1、前 言
在競爭日趨激烈的鍋爐市場中越來越重視對環(huán)境的保護，環(huán)保型的鍋爐如循環(huán)流化床CFB鍋爐正逐漸成為重要的鍋爐型式，其中部分爐型采用了管式旋風分離器的結(jié)構(gòu)。隨著循環(huán)流化床鍋爐的不斷大型化，旋風分離器的直徑也不斷擴大，并且合金鋼材料已開始使用，這給制造帶來了新的課題，如制造時的分段分片位置、焊接及熱處理、變形的控制、廠內(nèi)拼裝與工地組裝等。近年來，上海鍋爐廠有限公司自行開發(fā)設(shè)計的130 t／h CFB鍋爐已制造了10余臺，引進ALS-TOM(ABB-CE)技術(shù)設(shè)計的135 MW等級CFB鍋爐也制造了17臺，分包國外公司的大型CFB鍋爐也有多臺。而近日完工的分包項目，日本土佐的525 t／h CFB項目是我公司迄今所承制的最大容量的CFB鍋爐。本文試通過對525 t／h CFB項目的管式旋風分離器的主要制造難點及工藝的介紹，探討優(yōu)化此類大型CFB鍋爐的制造工藝。富通新能源生產(chǎn)銷售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
顆粒機、
木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
2、產(chǎn)品情況簡介
2.1制造標準及法規(guī)
本產(chǎn)品是按MITI，ASME（2001版）SEC-TION l，以及JIS/ISO等要求生產(chǎn)、檢驗，不打“S”鋼印，在制造車間進行旋風分離器試拼裝。
2.2旋風分離器結(jié)構(gòu)簡介
1臺鍋爐有2只旋風分離器，外形尺寸為直徑∮6610 mm，高度H一21 465 mm（上、下2個集箱中心線距離）。整個旋風分離器橫向分3段（上、中、下3段），除下段外，上、中段縱向各分4片，即1個旋風分離器分為9部分出廠。
2.2.1旋風分離器上段
由上部環(huán)形集箱的l／4與圓柱體的1／4組成旋風分離器的上段，分片出廠，高度11 050mm。
上部環(huán)形集箱規(guī)格∮219.1mm×38 mm，材料SA-335 P12，環(huán)形集箱彎曲直徑∮6610 mm,
圓柱體部分由管子和扁鋼焊接而成。管子規(guī)格≠44.5mm×6 mm，材料SA-213T12，每片有43根管子，共172根，節(jié)距S=120 mm；扁鋼=6 mm,材料15CrMo。
2.2.2旋風分離器中段
由管子與扁鋼構(gòu)成圓錐體部分的1／4組成旋風分離器中段，分片出廠。圓錐體角度與水平呈75°，圓錐體大直徑∮6610 mm，高度10050 mm。
管子規(guī)格有∮44.5 mm×6 mm、∮38.0 mm×5.4 mm2種，材料均為SA-213T12。其中∮44.5mmX6 mm管子縮頸至∮38.0mm，再與∮38.0 mm×5.4mm管子對口拼接；扁鋼t=6mm，材料15CrMo。
2.2.3旋風分離器下段
由帶長管接頭的下部環(huán)形集箱組成，整體出廠。
下部環(huán)形集箱規(guī)格∮219.1mm×38mm，材料SA-335P12，集箱彎曲直徑∮3 300mm，焊接的長管接頭規(guī)格∮38.0 mm×5.4mm，材料SA-213 T12。
3、制造難點簡介
3.1圓弧管排的制造
上海鍋爐廠有限公司制造工藝為：先將管子和扁鋼采用埋弧焊焊成平管排，再用壓機壓制成圓弧管排。在本項目中，90°圓弧的管排由43根管子加扁鋼組成，管子長度達10155 mm，且為SA-213 T12合金鋼材料。根據(jù)壓機噸位，加之壓機外形尺寸的限制，該90。圓弧管排需分成幾片小拼排分次壓制。這又產(chǎn)生問題：若一次壓制的管子太多，寬度方向的管子成型困難；若一次壓制的管子太少，則組裝時的管子之間手工焊縫增加，管排易變形。因此，如何合理選擇一次壓制的管子數(shù)量和壓制步驟非常重要。
3.2帶縮頸的錐體管排的制造
