壳牌气化炉的现场组焊技术

■肖晓磊

中国化学工程第十一建设公司河南开封

475002

摘

要通过与壳牌公司技术交流，借鉴国外压力容器组焊的先进经验，在国内中石化油改煤工程投料调试的经验基础上，

结合大型气化炉组焊技术的工程实例，阐述一项成熟的气化炉现场组焊技术。本文着重于描述施工程序（组装流、组对与焊接、内件安装。对于无损检测、消除应力热处理、液压试验、衬里等仅做一般性介绍。程）

关键词壳牌技术气化炉中图分类号TG44

现场组对

焊接

文章编号1672-9323（2010）03-0035-08

文献标识码B

1气化炉概况

近年来，随着煤化工的兴起，煤液化技术、煤制甲醇、油改煤在国内大批推进，其中壳牌气化炉（以下简称：气化炉）是采用最中原大化50万t 甲醇装置、大唐多的设备之一，如神华煤制油、多伦168万t 甲醇46万t 煤基烯烃均采用壳牌专利技术。壳牌气化炉一律为专利设备整体引进，并由外商进行总体设计，其壳体部分大致分由两个国家制造：西班牙、印度L ＆T 公司；内件部分由荷兰SEG 公司设计，分别由西班牙和L ＆T 公司制造；其结构形式为膜式水冷壁结构。1. 1气化炉总体介绍

气化炉主要由壳体和内件组成。其中壳体分为反应器（Re-actor ）＋激（急）冷管（Quench Pipe ）（位号：V1301），合成气冷却器（Syngas Cooler ）＋气体返回室（Gas Return Chamber ）（位号：V1302），输气管（Transfer Duct ）（位号：V1303）。内件分为渣池（位号：V1401）、激冷管中压蒸汽发生器（位号：E1301）、输气管E1302）、合成气冷却器中压蒸汽发生器中压蒸汽发生器（位号：（位号：E1303）、气化炉反应器中压蒸汽发生器（位号：E1320）以及气体返回室内的立管（主管）和斜管（支管）等七部分。1. 2设备材料及设备规格

气化炉整体重量约1300t 。壳体主要材质为SA387GR11CL2；在反应器段、合成气冷却器段有一部分材质为复合材料SA387GR11CL2＋NO8825；最大壁厚285mm ；壳体最大内径Φ4630mm ；需要现场组对焊缝处的壁厚为65～90mm ；整体长段50. 2m 。气化炉整体模型如图1所示。1. 3设备分段（以2000t 炉子为例）

为了满足设备内陆道路运输及组焊吊装要求，在初步设计期间，技术方案的讨论必须有制造厂商参加，他们必须充分考虑

行设计分段：

（1）组件高度）组件宽度（2

（3）组件长度（4）组件重量

最高5. 1m ；最大7m ；最长25. 00m ；最大150t 。

图1气化炉整体模型

管口方位、外壳外部尺寸等因素，并按照以下尺寸和重量极限进

具体的设备分段情况列表如表1、表2所示：（注大唐3000t 炉子分段的几何尺寸及重量略大些）

石油化工建设10.

表1

外壳分段一览表

坡口形式偏“X ”偏“X ”偏“X ”偏“X ”偏“X ”偏“X ”偏“X ”偏“X ”偏“X ”偏“X ”偏“X ”偏“X ”

净重kg [***********][***********][***********]100101000

SA387G R 11CL 2上端为带余量毛边

SA387G R 11CL 2弯管SA387G R 11CL 2带一斜管SA387G R 11CL 2封头段

SA387G R 11CL 2

SA387G R 11CL 2带恒力吊支座

SA387G R 11CL 2

备注

分段号Section －1Section －2Section －3Section －4Section －5Section －6Section －7Section －8Section －9Section －10Section －11Section －12

分段名称反应器底部反应器中部反应器中部反应器中部反应器顶部激冷管输气管气体返回室气体返回室顶部合成气冷却器上部合成气冷却器中部合成气冷却器下部

规格

（mm ）φi ×L ×δφ4644×3650×(75＋5) φ4630×3950×(85＋5) φ4630×3500×90φ4630×5700×90φ4630×3000×90φ4630/φ3020×11100×90/80

φ3020×11670×80φ3400/φ3020×5450×200/70

φ3400×3950×65φ3400×20900×70φ3400×5000×75φ3400×14900×75

SA387G R 11CL 2+

SB 424-U N S-N O8825SA387G R 11CL 2

2拼装工艺流程

表2内件分段一览表

分段号12345678

位号V1401E 1320E 1301E 1302

分段名称渣池中压蒸发器中压蒸发器中压蒸发器支（斜）管主（立）管

规格（mm ）φi ×L φ3700×3100φ3900×11800φ3200×14000φ2100×12300φ1700×5500φ2200×7050φ3100×19000φ2700×19400

净重（kg ）[***********][***********]0

安装部位反应器内底部反应器内激冷管内输气管内气体返回室内气体返回室内

合成气冷却器内合成气冷却器内

施工技术准备→施工场地准备→施工资源准备→卸车验收及摆放

壳体组对、焊接、无损检测、热处理→

地面安装内件→壳体分段吊装→在框架上空中组对→黄金焊缝焊接

衬里及内件完善（内件陶瓷衬里，安装敲击装置、开工烧嘴、点火烧嘴等）

→煮炉烘炉

图2拼装工艺流程图

2. 1反应器＋激冷管组装工艺流程（如图3所示）

图3反应器＋激冷管组装工艺流程图

2. 2输气管＋气体返回室拼装工艺流程（如图4所示）

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水压试验→耐火衬里

E 1303-2中压蒸发器E 1303-1中压蒸发器

图4输气管＋气体返回室拼装工艺流程图

2. 3合成气冷却器拼装工艺流程（如图5所示）

三大部分的分段组对及内件安装工作全部完成之后，按照“反应器＋激冷管”“合成气冷却器”、、“气体返回室”的顺序把三大段吊装至装置框架上就位，然后在装置框架上完成最后两道黄金焊缝的组对焊接以及其它内部接口工作。

