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超超临界锅炉燃烧器区水冷壁组件制造工艺研究第38卷第4期2007年7月锅炉技术BOILERTECHN0L0GYV01.38,No.4Ju1.,2007文章编号:CN311508(2007)04005105超超临界锅炉燃烧器区水冷壁组件制造工艺研究钱月清(上海交通大学机械与动力工程学院,上海200030)关键词:超超临界压力锅炉;燃烧器区水冷壁;制造;装配架摘要:锅炉燃烧器区水冷壁的结构复杂,尤其是超超临界压力锅炉在该区域选用了新的材料,需要进行相关的焊接,工装设计等方面的研究.通过对外高桥项目的锅炉燃烧器区水冷壁制造工艺难点的分析,进行了针对性的工艺研究,从而制订专用工艺方案.通过控制工艺流程中的关键环节,调整工艺参数,保证了产品的制造进度和质量.另外,还就制造实践进行了总结,提出了可改进的方面,可为今后相似结构的燃烧器区水冷壁组件的制造积累经验.中图分类号:TK223.23文献标识码:B1前言上海锅炉厂有限公司为上海外高桥三期设计了2955t/h超超临界一次中间再热螺旋管圈直流循环锅炉,单炉膛塔式布置,四角切向燃烧,摆动喷嘴.外高桥三期1000Mw超超临界压力锅炉中的燃烧器区水冷壁组件,结构复杂,制作工艺要求高.目前,国内其他锅炉制造厂都未有制造先例,上海锅炉厂有限公司亦为首次制造.为了确保1000Mw超超临界压力锅炉的产品质量,我们对燃烧器区水冷壁组件的制造工艺开展了研究.本文就外高桥三期1000Mw超超临界压力锅炉中的燃烧器区水冷壁组件制造情况,分析所应用的制造工艺,探讨今后相关制造工艺需改进的方面.2产品情况简介2.1制造标准及法规本锅炉产品按引进的ALSTOMPOWER公司技术及ASME(2001版及2001版补遗)和蒸汽锅炉安全技术监察规程等标准进行设计,制造和检验.2.2水冷套结构简介在外高桥三期1000Mw超超临界压力锅炉项目中,锅炉的炉膛四个角布置有燃烧器,每个角的燃烧器区水冷壁组件从上向下可分为:燃尽风孔区水冷壁,上部燃烧器区水冷壁,中部燃烧器区水冷壁和下部燃烧器区水冷壁4层,即1台锅炉共有16只燃烧器区水冷壁(下面简称水冷套).水冷套采用螺旋管圈形式,螺旋管圈螺旋角度为26.21.燃尽风孔区水冷壁和上部燃烧器区水冷壁的管子材料为SA213一T23,中部和下部燃烧器区水冷壁的管子材料为SA213-T12.管子规格为38.1mm6.78mm,扁钢为t一6mm,材料SA387一Gr12CL1,节距为48.6mm.水冷套的具体外形尺寸结构尺寸见表1.表1水冷套的具体外形尺寸名称高度/mm宽度/mm管子数量备注3制造难点构成水冷套的管子根数多,因螺旋角原因,使水冷套结构更为复杂.每根管子的弯头多(910个弯头),弯曲半径小,直段短,弯管困难.其中有近2000只R40锻件弯头,管子对口焊接的手工焊口数量多,此外还有大量的镶嵌扁钢的密集焊接,组装焊接困难,焊接变形难控制.收稿日期:20070223作者简介:钱月清(1973),女,上海交通大学机械与动力学院工程硕士在读.锅炉技术第38卷3.1弯管1000Mw超超临界压力锅炉中的水冷套组件结构与600Mw超超临界锅炉差别较大,单根管子的弯头多,并且弯头问直段短,甚至有些都没有直段.管子跳管的方式更复杂,弯管的制造正确性要求也更高,制造难度大.本项目中的管子材料还采用了该组件中从未使用过的SA213一T23,弯管及后续工序之间的工艺规范,更增加了制造难度.3.2装配工装外高桥项目中,锅炉炉膛4个角,燃尽风孔,上,中部燃烧器区水冷套的结构相同,下部水冷套结构不同.水冷套的管子分层复杂,管子前后穿插,且为不对称型.水冷套的喉口部位呈向内收缩状,比600Mw超临界锅炉的水冷套的结构复杂得多,对水冷套装配工装的设计提出了更苛刻的要求.3.3焊接工艺外高桥项目锅炉水冷套中,上部燃尽风孔及上部燃烧器区水冷套的管子材料为SA213一T23,中部及下部燃烧器区水冷套管子材料为SA213一T12.SA213一T23材料作为水冷套管子材料,在上海锅炉厂有限公司是第1次.