二段炉内衬更换施工控制要点简述

金 祥

(云南天鸿化工工程股份有限公司，云南 昆明 650011)

二段转化炉(103-D)是50万t/a合成氨装置的关键设备之一。经一段转化炉的转化气，需在二段转化炉(103-D)进一步转化。

一段炉转化气在 800 ℃ 左右进入二段转化炉(103 D)，同时引入预热到 450 ℃ 的空气。在此，因氧气燃烧，温度上升到 1200 ℃；通过触媒床层后，使甲烷进一步转化，经二段转化炉后的转化气甲烷质量分数在0.33%左右。二段转化炉出口气在 1002.7 ℃ 左右。为回收这部分热量，并满足高温变换温度要求，二段转化气先后通过第一废热锅炉(101CA/CB)和第二废热锅炉(102 C)。工艺流程见图1，工艺特性见表1。

表1 二段转化炉主要工艺特性表

图1 工艺流程简图

二段转化炉形状为立式带锥底圆筒形容器。在二段转化炉顶部装有空气蒸汽混合器，容器内壁衬有耐热混凝土，下锥体内设有耐火砖球拱，最上部及球拱砖下部的耐热混凝土内侧还设有耐热不锈钢衬套。球拱砖上面铺放氧化铝球，触媒最上层平放六角砖。筒体外有水夹套，水夹套壳体上装有监视运行的液位计及低液位报警器。在筒体外壁还装有指示其运行的温度计。设备结构图见图2。

1.裙座；2.下部水夹套；3.承压壳体；4.上部承压壳体；5.21-耐热不锈钢衬里；6.上封头法兰缠绕垫；7.90°弯头；8.空气-蒸汽入口法兰；9.上封头法兰；10.26-螺栓、螺母；11.上部耐热混凝土；12.空气蒸汽混合器；13.上部水夹套；14.六角形耐火砖；15.高温铬基触媒；16.镍基触媒；17.φ 1″氧化铝球；18.φ 2″氧化铝球；19.拱顶砖；20.底部封头；22.耐热混凝土；23.人孔法兰；24.人孔盖；25.人孔盖缠绕垫。

1 内衬更换关键控制环节

1.1 施工前准备

根据工艺检修需要，每年检修需更换损坏或变形的不锈钢内衬，更换烧坏的空气混合器，需检查内衬及耐火混凝土运行后的情况，并根据实际情况进行修复[1]。修复完毕，进行上封头、下堵头回装，并打紧各法兰螺栓，且开车后对全部螺栓进行热紧。

施工前，所有施工人员提前半月进场准备，组织施工人员了解设备结构及其技术要求；提前准备工机具、备品备件及材料；对应当更换的部分设备型号、规格、数量、质量等进行检查核对[2]；对所更换割除的内衬位置等进行熟悉，按照施工图纸对各尺寸进行校对，确定各设备规格尺寸。

1.1.1 技术准备

参加检修人员必须了解设备图样及有关的技术资料，熟悉技术要求和注意事项；检修中使用的机具、备品备件、材料准备，施工前应对型号、规格、数量等进行检查核对，满足技术要求。

1.1.2 物资材料准备

施工前应对施工机具、备品备件、材料的型号、规格、数量、质量等进行检查核对并满足技术要求。

1.1.3 施工组织准备

大盖的吊装应符合HGJ201《化工工程建设起重施工规范》的有关规定。对于作业焊工，必须持有与之对应的在有效期内的焊工合格证。

1.1.4 交接准备

检修前按规定办理检修交接手续，经生产车间签字同意后方可施工。进入设备检修时，在置换后空气中氧气体积分数应保持在20%～22%，有害物质不得超过允许浓度范围。在设备内动火施焊，应办理动火作业票，并分析合格才能动火，遵循先通风、后检测、再作业程序。

1.1.5 方案准备

对承压壳体与受压元件的施焊修理(焊补、堆焊、挖补、更换受压元件等)，应另行编制施焊修理方案，经设备管理部门审查、技术总负责人批准后实施。方案中除对施焊部位打磨、切割、成形等提出要求外，还应对焊工、焊接材料、焊接工艺和热处理、质量标准等提出明确要求[3]。

1.2 方案控制要点

施工技术人员应编制切合实际的施工方案，对全部施工人员进行安全技术交底，包括：施工方法、技术要求、焊接技术、措施要求、安全技术保障措施、各工种协作分工等[4]。

1.3 内衬施工控制要点

在二段炉上面框架内，用彩条布搭一个篷盖，以防雨水进入二段炉内。从物资仓库领出所需的碳钢板，并用槽钢做脚，做一个高 1 m 左右的平台。在平台上按图纸尺寸画出内衬预制组装基准线，并打好样冲，以便内衬卷制好后进行预组装及画分块切割线。

1.4 焊接控制要点

卷制好的锥体及筒体应放在钢平台上进行组对，点焊定位，然后测量尺寸并与图纸核对一致。如与图纸不符，则需修整到合格。内衬组对是施工焊接过程检查的重点，组对口质量的好坏直接影响焊接接头的最终质量，必须严格保证对口质量。衬里组对时，先组对好4条纵缝，组对好以后进行点焊；点焊后进行其它部位组对，并同时找好上下段内衬同心度或垂直度。对口后固定牢固，以免焊接过程中产生变形。

点焊后，即可焊接。焊接前检查坡口内外50～60 mm 内表面。表面应用磨光机去除氧化皮及其它污物，并打磨出金属光泽，清理合格后及时焊接。焊接时，不得在焊件及非焊接表面引弧或试验电流，万一发生引弧，焊接后将其磨平或补焊。