3现场组焊对设备的制造要求

3. 1焊接坡口要求及长度预留

焊接均采用双面坡口形式，即通常所说的偏“X ”形坡口，长度预留端不需要坡口。

表4

段号12345678

图5合成气冷却器拼装工艺流程图

9101112

各段吊耳需要满足吊装要求一览表

吊耳要求

满足垂直吊装、1+2段放倒、1～5段竖起时辅助满足垂直吊装、1+2段放倒满足垂直吊装、水平吊装满足垂直吊装、4+5段放倒

满足垂直吊装、4+5段放倒、1～5段竖起、1～6段整体垂直吊装满足水平吊装、单独垂直吊装和1～6段整体垂直吊装满足水平吊装、7+8+9整体垂直吊装满足水平吊装、7+8+9竖起时辅助

满足水平吊装、单独垂直吊装和7+8+9整体垂直吊装满足水平吊装、10+11+12整体垂直吊装满足水平吊装

满足水平吊装、10+11+12整体垂直吊装时辅助

3. 1. 1各段之间焊缝的坡口详情（如表3所示）3. 1. 2长度预留

本设备在设计制造时，为了保证所有分段筒体在现场组对后整体尺寸能够满足设计要求，在反应器外壳上端（第5段上端）、激冷管上端（第6段上端）、合成气冷却器上端（第10段上端）预留有约50mm 的长度余量，其目的是用来调整确保整体长度不变（充分考虑焊接时的收缩量和修整坡口的余量）。3. 2组对的吊耳要求

设备在组对过程中，需要不断地变换位置，这就需要全盘考虑整个施工工艺，设计出合理的吊耳，以满足设备组对时的吊装要求。具体要求如表4所示。

同样，内件的吊装也要充分考虑。比如反应器和激冷管内件为了满足安装要求，需要设置合适的满足垂直吊装的吊点。3. 3筒体上的预焊件

因为设备外壳上分布有诸多的管嘴，在筒体位置上不一定有满足SAW 焊接转动要求的位置，于是考虑在不能满足转动要求的筒体上的适当位置安装支撑圈，高出设备管口，通过转动支撑圈来满足筒体的转动要求，这就要求在设备筒体上焊接一些“支撑板”以安装固定支撑圈。支撑板的焊接在设备出厂前由制造厂完成。

3. 4内件安装滑道的预焊件

考虑到内件安装的可行性和便利性，在设计时，特别为在水平状态下安装的内件设计了水平滑道，以方便水平方向的推进。需要水平滑道的内件包括输气管的内件中压蒸发器E1302，GRC 主管的内件、合成气冷却器的内件中压蒸发器E1303Ⅰ和GRC 主管、合成气冷却器。为了Ⅱ，分别涉及的壳体为输气管、安装滑道，在设备壳体内表面上预焊一定高度的钢板。衬里喷涂后外露一部分，在外露部分上焊接钢板或者H 型钢来组成滑道。预焊的钢板高度要以内件在滑道上时内件中心线和外壳中心线重合为宜。

4现场施工准备

4. 1场地准备

现场组对工作对场地有两个必须满足的条件：（1）面积要满足单位筒节摆放和施工的需要；

（2）场地的地基处理（因为吊装和水压试验等相关工作对地面地耐力要求较高），要求达到35t/m 2。

所以施工前要对组焊场地进行地基处理。若地面耐力能满

表3各段之间焊缝坡口一览表

焊缝名称

焊接部位

焊接位置状态水平转动水平转动水平转动水平转动水平转动/垂直框架上垂直水平固定水平固定

水平固定/框架上垂直

水平转动水平转动

母材厚度85+5mm90mm 90mm 90mm 90/95mm 80mm 65/70mm 65mm 70mm 65mm 65mm

焊接方法SAW+SMAW

SAW SAW SAW SAW/SM AW SM AW SM AW SM AW SM AW SAW SAW

备注

SW1SW2SW3SW4SW5SW6SW7SW8SW9SW10SW11

1+22+33+44+55+66+77+88+98+1010+1111+12

X 坡口，外22. 5°+22.5°，内30°+30°X 坡口，外22. 5°+22.5°，内30°+30°X 坡口，外22. 5°+22.5°，内30°+30°X 坡口，外22. 5°+22.5°，内30°+30°

液压试验时V 坡口10°+35°间隙8mm ，黄金焊口时V 坡口10°+35°间隙

外坡口25°+10°，内坡口45°+45°深5mm X 坡口，外22. 5°+22.5°，内30°+30°X 坡口，外22. 5°+22.5°，内30°+30°

液压试验时X 坡口，外7. 5°+5°。黄金焊口时V 坡口12. 5°+12.5°

X 坡口，外22. 5°+22.5°，内30°+30°X 坡口，外22. 5°+22.5°，内30°+30°

石油化工建设10.

足技术要求，作技术处理即可；若不能满足则要考虑打桩处理。最好有大厂房以保证连续作业，不受气候变化影响。环境条件、气候变化均是保证质量和速度的必要条件。

焊接采用埋弧自动焊时，在组焊现场要有方便布置滚轮架和埋弧自动焊机的轨道。

在设备筒体垂直组对时，要搭设足够大的组对作业平台。

分段设备在卸车和正式施工前，根据实际场地做一平面布置图，合理布置卸车位置、组对位置和焊接位置。这是加快施工进度的保障。4. 2机具准备

在确立总体技术方案时，对于外壳应优先采用SAW （Sub-merge Arc Welding 埋弧自动焊）。焊接时需要提供一些辅助设备，这些辅助设备包括SAW 自动焊机和焊接操作架等。辅助设备具体要求和数量如表5所示。

表5

辅助设备具体要求和数量一览表

序号机具名称规格型号数量1SAW 焊机L incon D C1000+NA-5S

4台2SAW 焊接操作架罗马重工R M 60100-00，

R M 8065-00

3套3焊剂回收装置2个

4滚轮架主动轮罗马重工400T 3个5滚轮架主动轮罗马重工200T 2个6滚轮架从动轮罗马重工400T 3个7滚轮架从动轮罗马重工200T 2个8滚轮架装配轮罗马重工200T 2个9特殊滚轮架轮宽150m 100T

1个10

防蹿动推轮

2个

同时要准备各阶段需用的大吨位吊车。应根据施工工艺编制合理的进度计划，安排吊车使用计划，以达到降低成本的目的。吊车使用情况详见表8吊装使用一览表。4. 3环境气候条件及防护措施