确定合理的焊接规范和恰当的焊接顺序,控制焊接变形,防止焊接缺陷,需进行专题研究.3.4装配工艺对于结构复杂的水冷套的制造,其组装顺序,装配要求十分严格,如何进行小片管组焊接收缩量的控制,确定焊接收缩中心位置梳形板及附件焊接尺寸控制,水冷套总成和开孔尺寸控制等,都将影响整个水冷套的焊接质量及最终外形尺寸.此外,如何保证水冷套内,外侧连接板与燃烧器的配合尺寸,保证产品工地安装,也需采用相应工艺措施.4制造工艺方案根据本项目水冷套结构特点的要求,结合600Mw超临界锅炉水冷套的制造经验,制订了专用的工艺方案.水冷套总的制造原则:根据水冷套的结构,先分小片装配,在装配架上点焊,下装配架焊妥,校正后总成,再焊妥分片处扁钢等,热处理,热处理后校正,然后再与燃烧器进行组装出厂.按先后顺序,水冷套的主要工艺程序有:(1)装配架工装的设计,制造;(2)管子备料,按图弯制,管端坡口加工;(3)在装配架上将弯管与锻件弯头R40进行组装焊接,焊口探伤合格后备用;(4)在装配架上先分小片装配管子和扁钢,点焊,下装配架,再焊妥小片管排;(5)小片管排校正后进行管排总装,焊妥分片处扁钢,摆搭并焊妥梳形板及其他附件;(6)大炉热处理;(7)焊妥法兰板,校正;(8)去除管端余量,通球,水压试验;(9)在燃烧器厂进行水冷套与燃烧器试装.5水冷套制造工艺研究5.1弯管制作由于弯管设备的局限性,对于小R弯管,短直段,无直段的管子弯管不能直接加工,本项目中的单根管采用R69弯头弯制;R40弯头为锻件,手工将其拼接而成弯管的形式.采用这一制造方式,免除了SA213一T23的管子小R弯管后的热处理工序.备料时管子要考虑焊接,校正收缩及加工余量.弯管的管子,弯管后先在平台上对样校正,然后在装配架上再进行校正(见图1),以严格控制弯管的各部尺寸的正确性,一致性.图1管子弯后(在装配架上)弯管后的管子与小R锻件弯头拼接在装配架上进行装配对口摆搭,点焊后下装配架焊妥拼接.管子及锻件之间的对接焊缝,全部采用手工氩弧焊(GTAw),焊后进行100射线探伤.拼接后的管子在装配架上再次进行校正,通球检查,严格保证弯管的各部尺寸的正确性.在制造中,由于弯管误差大,需花费较多的第4期钱月清:超超临界锅炉燃烧器区水冷壁组件制造工艺研究工作在弯管的热校正中.5.2装配工装根据600MW超临界锅炉的水冷套的制造经验,将本项目的水冷套分小片进行制造,相应的装配工装(装配架)按分片的形式进行设计.考虑到水冷套的喉口部位呈向内收缩状,为便于产品与装配架拆卸,装配架的上端支撑设计为活络结构.水冷套装配架的设计要考虑焊接收缩量,在装配架中采用梳型板的节距尺寸来控制管子节距.水冷套装配架设计时,应确定合理的分片位置,该分片位置应为水冷套焊接的收缩中心,通过调整分片位置的扁钢尺寸,可控制开孔的尺寸和整个水冷套的高度尺寸.由于水冷套开孔尺寸变化多,为减少装配架数量,设计时可考虑每个装配架上组装多片的管排,以便重复使用.水冷套装配架使用于弯管的校正,管片的校正,装配架的设计必须具有一定的刚性和强度.进行水冷套总成时,设置水冷套的专用平台(见图2).在该专用平台上校正管排,控制外形尺寸,控制开孔尺寸,装焊法兰板等附件.在平台上标出水冷套的中心基准线,外形尺寸线,开孔尺寸线,螺旋角线.水冷套长度尺寸必须考虑到焊接法兰板等附件的焊接收缩余量.图2总装平台在水冷套装配架的使用过程中,由于水冷套端部的组装有大量工作,如管子拼接,射线探伤,嵌焊不规则钢板,校正等,原先设计的装配架除了组装端部的管片外,还有其他的管片需在该装配架上组装,造成了装配时的冲突,不方便水冷套的各片组装.今后应改进装配架的设计,对于较复杂的组装工序的装配,设计专用的装配架,与其他装配工序简易的装配架区分开,便于制造部门使用,加快产品的制造进度.5.3焊接工艺水冷套的焊接工艺要求所有的焊缝焊接前必须清除焊接件所有焊接区域20mm范围内油污,锈等影响焊接质量的杂质.