旋風分離器中段錐體部分的管子與扁鋼不能采用機械焊，只能進行手工焊。而手工焊最易造成的問題就是焊接收縮不均，導致變形嚴重，因此控制焊接變形是關(guān)鍵。本項目還存在管子縮頸拼接的情況，對于縮頸管的坡口加工、焊接對中、縮頸管兩端不同彎曲半徑彎管基準平齊等都是需要認真考慮的問題。
3.3大彎曲半徑環(huán)形集箱與圓弧管排組裝
旋風分離器上段由圓弧管排和環(huán)形集箱組成，而集箱彎曲后存在偏差，管排壓制程度、拼焊情況亦不盡相同，保證焊后的幾何尺寸有難度，加之圓弧管屏上的吊耳板還需與集箱上的吊耳聯(lián)接板等準確定位聯(lián)結(jié)。
3.4試拼裝
為保證工地管子對口方便，減少工地現(xiàn)場的工作量，分包商要求在制造廠內(nèi)進行旋風分離器的試拼裝工作。由于該旋風分離器外形尺寸大，剛性相對較差，需要較多工裝進行支撐，拼裝程度（是整體拼裝還是分段分片拼裝）對工裝的要求大不相同，起吊、翻身、裝配等的難度亦相差甚遠。
4、制造工藝
4.1圓弧管排制造工藝
用壓機壓制圓弧管排需要有相應(yīng)的一套模具，該模具的圓弧面尺寸需根據(jù)產(chǎn)品的尺寸及壓制過程中的回彈量來確定，并在壓制過程中加以調(diào)整。本項目中是將制造130t/h CFB鍋爐時曾設(shè)計、使用過的圓弧管排壓模加以改制，使其圓弧成型面符合要求。經(jīng)過試驗后確定：將旋風分離器上段的1／4圓柱體部分先分別焊成3小片平管排，熱處理后，分3步壓制，使平管排成形為圓弧管排，再裝焊成l／4圓弧管排，見圖l。需要注意的是，這些小拼排間的焊縫只能采用手工焊。為了小拼排焊成1／4圓弧．以及管排的翻身起吊、裝焊內(nèi)件等工序，還設(shè)計了專用的裝配架。以往上海鍋爐廠有限公司制造的CFB旋風分離器的管子材質(zhì)一直為碳鋼，無需進行焊后熱處理。而本項目中管子材料SA-213 T12，扁鋼材料15CrMo，故在裝焊妥附件后還要進行整體熱處理，這是上海鍋爐廠有限公司制造CFB鍋爐旋風分離器首次采用的工藝，該裝配架需隨產(chǎn)品一起進爐熱處理，在工裝設(shè)計時重點放在產(chǎn)品變形的控制上。
工藝流程如下：
管子及扁鋼拼成小排→熱處理→平管排由壓機壓彎成圓弧形→通球→將小拼排逐→在裝配架（1／4圓弧）上就位→裝焊扁鋼→裝焊銷釘及附件→熱處理（1／4圓弧）→水壓試驗→加工與集箱拼接端的坡口
4.2錐體管排制造工藝
中段圓錐體管排無法實現(xiàn)機械拼排，只能采用大量手工焊。為保證手工焊的焊接質(zhì)量及控制焊后變形，根據(jù)上海鍋爐廠有限公司經(jīng)驗，要求外方將旋風分離器的扁鋼與管子的焊縫高度由原來的5mm，改為4mm，并為外方接受。同時，采用線能量小的C02焊，實行對稱跳焊等焊接工藝。另外，整條拼排扁鋼由4段鋼板組成，為保證拼排后的節(jié)距，所有鋼板都經(jīng)機加工，嚴格控制寬度公差，使拼排間隙小，減少焊接變形。
以往上海鍋爐廠有限公司制造的CFB旋風分離器錐體部分從未有過縮頸管拼接，而本項目中管子需由∮44.5 mm縮頸為∮38.0 mm，再與∮38.0 mm管子對口拼接。采用工藝：∮44.5 mm單根管縮頸后，以縮頸處為基準，進行彎管后對接，再將管子和扁鋼在裝配架上裝焊成小拼排。裝配時管間節(jié)距加0.1mm～0.3 mm/檔，管子長度方向放焊接收縮余量。由于管排長約10.5m，需設(shè)置多檔內(nèi)支撐來固定管排，并采用定位板將散管（與下部環(huán)形集箱進行工地對接）用梳形板固定。隨后再將多片小拼排在另一裝配架上焊成90°圓錐體，焊妥附件后進行熱處理。
工藝流程如下：
∮44.5 mm×6 mm管子縮頸至∮38.0 mm一與∮38.0 mm×5.4 mm的拼接管端加工→44.5 mm×6mm及∮38.0 mm×5.4mm管子拼接→彎管→在裝配架上就位→裝焊扁鋼→熱處理→在1／4裝配架上就位→裝焊扁鋼→劃彎管孔位線并管端加工→裝焊孔管→裝焊附件及銷釘→熱處理→水壓試驗→管端加工→裝焊支撐（包裝裝置）→補焊銷釘。