焊接质量是产品的最重要指标。对于焊接来讲，焊接技术对环境条件、气温、风沙、焊道的层间温度控制都有明确的施焊要求。对于每一道焊口，从组对到无损检测及热处理都需要全天候作业。因此应根据地域和现场实际情况，建造固定式、移动式等不同结构形式的厂房来做好防护工作。4. 4其他技术措施4. 4. 1预加热措施

设备材质要求在焊接前和焊接时需要预热，焊接后要后热，从技术上考虑两种加热方式：一是采用埋弧自动焊时采用火焰加热；二是手工焊时采用电加热。电加热的方式快捷、省工省时、操作简便，但需要耗电，至少应考虑两台630kW 的变压器。

火焰加热采用无烟液化天然气。因为天然气用量比较大，为了保证安全，可以建一个小型的液化气站，通过埋地管线供应天然气到加热点。4. 4. 2组对工装措施

石油化工建设10. 03

组对时采用在筒体错边量超标的位置上焊接“L ”型卡子，然后用薄体分离式液压千斤顶进行校正。合格后，通过加固焊或者焊接背板以固定焊口。4. 4. 3防蹿动装置

为了防止筒体在滚轮架上转动过程中因为筒体水平度的偏差而向一端蹿动，可以制作一个支撑结构，在结构上安装一个和筒体的下边同一高度的带轴承的转动轮，通过转动筒体观察出筒体蹿动的方向后，把带转动轮的支撑结构安装在筒体蹿动的方向上，防止筒体继续向该方向蹿动。4. 4. 4热膨胀滑动装置

按ASME 规范要求，在消除应力热处理过程中，加热带面积较大，加热带和恒温带比较宽。为了防止加热后产生的过大的热膨胀损伤到设备，应专门制作一些棍子，在热处理时安装在支撑鞍座的下方，让筒体能够通过纵向移动来消除热膨胀产生的应力。

4. 4. 5转动配重措施

设备筒体上不同部位布置着各种规格的大人孔法兰与接管，这些法兰使设备重心偏离了中心线，当设备筒体在滚轮架上转动时，可能会因为偏心而影响到正常转动和设备安全，为了校正设备筒体的重心到中轴线上，特别制作了一些配重块安装在合适的位置，以抵消偏心对转动的不利影响（根据不同筒节、接管及法兰简略计算在各个角度重量）。4. 4. 6内件安装轨道

在内件安装时，需要利用一些壳体外部辅助轨道。外部辅助轨道为框架结构，由两条H 型钢制作，在结构顶部有约成45°包角。外部轨道安装后，它的轨道和壳体内部轨道连接在一起并处于同一水平面上。届时内件放置在特制鞍座上，并在鞍座的底部固定上滑动轮，然后放置在外部轨道上，利用爬行器倒链或卷扬设备把内件拉入壳体的正确位置，以便于内件顺利安装。输气管内件、

GRC 主管里的内件和SGC 的内件等在水平状态安装的内件均需要外部辅助轨道。辅助轨道的高度与设备滑道高度要一致，设备滑道高度以方便内件安装为宜。

5壳体组对

壳体组对按照组对时的筒体状态可分为垂直组对和水平组对。5. 1垂直组对

以1、2段的组对为例，说明垂直组对的步骤。

垂直组对在施工钢平台上进行。首先在预定组对位置用H300×300型钢以及δ＝20的钢板铺设10×18m 施工钢平台，然后用H700×350×16×20的型钢制作四个700mm 高的钢支架（每段设备用两个钢支架），并在钢支架上标记出设备放置到上面后的支撑点，用钢板找平支撑点。卸车时直接将第1段、第2段立放在支架上，这样筒体下部有缝隙，人员可以轻松进入设备壳体内部进行坡口修整和打磨，并在其中一个坡口壳体外侧（可以是第一段上口，也可以是第二段下口）划上组对限位卡具安装线，在预热的状态下焊上卡具，并且焊后后热。

调整好位于下方的第1段的垂直度，然后利用吊车将第2段吊至第1段正上方，在吊装状态下，把两段壳体放置到一起并调整到对口位置，然后检查各个方位的尺寸偏差。首先在筒体直线度满足要求的条件下，在错边尺寸偏差超标需要调校的位置（一般内侧和外侧都要焊）用手持式天然气火把预热，并焊接上校口用

“L ”形卡子，然后使用100t 的薄体分离式液压千斤顶来调整尺寸偏差到允许范围。经检查合格后，用可靠的临时性支撑加以固定，在预热（方法同上）的状态下进行点固焊，点固焊长度200～400mm 。点固焊应对筒体直线度再次进行检查，合格后，拆掉“L ”形卡子进行打底焊和加固焊，或者在焊口位置焊接几块（一般成对称分布，每2m 一块）固定加强板，以保证壳体在放置到滚轮架过程中两段之间的连接安全。在焊接过程中壳体的焊接部位亦应加热，温度为150～200℃；焊后消氢热处理温度300～350℃，时间4h 。5. 2水平组对

水平组对分为两种，一种是设备在固定鞍座上组对，一种是在滚轮架上组对，两种情况基本一样。

首先把较重设备段带支撑鞍座放置在钢平台上，调整其水平位置和组对时角度方位，并在要对口的位置上焊接上对口辅助限位卡子。在较轻设备段离对口位置远的一端设置一鞍座，高度要让两段筒体中心线重合。然后用吊车吊较轻设备段，另一端用鞍座支撑，通过调整吊车位置实现对口。同时检查筒体的水平偏差、

直线度等，合格后临时固定，如果临时固定强度足够，即可移开吊车。然后在错边量超差的位置焊接L 型卡子，使用液压千斤顶进行校口，校口后点固焊，完成后重新检查筒体直线度。5. 3组对质量控制

错边量：用钢直尺靠在内壁上检查，以不超过5mm 为合格。筒体直线度：在设备两端的0°、90°、180°、270°方位上做有明显的永久性标志。当筒体立式组对时，分别从两个互为90°的方位上吊垂线，测量该垂线到筒体外壁的距离。测量点为每个筒节两端的两点，即至少有四个点的测量数据，这些数据应基本相等，当偏差超过制造技术文件规定时，应调整筒体的直线度；当筒体为卧式组对时，分别从两个互为90°的方位上用U 形软管检测。5. 4其他辅助工作

