳 形板等附件,由于此区域焊口及焊缝数量繁多, 稍不注意,就会产生难以校正的焊接变形。另 外,此区域焊接时无论采用何种工艺,何种措施, 都会导致一定的焊接收缩和应力,故在管排制造 时应放一定的收缩余量。为了防止焊接变形,控 制收缩量,缓解拘束度,我们必须采取一定的措 施。首先制定整个螺旋水冷壁过渡区的焊接顺 26 锅 炉 技 术 第34卷 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. w w w . b z f x w . c o m 序,即先将十二通锻件与垂直水冷壁焊接,然后 再与螺旋段连接,最后在连成一体的过渡区管排 上焊接吊板、 梳形板等附件。 在水冷壁管排上如何嵌焊扁钢或焊接大型 吊板(见图 2) 是确保管排焊接质量和管排尺寸的 关键之一。特别是嵌焊合金钢扁钢,由于管排已 成形,刚性很大,加上合金钢的淬硬倾向,在焊接 时往往会产生大量裂纹,而本项目的水冷壁管排 与以往产品相比,其焊接条件更加恶劣。为此我 们根据过去的制造经验,结合本产品特点,制定 了螺旋水冷壁过渡段区域扁钢嵌焊和吊板焊接 的操作守则,在守则中我们详细规定了嵌焊扁钢 和吊板的焊接方法、 焊接顺序、 预热温度和后热 措施等要求。 2. 3. 2超临界直流锅炉的水冷套制造 在本次外高桥900MW超临界锅炉项目中, 上海锅炉厂有限公司未承担水冷套制作任务。 螺旋水冷壁中的水冷套组件的制造难度大 大高于垂直水冷壁中的水冷套,一是构成水冷套 的管子根数在螺旋管圈中要多得多,二是螺旋水 冷壁中的水冷套由于管子按螺旋上升角倾斜,设 计结构相当复杂,每支管子空间弯头多,弯曲半 径小,直段短,焊接困难,使组装工艺更为复杂。 所以在制造水冷套时,应设计制造专门的水冷套 装配架,对每根弯管加放一定的工艺余量,并在 装配架上试装,校正,最后进行装焊。另外装焊 后的水冷套,由于焊接变形大,校正工作难度很 大,制造时除采取上述工艺措施外,运用药芯焊 丝焊接,选用合理的焊接顺序是十分必要的。 2. 3. 3螺旋水冷壁管屏的管端加工 图2 水冷壁管排上吊板 螺旋水冷壁管屏的管端加工与垂直管屏不 同,由于管端平面垂直于管子中心线,而管屏的 分段是平行于炉膛的中心线,使各管口平面与管 屏端线成一夹角,此夹角等于螺旋水冷壁的螺旋 角。因此采用一般型式的管屏端面加工机是不 行的,必须采用手提式或悬吊式管端加工机。 2. 3. 4螺旋水冷壁管屏的成排弯 螺旋水冷壁管屏在炉膛四角处需成排弯,即 各侧墙管屏上均带有一个成排弯头(外高桥项目 不带成排弯头)。在工地组装时,四侧墙的管屏 直接连接成整体。螺旋水冷壁管屏的成排弯,不 同于垂直管排的成排弯,即弯曲线与管子中心线 成一角度(即螺旋角 ) , 成排弯时应严格控制管排 的螺旋角度,要保持各种管排角度的同一性。 2.4喷水减温器制造 外高桥900MW超临界锅炉喷水减温器分为 级、 级和 级,其中 级和 级喷水减温器 本体材料为SA2335 P91 ,规格为ID255mm45 mm5 000mm ,共8组。 P91减温器为我公司首次制造,由于P91材料 为马氏体钢,焊接性差、 冷裂倾向敏感,为了保证焊 接质量,防止冷裂,我们规定P91减温器焊前预热 温度 200,焊接道间温度 300,在整个焊接 过程中,焊接区域及周围热影响区温度应保持在 36 第1期亓安芳,等:900MW超临界直流锅炉制造工艺特点 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. w w w . b z f x w . c o m 200300 之间,焊后冷却至不低于200 时,进 行3004002h的消氢处理。为此我们采用了 特制的内部电加热装置,同时外部覆盖陶瓷纤维保 温材料,在减温器的两端及当中各搭一点热电偶, 自动控制及调节预热及后热温度。 P91材料含有较多的合金元素,在高温时极 易氧化,使焊缝根部成形很差,为了改善根部焊 接质量,使其呈圆滑过度,在管座氩弧焊封底时, 必须在管座内加装可充内保护气体的特殊工装。 2.5旋风分离器制造工艺特点 超临界直流锅炉没有锅筒而采用旋风分离 器。在外高桥900MW超临界锅炉中共布置有6 组旋风分离器。 旋风分离器的本体材料为SA2182、F12、 C1. 2 ,规格为ID420mm70mm4 000mm ,筒身 为一头带缩颈的锻造管,另一端与锻造缩颈管相 接,每根旋风分离器上还有4个与本体径向偏移 轴向不垂直的偏斜管座(见图 3) 。与锅筒相比, 尽管旋风分离器要小得多,但4个偏倾斜管座的 加工和焊接均有一定的难度。首先是管座的加 工,由于是变角度坡口,需采用机械方法进行坡 口预加工,然后采用人工修磨至图纸所示要求。 由于人工修磨,故难以保证氩弧焊封底时所要求 的均匀间隙 (2 2. 5mm) ,所以,工艺采取加 放管座厚度余量,直接采用手工电弧焊打底,焊 图3 旋风分离器 后内镗焊根以保证根部全焊透。 3 结论 (1)超临界直流锅炉制造的关键在于螺旋水 冷壁的制造,特别是过渡段的制造,必须采取必 要的,特定的工艺措施。 (2)通过外高桥2台900MW超临界直流锅 炉的制造,使我们对超临界锅炉的制造工艺加深 认识,得到操练,取得经验,促进了工艺的完善和 成熟,公司正在成为同行业中较领先且对螺旋水 冷壁有实际业绩的企业。 The Manufact uring Charact eris tics Of t he 900MW Supercritical Pressure Monot ube Boiler Q