4.3圓弧管排與環(huán)形集箱組裝工藝
由于設(shè)備限制，彎曲直徑∮6610 mm的環(huán)形集箱分為4段制造（集箱接短管接頭）。為了裝焊聯(lián)接環(huán)形集箱和圓弧管排的長管接頭，擬將4段90°環(huán)形集箱在裝配架上拼裝成整圈(360°)，隨后將扁鋼嵌入管間并焊妥。在設(shè)計環(huán)形集箱用的裝配架時，重點放在確保環(huán)形集箱與圓弧管排的尺寸和相對位置，并控制裝焊后的長管接頭與圓弧管排的對口尺寸，滿足與圓弧管排對口裝焊的要求。
在與環(huán)形集箱組裝前，經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)，圓弧管排部分管子節(jié)距的偏差未能滿足與環(huán)形集箱對接時焊口錯邊量的要求。為了控制整體尺寸，設(shè)計了環(huán)形集箱與圓弧管排組裝時用的裝配架，將圓弧管排和集箱放在裝配架上，割開部分扁鋼，調(diào)整節(jié)距，隨后焊接拼成整體，見圖2。
旋風分離器上部的管屏共有18塊吊耳板，厚度22 mm，焊耳板處的扁鋼需開槽，長約300mm，雙面焊，每1／4圓弧管排上有6塊吊耳板。采用的工藝如下：在所有管屏成形后進行扁鋼開槽，先將吊耳板與集箱上的吊板用圓鋼穿吊孔進行固定，然后對吊耳板施行雙面焊，待焊妥銷釘后一起進行熱處理，從而保證了關(guān)鍵聯(lián)接件（管排上的耳板與集箱上的吊板）的裝配符合圖紙要求。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
工藝流程如下：
1／4圓弧集箱在裝配架上就位（將180°的聯(lián)接拆除）一管排與集箱對口一劃管端余量線一管端加工一裝焊支撐（包裝裝置）一補焊銷釘一旋風分離器試拼裝
4.4旋風分離器試拼裝
外方對旋風分離器的試拼裝工作很重視但沒有具體的工藝要求，原來試拼裝擬為：將單獨出廠的下環(huán)形集箱與上、中部的180°進行一體式試拼裝。若采用這種拼裝方案的話，試拼裝所需的裝配架高度相對較高（近2m），并且需考慮環(huán)形集箱的定位、轉(zhuǎn)動等問題，需高度重視制造時的安全性。經(jīng)與外方商榷后，最終確定將半只旋風分離器的上部和中部進行拼裝，即：將2個90°集箱和圓弧管排及90°圓錐管排進行180°拼裝，而對單獨出廠的下部環(huán)形集箱( 360°)不進行試裝。這樣就可以利用制造時的裝配架，只需在劃線平臺上增加部分支撐，用千斤頂即可將各部分尺寸調(diào)整至要求，見圖3。
試拼裝的工藝順序如下：先搭制試拼裝用平臺(長近22 m，寬約10 m)，平臺放樣并裝焊定位靠山；將一片帶集箱的上部管排在平臺上就位，接著是另一片帶集箱的上部管排調(diào)整妥后，用聯(lián)接板固定；隨后錐體部分的2片管排再分別在平臺上就位。檢查旋風分離器的上部與中部的工地焊的對口尺寸，調(diào)整管子節(jié)距，劃管端余量線等，并按圖加工管端至尺寸。
該旋風分離器的所有試拼裝尺寸經(jīng)檢驗，均符合標準要求，并得到外方監(jiān)造認可。
5、結(jié) 論
(1)大型旋風分離器若分片出廠，在公司內(nèi)應(yīng)該進行試拼裝。這是因為各種誤差難以單獨精確控制，諸如圓弧管排制造等，而極小的誤差積累后均可引起整體組裝時的極大困難。公司內(nèi)的試拼裝可以較好地保證產(chǎn)品質(zhì)量，維護公司的聲譽。
(2)工藝裝備的利用率應(yīng)加以提高。大型管式旋風分離器制造中所用的工藝裝備數(shù)量多，成本高，以本項目為例，制造該旋風分離器時就設(shè)計了裝配用工裝十多套（件）。在設(shè)計工裝時應(yīng)考慮盡量使其結(jié)構(gòu)簡易，可重復(fù)使用。另外，在新產(chǎn)品設(shè)計時，盡量多利用原有工藝裝備，降低生產(chǎn)成本。