在加固焊后（加固量要通过计算），开始在筒体外表面安装两道滚轮架支撑圈，支撑圈的位置在L ＆T 公司设置的预焊件位置上。支撑圈分成两个半圆，在地面组装后吊装至安装位置，根据尺寸要求用型钢支撑固定支撑圈到设备外壳上。支撑圈的安装要求比较严格，要控制其椭圆度和同心度和壳体一样。

6壳体焊口焊接

6. 1基本要求

（1）焊缝效率是1. 0；

（2）L ＆T 公司提供焊接作业指导书（WPS ）；

（3）“X ”坡口壳体和试压封头的焊缝必须全熔透焊，双面焊；

（4）“V ”坡口从一侧焊接的焊缝，必须做清根打磨，并进行MT 检验；

（5）一侧焊完开始反方向焊接之前，根部焊道必须加工，直至完全露出焊肉；

（6

）焊接坡口上不能有污物（油脂、着色剂、锈皮、水）；（7）只能在堆焊的焊道上允许引弧，不能在工件表面上引弧点火；

（8）焊完后，所有的焊缝不能有焊渣、铁锈和毛刺，必须打磨掉所有的锐角边缘过渡段；

（9）修复的焊缝必须再次进行无损检测；

（10）焊缝的内外表面应做超声波试验和表面着色检验，超声检验设备必须是双频的；

（11）焊前预热温度150～175℃，焊接过程中层间温度保持250～300℃，焊后消氢处理温度300～350℃，恒温3～4h ；

（12）如果焊接中断，必须进行消氢处理，再次施焊时仍需要预热。

6. 2埋弧自动焊焊接过程

首先，检查确认焊道状态。如果焊道上有未清除的固定加强板，应该尽快清除。然后转动筒体，开始加热。加热采用无烟液化天然气。当工件焊道位置达到要求的预热温度（150～175℃）后，调整滚轮架转速并设置焊接参数，开始施焊。一般SAW 焊接时连续施焊直至本次焊接结束，焊道一般6～7遍，连续焊接时间约45h 。焊接结束后开始消氢处理，

加大天然气烧嘴的供热量，使焊缝位置升温至300～350℃，保温3. 5h ，然后自然冷却。在连续焊接过程中，确保外界环境不影响设备焊接质量。如果在不可抗外力影响下必须暂时终止焊接工作时，必须要完成消氢处理。

外侧坡口焊接完成后，开始着手内侧坡口的焊接准备工作。首先是清根，刨除掉原来打底焊和加固焊的焊肉及部分坡口，以完全露出自动焊焊肉为止，然后打磨，之后按照规定做相关的无损检测（PT 、MT ），检测合格后，如果内坡口施焊条件全部具备，即可进行内坡口的焊接，方法与外侧坡口基本相同。6. 3固定口的手工焊接及复合层堆焊

整个气化炉组对共有6道固定口（4道黄金焊口、1道临时试压焊口、及8段+9段的固定焊口）采用手工固定焊接。组对合格后，在焊口位置两侧铺设电加热片，内外部保温。然后搭焊接作业平台，完成作业平台后即可开始预热，达到预热温度后，开始手工电弧焊焊接。

因为设备直径、壁厚大，焊接工作量比较大，需安排多个焊工同时进行焊接作业。焊接完成后同样需要做消氢处理，直接电加热至300℃，然后恒温4h 。固定口手工焊接的程序同自动焊一样，气刨清根，打磨，NDT 检测，然后开始另一侧坡口的焊接。一般要临时拆掉电加热设备。

气化炉外壳1+2段之间有复合层焊接SB424-UNS-NO8825），采用手工焊进行堆焊焊接。复合层堆焊在母材焊缝完成所有无损检测并确定合格后进行。复合层的厚度为5mm ，分为两层堆焊。过渡层焊接时，综合母材和复合层材质考虑，焊接时需要做预热，纯复合堆焊，则不需要预热。复合

石油化工建设10. 03

（

序号1

焊接方式SAW 自动焊

焊接材料焊接工艺参数

电流E 8018B 2焊丝（φ4. 0mm ）电压28～32V ，

+UV 420TTR 焊剂350～550A E 7018（φ3. 2mm ；

φ4. 0mm ）

电压22～28V ，电流

100～140A （φ3. 2mm ）；150～180A （φ4. 0mm ）

2手工固定焊

3复合层堆焊SS-E -309L （φ3. 2mm ）

电流电压24～

30V ，120～150A （φ3. 2mm ）

射线检查热处理之前

超声波检查热处理之前

磁粉探伤热处理之前

超声波检查热处理之后

磁粉探伤热处理之后

磁粉探伤液压试验之后

10%10%

制造厂的环焊缝和

纵焊缝

现场环焊缝

100%

100%（内测）

10%10%10%

管口焊缝

石油化工建设10.

（1）本设备在现场进行液压试验的部分包括气化炉反应器段和激冷管段、GRC 和SGC ；

（2

）试验压力为6. 38MPa （65kg/cm 2）；水温不低于5℃，内件试压有条件的可以采用脱盐水（软水）；

（3）带复合层的外壳进行液压试验时要控制好试验用水，以防止出现应力裂纹。

试验用水条件：最大允许氯含量：25ppm ；（4）液压试验后应彻底排放；

（5

）液压试验使用专用的密封垫片、盲法兰和其它设备；（6）试压前须将所有焊道表面的防护漆清除干净，以便检查焊道。9. 2液压试验程序

整个设备壳体的试压分为两部分：反应器段和激冷管段为一部分，气体返回室和合成气冷却器段为一部分。各分段的焊接全部完成达到试压状态后开始安装焊接试压封头。

安装盲板时，设备段仍在滚轮架上，这样可以把设备管口转到正上方便于操作。9. 3充水试验

准备工作完成后，可以开始注水。按照通常试压的做法，设备上部设置排气孔，待水注满后，堵死排气孔，然后连接试压泵，开始打压。首先打压至试验压力的50％，恒压5min ，然后按10％的比例逐次升压并恒压数分钟，直至最终压力。稳压30min ，检查试验区域。然后压力降至设计压力，做严密性试验。如果发现焊缝不合格的地方，修改后重新做水压试验，直至水压试验合格。