主要的焊接工艺为:(1)弯管先在装配架上与锻件弯头装配点焊,然后取下采用手工氩弧焊(GTAW)焊妥,焊后100RT探伤合格,检验后待用.(2)分片在装配架上点焊扁钢,钢板,点焊采用手工电弧焊.下装配架后采用药芯焊丝气体保护焊焊妥.(3)在装配架上摆搭并焊妥梳形板及其它附件(梳形板之间对接,法兰板及筋板与法兰板焊除外),焊接采用手工电弧焊.(4)整体热处理后,焊妥梳形板之间对接焊缝,法兰板与预埋件及筋板与法兰板间焊缝,所有焊接采用手工电弧焊.尽管水冷套的焊接工作量较大,但是在生产过程中,严格按焊接工艺规范进行操作,大量的扁钢嵌焊(含弯头处钢板焊接)采用的是药芯焊丝气体保护焊,梳形板之间对接,法兰板之间焊接采用手工电弧焊的小电流焊接,正反面交替施焊,很好地控制了焊接热输入量.因此,整个水冷套焊接变形得到控制,基本上满足了水冷套制造质量的要求.5.4组装工艺水冷套是按先分片然后总成的组装方式进行制造的.主要组装工艺有:(1)在装配架上弯管与锻件弯头先进行组装焊接,焊口探伤合格后进行通球,校正,光谱分析.(2)水冷套分片在装配架上焊接成型.在装配架上,弯管管子用梳形板进行定位夹紧.为保证水冷套中的各尺寸符合图纸要求,两侧的管子应紧贴中间装配架.管间嵌入的扁钢尽量减少管子与扁钢之间间隙,以利于减少焊接时的收缩变形.嵌焊的扁钢需考虑焊接收缩,宽度要放余量.分片处的扁钢先不嵌入,待小片扁钢焊妥,在总装时再进行装焊.水冷套上,下两端的斜面管子应先在装配架上进行组装,焊妥扁钢,钢板,100磁粉探伤后,54锅炉技术第38卷再上装配架与其他管子一并定位组装.(3)从各装配架上分组拆下管组,搁置平整,对水冷套管子与扁钢部分进行正反两面焊接并焊妥.焊接方法采用气体保护焊,焊接方向应由内向外,从管排中间向两侧进行焊接.焊后进行1009/6的磁粉探伤.(4)水冷套管组进行校正,热校正时控制管排的加热温度,严禁水冷.(5)水冷套的各分片管排焊,校正合格后,上总成装配台架.在该平台上划出水冷套的基准线,开孔位置线,长度,宽度尺寸线,并适当地装焊定位靠山.考虑到焊接法兰板等附件的焊接收缩(水冷套长度尺寸),需放余量.小片管排在装配平台上就位,按平台样作正,修正各部尺寸,按图装配摆搭小片与小片间的扁钢并点焊,焊妥.(6)装焊水冷套法兰装置中的内,外侧梳形板及附件(钻孔法兰板除外).装配焊接时,内,外侧梳形板根据实际情况进行分段,分段处按要求修磨坡口.装配摆搭内,外梳形板及附件并点焊,焊妥.焊接时注意焊接方法,焊接程序,要保证梳形板的平整度和直度,减少焊接变形.焊后进行1009/6磁粉检查.(7)水冷套总成(除法兰板外)后进行整体热处理.水冷套热处理时,应搁置平整进退火炉.热处理前,水冷套中可点焊临时支撑,以利于减少热处理时水冷套管组的变形.(8)按图装焊法兰装置中的钻孔法兰板.焊接采用预热,焊后不热处理的方法,焊接时注意控制焊接预热温度,按焊接工艺要求进行焊接,焊后进行100磁粉探伤.(9)按图校正水冷套的各部尺寸及管端节距尺寸,热校正时注意控制加热温度.复核水冷套的各部尺寸,划水冷套管端的余量线,加工线.气割管端余量并倒角至尺寸.(10)水压试验,油漆等.(11)水冷套与燃烧器组装.在水冷套的组装过程中,按照上述的工艺程序,装配要求,产品的制造质量基本满足要求.(见图3)图3最终产品6结论超超临界压力锅炉的水冷套制造已完成,通过各相关部门的努力,水冷套的制造质量基本上满足了设计图纸的要求,说明制定的工艺方案能够满足水冷套制造要求.通过这一次的制造,以下方面可作进一步地改进:(1)由于弯管设备的局限性,小R弯管,短直段,无直段的管子弯管都不能加工,加之弯管设备引起的弯后误差,造成管子弯后,与小R锻件弯头拼接后校正工作量大.建议添置先进的弯管设备,可弯制小R(R/D=11.5),短直段,无直段的管子,弯曲角度,直段尺寸的控制采用数控.这样既可严格保证弯管各部尺寸的正确性,又可免除大量管子弯后与小R锻件弯头对口的拼接工作.(2)水冷套端部的组装在水冷套的装配架上进行,如管子拼接,射线探伤,嵌焊不规则钢板,校正等,工作量大.