10耐火衬里施工

气化炉外壳衬里结构型式为龟甲网固定单层隔热耐磨衬里。龟甲网由L&T公司在制造厂时已安装。衬里材料采用我国大连派力固公司的产品，施工方法为喷涂。

喷涂施工时，为保证喷涂质量，仍将设备放置在滚轮架上，根据需要转动设备，使喷涂位置一直处于最佳状态。

喷涂前壳体及龟甲网的喷砂除锈等级为Sa3合格，在施工现场就地喷砂除锈。

11内件安装

按照内件的形状和实际施工状态，反应器和激冷管内件在垂直状态下安装，合成气冷却器、输气管、气体返回室部分在水平状态下安装。

11. 1反应器内件和激冷管内件的安装

首先要把试压时焊在一起的反应器和激冷管割开，然后用吊车把气化炉的反应器部分垂直竖起在地面临时基础上，用垫铁调整垂直度，满足要求后（垂直度要求为1mm/m ），可以着手内件安装的准备工作。

进行反应器的内件和激冷管内件的安装工作。如果这时装置的结构框架完成度允许安装反应器的话，可以直接安装到结构框架上，在结构框架内进行内件安装工作。我们是在地面上安装反应器内件的。

反应器的内件分为两大部分：渣池和反化室。渣池在下部，分为圆筒和锥体，材质为SB424-UNS-N08825不锈钢。

渣池吊装进壳体后，首先调整位置，合适后进行临时固定，之后重新检查尺寸，合格就继续安装渣池的附属件———锥体。安装后重新检查整体尺寸，如果合格，就可以进行加固焊工作。

然后就是气化室/中压蒸汽器的塞入及临时固定。用吊车吊进后，因为找正焊接需要较长时间，所以需要采取适当的措施来临时固定反应器内件。

反应器内件安装最核心的部分就是烧嘴位置的校正。通过专用的模板（L&T公司提供）和假烧嘴（烧嘴厂家提供）确定烧嘴和反应器的相对位置，壳牌公司确认后，可以连接渣池和焊接反化室/中压蒸发器的支撑来固定到壳体上。

反应器内件管道安装完成之后，开始安装激冷管内件和激冷管外壳。先吊装激冷管内件，通过线坠找中心后调整激冷管内件的位置，临时固定激冷管内件到反应器内件上。同时吊进去这两段内件连接所需要的管件。之后吊装激冷管外壳，比对检查激冷管内件外壳和反应器内件外壳的尺寸，尺寸检查合格，开始焊接激冷管内件和反应器内件之间的连接件。反应器段和激冷管段在地面的组装工作全部完成，达到吊装条件。11. 2输气管、气体返回室内件安装

输气管段内件安装时设计了专门的钢板滑道。在壳体底部的内壁预先焊接有支撑板，内件安装时，在支撑板上铺上钢板平台，然后在内件支撑鞍座下面加上滑动轮，借助吊车将内件塞到位后开始校正尺寸并检查，如果合格，临时固定外壳和内件，移出内件的支撑鞍座，重新检查尺寸，再正式固定外壳和内件，内件固定到外壳后拆除钢板滑道。然后焊接内件和外壳连接的相关管道。

气体返回室内件分为两部分：主管和支管。先安装主管，主管的安装设计了内部轨道和一个外部辅助轨道支架。首先准备内部轨道和一个外部辅助轨道支架，然后把主管放到外部辅助轨道支架上往里推，推到位后校正位置和测量尺寸，合格后临时固定主管内件。然后开始安装支管。把支管吊进去后，检查尺寸，先临时固定支管位置，然后固定支管和主管之间的马鞍口，固定后检查内件主管和支管尺寸，如果合格，正式固定支管的内件和外壳。然后同时焊接内件主管和支管之间的焊口，并重新检查尺寸确认。

11. 3合成气冷却器内件安装

合成气冷却器的内件较长，分为两段到货，和外壳的管道连接也比较多，经过讨论，我们决定把外壳放在滚轮架上进行内件安装工作。

合成气冷却器的内件安装同样也设计有内部轨道和外部轨道。安装完轨道后先把两段内件放置在外部轨道上，同时安装传送内件专用的鞍座和滑动轮，然后完成两段内件之间的连接和焊接、

探伤、热处理，再通过卷扬机往里拉内件。往里拉时注意放慢速度，并随时注意内件和外壳的碰触情况，有碰触的可能时首先确保内件的安全，避免损伤内件。拉到位置后移出卷扬绳索或者手拉葫芦，拆除外部轨道，开始安装内件。

首先用千斤顶或者手拉葫芦调整内件和外壳的相对位置满足敲击装置的安装要求后，通过内件支撑和限位装置将内件固

石油化工建设10. 03

表8气化炉现场组对吊车使用一览表

吊车规格30T 汽车吊40T 履带吊50T 履带吊150T 履带吊200T 汽车吊300T 汽车吊250T 履带吊

使用次数及所做的工作长时间使用，辅助施工长时间使用，辅助施工长时间使用，辅助施工

长时间使用，组对施工及辅助施工使用1次，1+2段和4+5段放置滚轮架时使用1次，和150T 履带吊配合完成8段卸车

使用1次，G R C 和SG C 整体试压时，150T 履带吊配合把G R C 吊至SG C 旁完成组对工作

使用6次，G R C 和SG C 整体试压后，吊开G R C ；1～5段竖起时担任主吊；6段垂直组对时吊装；气化炉分段组对后的三大部分往框架上吊装时辅助3次

使用1次，25d ，担任气化炉分段组对后的三大部分往框架上吊装的主吊

定到外壳上，然后焊接内件和外壳的连接管道，如果内件支撑焊接完毕，这时可通过转动滚轮架来调整管件的焊接位置以方便工作。完成所有焊接，无损检测和热处理后，设备达到吊装条件。

12吊装及黄金焊口施工

先吊装气化炉和激冷管段，吊装到位后找正固定，然后吊装合成气冷却器。合成气冷却器是通过一套恒力吊系统固定在钢结构上的，通过恒吊系统，合成气冷却器有小量的调整位置。这两部分到位后，如果能保证两道黄金焊口的位置，就可以对气化炉基础进行灌浆处理。然后吊装输气管和气体返回室部分。在吊装状态下，完成三大部分之间的内件和外壳组对。首先组对外壳，待它们之间的连接强度足够后，可以摘掉吊车。因为输气管&气体返回室部分在地面组对时就已经保证了它们与激冷管和合成气冷却器相连接的两个口的位置，故误差应该在允许范围内，不会出现强力对口现象。对口后可以连接内件之间的膨胀节。完成内件焊接后，开始焊接外壳的两道黄金焊口。

两道黄金焊口可以采用手工电弧焊同时焊接。焊接时采用焊接完成后做相电预热，并且需要搭建一个临时的焊接防护棚。关无损检测和热处理。

完善黄金焊缝位置的耐火衬里以及内件的陶瓷衬里，然后安装敲击装置、开工烧嘴和点火烧嘴，完成整个气化炉的现场组对焊接。

450T 履带吊

1350T 履带吊

14结束语

气化炉组对技术是一项系统工程，从初步设计开始涉及专业较多，如制造、机械加工、海陆运输到工厂地质与气象、地基处厂房结构设计、配套公用工程、组装措施规划、焊接设备选理、

型、吊车能力的选择等诸多学科。

通过以上工程实例，我们对气化炉组对技术有了进一步的认识，在实践过程中，通过不断探索改进，积累了一定的施工经验，为我们今后类似工程实施奠定了技术资源与组织管理基础，工序、工期、质量、安全、成本控制和过程控制都具有很强的指导意义。

（收稿日期：2009-12-01）

13施工中的大型起重机具配合

本气化炉组对现场的吊车使用情况如表8所示。

（上接34页）

表1旧钻头实验数据

日期桩号9. 129. 129. 13

258259266

孔深

（m ）31. 0031. 0030. 50

理论灌

注量(m 3) 8. 768. 768. 62

实际灌注量(m 3) 13. 0012. 5012. 00

充盈系数1. 481. 421. 40

备注7～8m 遇石头0～7m 回填土0～8m 回填

日期9. 219. 219. 229. 22

充盈系数1. 21. 181. 211. 12

备注0～8m 回填，含石块、砖瓦等建筑垃圾

桩号[1**********]5

孔深（m ）31313131

表3试验数据实际灌理论灌

注量(m ) 注量(m 3) 8. 768. 768. 768. 76

10. 2499. 63610. 349. 811

充盈系数1. 171. 101. 181. 12

备注0～8m 回填，含石块、砖瓦等建筑垃圾

表2新钻头实验数据

日期9. 149. 169. 189. 18

桩号[1**********]5

孔深（m ）29. 5027. 0027. 5029. 00

理论灌实际灌

注量(m ) 注量(m 3)

（1）使用XFK600防扩钻头；

）绳速控制在10m/min 左右，进尺不超过60cm/钻；（2

（3）在孔护筒之外套装泥浆护筒，即“双筒保浆”。另外值得说明的是，在土质稀软、特别松散的地层，无法成孔或块石堆填的地层不宜使用该项技术。

8. 357. 637. 788. 20

10. 009. 009. 4110. 00

部含有建筑垃圾，个别见大块毛石。可见，在松软的回填土和含有大块填石的地层，仅靠改进钻头难以解决充盈系数问题。2. 2. 2二次实验

实验条件同上，实验数据如表3所示。

实验结果：钻进之前，安装孔内长护筒，护筒穿过富含石块、建筑垃圾的松散填土层。四个钻孔平均充盈系数为1. 1425，充盈系数降至1. 15以内。2. 3技术总结

旋挖钻机应用于小直径灌注桩的关键技术主要包括：

3结语

目前，旋挖钻机开挖φ600灌注桩桩孔系列技术，已经成功应用于多项国内重点工程，如福建炼油乙烯C 4联合装置、40万t ／a 聚丙烯装置、气电联合装置，神华包头煤制烯烃项目及武汉乙烯试桩工程等。

运用该项技术，有效控制了混凝土充盈系数，保证了工程质量和进度，取得了良好的经济效益和社会效益。可以说，“降低旋挖成孔小直径灌注桩充盈系数技术”发展前景广阔。

（收稿日期：2010-04-28）

石油化工建设10. 03

壳牌气化炉的现场组焊技术

■肖晓磊

中国化学工程第十一建设公司河南开封

475002

摘

要通过与壳牌公司技术交流，借鉴国外压力容器组焊的先进经验，在国内中石化油改煤工程投料调试的经验基础上，

关键词壳牌技术气化炉中图分类号TG44

现场组对

焊接

文章编号1672-9323（2010）03-0035-08

文献标识码B

1气化炉概况

为了满足设备内陆道路运输及组焊吊装要求，在初步设计期间，技术方案的讨论必须有制造厂商参加，他们必须充分考虑

行设计分段：

（1）组件高度）组件宽度（2

（3）组件长度（4）组件重量

最高5. 1m ；最大7m ；最长25. 00m ；最大150t 。

图1气化炉整体模型

管口方位、外壳外部尺寸等因素，并按照以下尺寸和重量极限进

具体的设备分段情况列表如表1、表2所示：（注大唐3000t 炉子分段的几何尺寸及重量略大些）

石油化工建设10.

表1

外壳分段一览表

坡口形式偏“X ”偏“X ”偏“X ”偏“X ”偏“X ”偏“X ”偏“X ”偏“X ”偏“X ”偏“X ”偏“X ”偏“X ”

净重kg [***********][***********][***********]100101000

SA387G R 11CL 2上端为带余量毛边

SA387G R 11CL 2弯管SA387G R 11CL 2带一斜管SA387G R 11CL 2封头段

SA387G R 11CL 2

SA387G R 11CL 2带恒力吊支座

SA387G R 11CL 2

备注

分段号Section －1Section －2Section －3Section －4Section －5Section －6Section －7Section －8Section －9Section －10Section －11Section －12

规格

（mm ）φi ×L ×δφ4644×3650×(75＋5) φ4630×3950×(85＋5) φ4630×3500×90φ4630×5700×90φ4630×3000×90φ4630/φ3020×11100×90/80

φ3020×11670×80φ3400/φ3020×5450×200/70

φ3400×3950×65φ3400×20900×70φ3400×5000×75φ3400×14900×75

SA387G R 11CL 2+

SB 424-U N S-N O8825SA387G R 11CL 2

2拼装工艺流程

表2内件分段一览表

分段号12345678

位号V1401E 1320E 1301E 1302

分段名称渣池中压蒸发器中压蒸发器中压蒸发器支（斜）管主（立）管

规格（mm ）φi ×L φ3700×3100φ3900×11800φ3200×14000φ2100×12300φ1700×5500φ2200×7050φ3100×19000φ2700×19400