而原先设计的装配架上除了进行端部管片的组装外,还有其他管片需在该装配架上组装,这样造成了装配时间冲突.以后在装配架的设计中,我们将对较复杂的组装工序的装配设计专用的装配架,与其他简易装配工序的装配架分离,使设计更加合理,便于制造部门合理使用,加快产品的制造进度.(3)水冷套制造完成后,其吊运,搬运要引起重视.由于水冷套局部部分不焊扁钢,法兰板上又开了较多的槽,对整个水冷套来说是没有刚性的,因此,水冷套制造完成后,其吊运,搬运必须采用专用的包装装置.另外,在制造过程中,水冷套的水压试验可在管端去余量前进行,以避免水冷套在水压试验时翻身,吊运变形,影响产品的外形尺寸.第4期钱月清:超超临界锅炉燃烧器区水冷壁组件制造工艺研究55参考文献:1高子瑜,徐雪元,丘加友,等.上海锅炉厂有限公司百万等级超超临界型锅炉方案简介_J.锅炉技术,2oo6(=Dj)2任一平,赵伟珍.T22,T23钢管膜式壁制造工艺试验总结fR.上海锅炉厂有限公司,2004.ResearchontheManufactureTechnologyofBurnersFurnaceSubassemblyPartinUltrasupercriticalBoilerqIANYueqing(Schoo1ofMechanica1andPowerEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030,China)KeyWOrds:theUltrsupercriticalBoiler;burnersfurnacesubassemblypart;manufacture;assemblyframeAbstract!ThestructureoftheburnersfurnacepartinboilerisSOcomplicate.NewkindsofmaterialareusedintheUltrasupercriticalBoiler.Relevantresearchfortheweldandthedesignofaccessorialequipmentshouldbecarriedon.ThispaperanalyzedthekeypointsinthemanufactureoftheburnersfurnacepartoftheWaigaoqiaoproject.Thearticleintroducedtheresearchmethodswhichusedintheproject.Intheprocess,thekeypointswerecontroiled,theparameterswereadjusted,theprogressandqualityoftheproductwasassured.Duringtheprocessoftheburnersfurnacepartsmanufacture,theexperienceshavebeenaccumulated.Thearticlepointedouttheimprovementsforthemanufacture.Andthesamesubassemblypartsunderthesimilarconditioncanbemanufacturedbythesameprocedure.(上接第18页)3李建刚,杨宏民,杨义波,等.汽轮机电功率修正计算的研究J.汽轮机技术,1999,41(6).U4朱新华.电厂汽轮机M.北京:中国电力出版社,1993.5潘文全.工程流体力学M.北京:清华大学出版社,1988.6剪天聪.汽轮机最优经济运行M.北京:水利电力出版社,1989.7秦曾煌.电工学(上册)M.北京:高等教育出版社,1999.StudyofPeriodicBlowdownOptimumLoadfortheVariablePressureOperatingUnitYANGXiaokun.LIJian
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