净重（kg ）[***********][***********]0

安装部位反应器内底部反应器内激冷管内输气管内气体返回室内气体返回室内

合成气冷却器内合成气冷却器内

施工技术准备→施工场地准备→施工资源准备→卸车验收及摆放

壳体组对、焊接、无损检测、热处理→

地面安装内件→壳体分段吊装→在框架上空中组对→黄金焊缝焊接

衬里及内件完善（内件陶瓷衬里，安装敲击装置、开工烧嘴、点火烧嘴等）

→煮炉烘炉

图2拼装工艺流程图

2. 1反应器＋激冷管组装工艺流程（如图3所示）

图3反应器＋激冷管组装工艺流程图

2. 2输气管＋气体返回室拼装工艺流程（如图4所示）

石油化工建设10.

水压试验→耐火衬里

E 1303-2中压蒸发器E 1303-1中压蒸发器

图4输气管＋气体返回室拼装工艺流程图

2. 3合成气冷却器拼装工艺流程（如图5所示）

3现场组焊对设备的制造要求

3. 1焊接坡口要求及长度预留

焊接均采用双面坡口形式，即通常所说的偏“X ”形坡口，长度预留端不需要坡口。

表4

段号12345678

图5合成气冷却器拼装工艺流程图

9101112

各段吊耳需要满足吊装要求一览表

吊耳要求

满足垂直吊装、1+2段放倒、1～5段竖起时辅助满足垂直吊装、1+2段放倒满足垂直吊装、水平吊装满足垂直吊装、4+5段放倒

满足水平吊装、单独垂直吊装和7+8+9整体垂直吊装满足水平吊装、10+11+12整体垂直吊装满足水平吊装

满足水平吊装、10+11+12整体垂直吊装时辅助

3. 1. 1各段之间焊缝的坡口详情（如表3所示）3. 1. 2长度预留

设备在组对过程中，需要不断地变换位置，这就需要全盘考虑整个施工工艺，设计出合理的吊耳，以满足设备组对时的吊装要求。具体要求如表4所示。

同样，内件的吊装也要充分考虑。比如反应器和激冷管内件为了满足安装要求，需要设置合适的满足垂直吊装的吊点。3. 3筒体上的预焊件

3. 4内件安装滑道的预焊件

4现场施工准备

4. 1场地准备

现场组对工作对场地有两个必须满足的条件：（1）面积要满足单位筒节摆放和施工的需要；

（2）场地的地基处理（因为吊装和水压试验等相关工作对地面地耐力要求较高），要求达到35t/m 2。

所以施工前要对组焊场地进行地基处理。若地面耐力能满

表3各段之间焊缝坡口一览表

焊缝名称

焊接部位

焊接位置状态水平转动水平转动水平转动水平转动水平转动/垂直框架上垂直水平固定水平固定

水平固定/框架上垂直

水平转动水平转动

母材厚度85+5mm90mm 90mm 90mm 90/95mm 80mm 65/70mm 65mm 70mm 65mm 65mm

焊接方法SAW+SMAW

SAW SAW SAW SAW/SM AW SM AW SM AW SM AW SM AW SAW SAW

备注

SW1SW2SW3SW4SW5SW6SW7SW8SW9SW10SW11

1+22+33+44+55+66+77+88+98+1010+1111+12

X 坡口，外22. 5°+22.5°，内30°+30°X 坡口，外22. 5°+22.5°，内30°+30°X 坡口，外22. 5°+22.5°，内30°+30°X 坡口，外22. 5°+22.5°，内30°+30°

液压试验时V 坡口10°+35°间隙8mm ，黄金焊口时V 坡口10°+35°间隙

外坡口25°+10°，内坡口45°+45°深5mm X 坡口，外22. 5°+22.5°，内30°+30°X 坡口，外22. 5°+22.5°，内30°+30°

液压试验时X 坡口，外7. 5°+5°。黄金焊口时V 坡口12. 5°+12.5°

X 坡口，外22. 5°+22.5°，内30°+30°X 坡口，外22. 5°+22.5°，内30°+30°

石油化工建设10.

焊接采用埋弧自动焊时，在组焊现场要有方便布置滚轮架和埋弧自动焊机的轨道。

在设备筒体垂直组对时，要搭设足够大的组对作业平台。

分段设备在卸车和正式施工前，根据实际场地做一平面布置图，合理布置卸车位置、组对位置和焊接位置。这是加快施工进度的保障。4. 2机具准备

表5

辅助设备具体要求和数量一览表

序号机具名称规格型号数量1SAW 焊机L incon D C1000+NA-5S

4台2SAW 焊接操作架罗马重工R M 60100-00，

R M 8065-00

3套3焊剂回收装置2个

1个10

防蹿动推轮

2个

石油化工建设10. 03

4. 4. 5转动配重措施

5壳体组对

壳体组对按照组对时的筒体状态可分为垂直组对和水平组对。5. 1垂直组对

以1、2段的组对为例，说明垂直组对的步骤。

水平组对分为两种，一种是设备在固定鞍座上组对，一种是在滚轮架上组对，两种情况基本一样。

6壳体焊口焊接

6. 1基本要求

（1）焊缝效率是1. 0；

（2）L ＆T 公司提供焊接作业指导书（WPS ）；

（3）“X ”坡口壳体和试压封头的焊缝必须全熔透焊，双面焊；

（4）“V ”坡口从一侧焊接的焊缝，必须做清根打磨，并进行MT 检验；

（5）一侧焊完开始反方向焊接之前，根部焊道必须加工，直至完全露出焊肉；

（6

）焊接坡口上不能有污物（油脂、着色剂、锈皮、水）；（7）只能在堆焊的焊道上允许引弧，不能在工件表面上引弧点火；

（8）焊完后，所有的焊缝不能有焊渣、铁锈和毛刺，必须打磨掉所有的锐角边缘过渡段；

（9）修复的焊缝必须再次进行无损检测；

（10）焊缝的内外表面应做超声波试验和表面着色检验，超声检验设备必须是双频的；

（11）焊前预热温度150～175℃，焊接过程中层间温度保持250～300℃，焊后消氢处理温度300～350℃，恒温3～4h ；

（12）如果焊接中断，必须进行消氢处理，再次施焊时仍需要预热。

6. 2埋弧自动焊焊接过程

石油化工建设10. 03

（

序号1

焊接方式SAW 自动焊

焊接材料焊接工艺参数

电流E 8018B 2焊丝（φ4. 0mm ）电压28～32V ，

+UV 420TTR 焊剂350～550A E 7018（φ3. 2mm ；

φ4. 0mm ）

电压22～28V ，电流

100～140A （φ3. 2mm ）；150～180A （φ4. 0mm ）

2手工固定焊

3复合层堆焊SS-E -309L （φ3. 2mm ）

电流电压24～

30V ，120～150A （φ3. 2mm ）

射线检查热处理之前

超声波检查热处理之前

磁粉探伤热处理之前

超声波检查热处理之后

磁粉探伤热处理之后

磁粉探伤液压试验之后

10%10%

制造厂的环焊缝和

纵焊缝

现场环焊缝

100%

100%（内测）

10%10%10%

管口焊缝

石油化工建设10.

（1）本设备在现场进行液压试验的部分包括气化炉反应器段和激冷管段、GRC 和SGC ；

（2

）试验压力为6. 38MPa （65kg/cm 2）；水温不低于5℃，内件试压有条件的可以采用脱盐水（软水）；

（3）带复合层的外壳进行液压试验时要控制好试验用水，以防止出现应力裂纹。

试验用水条件：最大允许氯含量：25ppm ；（4）液压试验后应彻底排放；

（5

）液压试验使用专用的密封垫片、盲法兰和其它设备；（6）试压前须将所有焊道表面的防护漆清除干净，以便检查焊道。9. 2液压试验程序

安装盲板时，设备段仍在滚轮架上，这样可以把设备管口转到正上方便于操作。9. 3充水试验

10耐火衬里施工

喷涂施工时，为保证喷涂质量，仍将设备放置在滚轮架上，根据需要转动设备，使喷涂位置一直处于最佳状态。

喷涂前壳体及龟甲网的喷砂除锈等级为Sa3合格，在施工现场就地喷砂除锈。

11内件安装

按照内件的形状和实际施工状态，反应器和激冷管内件在垂直状态下安装，合成气冷却器、输气管、气体返回室部分在水平状态下安装。

11. 1反应器内件和激冷管内件的安装

反应器的内件分为两大部分：渣池和反化室。渣池在下部，分为圆筒和锥体，材质为SB424-UNS-N08825不锈钢。

然后就是气化室/中压蒸汽器的塞入及临时固定。用吊车吊进后，因为找正焊接需要较长时间，所以需要采取适当的措施来临时固定反应器内件。

11. 3合成气冷却器内件安装

合成气冷却器的内件较长，分为两段到货，和外壳的管道连接也比较多，经过讨论，我们决定把外壳放在滚轮架上进行内件安装工作。

首先用千斤顶或者手拉葫芦调整内件和外壳的相对位置满足敲击装置的安装要求后，通过内件支撑和限位装置将内件固

石油化工建设10. 03

表8气化炉现场组对吊车使用一览表

吊车规格30T 汽车吊40T 履带吊50T 履带吊150T 履带吊200T 汽车吊300T 汽车吊250T 履带吊

使用次数及所做的工作长时间使用，辅助施工长时间使用，辅助施工长时间使用，辅助施工

长时间使用，组对施工及辅助施工使用1次，1+2段和4+5段放置滚轮架时使用1次，和150T 履带吊配合完成8段卸车

使用1次，G R C 和SG C 整体试压时，150T 履带吊配合把G R C 吊至SG C 旁完成组对工作

使用6次，G R C 和SG C 整体试压后，吊开G R C ；1～5段竖起时担任主吊；6段垂直组对时吊装；气化炉分段组对后的三大部分往框架上吊装时辅助3次

使用1次，25d ，担任气化炉分段组对后的三大部分往框架上吊装的主吊

12吊装及黄金焊口施工

两道黄金焊口可以采用手工电弧焊同时焊接。焊接时采用焊接完成后做相电预热，并且需要搭建一个临时的焊接防护棚。关无损检测和热处理。

完善黄金焊缝位置的耐火衬里以及内件的陶瓷衬里，然后安装敲击装置、开工烧嘴和点火烧嘴，完成整个气化炉的现场组对焊接。

450T 履带吊

1350T 履带吊

14结束语

型、吊车能力的选择等诸多学科。

（收稿日期：2009-12-01）

13施工中的大型起重机具配合

本气化炉组对现场的吊车使用情况如表8所示。

（上接34页）

表1旧钻头实验数据

日期桩号9. 129. 129. 13

258259266

孔深

（m ）31. 0031. 0030. 50

理论灌

注量(m 3) 8. 768. 768. 62

实际灌注量(m 3) 13. 0012. 5012. 00

充盈系数1. 481. 421. 40

备注7～8m 遇石头0～7m 回填土0～8m 回填

日期9. 219. 219. 229. 22

充盈系数1. 21. 181. 211. 12

备注0～8m 回填，含石块、砖瓦等建筑垃圾

桩号[1**********]5

孔深（m ）31313131

表3试验数据实际灌理论灌

注量(m ) 注量(m 3) 8. 768. 768. 768. 76

10. 2499. 63610. 349. 811

充盈系数1. 171. 101. 181. 12

备注0～8m 回填，含石块、砖瓦等建筑垃圾

表2新钻头实验数据

日期9. 149. 169. 189. 18

桩号[1**********]5

孔深（m ）29. 5027. 0027. 5029. 00

理论灌实际灌

注量(m ) 注量(m 3)

（1）使用XFK600防扩钻头；

）绳速控制在10m/min 左右，进尺不超过60cm/钻；（2

8. 357. 637. 788. 20

10. 009. 009. 4110. 00

部含有建筑垃圾，个别见大块毛石。可见，在松软的回填土和含有大块填石的地层，仅靠改进钻头难以解决充盈系数问题。2. 2. 2二次实验

实验条件同上，实验数据如表3所示。

旋挖钻机应用于小直径灌注桩的关键技术主要包括：

3结语

（收稿日期：2010-04-28）

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壳牌气化炉的现场组焊技术

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