1.5 吊装控制要点

在大盖正上方吊梁上设置一个 5 t 重的葫芦，另外还需设置一个 5 t 葫芦在大盖后方合格位置，吊住与二段炉上大盖相连的空气管。

1.6 混泥土养护要点

当下部混凝土养护期到后，将模板拆除，进行浇灌口封板(6块现场组对弧板)组对安装。安装时，将6块打好坡口的现场组对的弧板，放在δ=3 mm 的垫板上，将6块弧板的上部点焊在件3-2上，然后进行尺寸测量，合格后进行所有焊缝的焊接工作。

2 施工程序图

施工程序图如图3所示。

图3 施工程序图

3 施工工艺确定

按图4尺寸下料，进行锥体及筒体卷制。卷制完成的锥体及筒体应放在钢平台上进行组对，定位点焊，测量尺寸并与图纸核对一致。与图纸不符，应修整合格。再将点焊的部件平均分为4份(部件2要分为6份，打好坡口(30°)留用)。

图4 锥体及筒体尺寸

停车后，在大盖正上方的吊梁上设置一个 5 t 重的葫芦，另外还需设置一个 5 t 葫芦在大盖后方合格位置，吊住与二段炉上大盖相连的空气管。

拆下大盖螺栓，将空气蒸汽混合器吊高 300 mm 后停下。

再拆下下部人孔螺栓，将人孔堵头抽出，让炉内空气进行流通并进行冷却。

第二天将大盖吊出二段炉，用吊车与 5 t 葫芦配合，将大盖吊下、移开到不影响施工并确认安全的地方。

在二段炉拱顶下部搭设施工用脚手架，并将拱顶砖从上到下依次拆除，然后打掉需更换部位的耐火混凝土。耐火混凝土拆除后，人站在脚手架上，用等离子割除需更换的δ=6 mm 不锈钢(材质304 H)内衬。再将支座上留下未割完的内衬用砂轮机打磨平整，然后在衬里支座上按图纸尺寸画出两个锥体内衬的安装基准圆线。用塑料管作水平液位计，找出支座上内衬安装点的标高偏差，用砂轮机处理偏差。

将打磨好坡口的大锥体从上部进气口，分片放入设备内并用调节螺栓将锥体调节在支座的安装基准线上。当四条焊缝位置宽度一样时，将四条焊缝焊接到位，再将大锥体与支座焊接到位，测量尺寸，然后在四条焊缝的上下位置打上背板(以防焊接时变形)。进行锥体上4条纵缝焊接并进行尺寸测量，再进行下部锥体件1与上锥体件2的组对及上锥体件2与圆柱体件3的组对安装，组对方法同上。组对时应注意焊缝错开。最后进行尺寸复核，当以上施工内容都符合尺寸要求后，将新保温钉焊在旧保温钉上，进行支模及耐火混凝土浇灌工作。

当下部混凝土养护期到后，将模板拆除，进行浇灌口封板(6块现场组对弧板)的组对安装。安装时，将6块打好坡口现场组对的弧板，放在δ=3 mm 的垫板上，将6块弧板的上部点焊在件3-2上，之后进行尺寸测量，合格后进行所有焊缝的焊接合作。

转化气进、出口管内衬板，如果出现鼓包、变形、裂纹、移位、过热、材质劣化和裸露耐热混凝土等缺陷时，应及时检查修理或更换，具体修理方法根据衬里损坏实际情况确定，可整体更换、整圈更换和局部修理等措施。

局部挖补修理、焊补修理时，将损坏部位用碳弧气刨方法或其它方法取下(或用砂轮机切割)。按损坏部位尺寸下料、再实际样比，合格后将 6 mm 厚纸板，背衬安装在损坏部位，进行焊接。焊接时进行钢性固定，防止变形，焊完将焊缝表面磨平，进行着色检查。

当只有少数大裂纹时，只对裂纹进行处理。先将裂纹两端点打止裂孔。顺裂纹方向打磨坡口，进行焊接，焊完后将焊缝表面磨平，进行着色检查。

整圈更换时，先预制开口筒节，在筒节内部两头各焊两个转动螺栓，收小筒体。将损坏的衬板用电弧气刨刨下并吊出。之后便检查耐火材料、锥形拉筋有无损坏，若锥形拉筋存在变形、断裂等缺陷时，应当及时进行修理。

在预制筒节上背衬 6 mm 厚纸板，放入炉内，然后转动螺栓，放开筒节并进行组对、焊接，焊完后磨平焊缝，进行着色检查。清理现场，交土建进行拱顶砖砌筑，拱顶砖砌筑完后交车间进行触煤装填，触煤装填后清理现场，交安装进行大盖及下堵头的回装。

上盖复位前，详细检查顶盖法兰密封面上有无划痕等缺陷，修补缺陷后装好新密封垫。清扫空气蒸汽混合器，将顶盖平稳地吊入炉内。

在大盖法兰落到离设备法兰高 500 mm 时停住，再用空气吹扫密封面及垫子，在接口衬里上加耐火纤维两层后放下大盖。当大盖离下法兰 20 mm 时停住，将螺栓穿入大盖及下法兰内并带好螺母(注意0°、90°、180°、270°四个方向上各留下一颗螺栓孔不穿螺栓，留给转动大盖及找正大盖使用)，最后放下大盖进行螺栓紧固。

紧固螺栓时，在螺栓上涂二硫化钼或石墨润滑剂，螺栓应对称均匀打紧，二段转化炉升温过程中需检查螺栓紧力，必要时进行热紧。

4 内衬更换质量控制

应当建立施工质量保证体系，执行质量责任工程师负责制，按技术文件、标准规范、施工方案进行施工。设置施工质量三级检查制，由专业技术人员进行一道复查，由专职质检员对施工质量进行检查，质量责任工程师负责进行审批。施工作业做好各种实测数据记录，数据须符合技术文件及规范要求。做好施工作业前技术交底工作，承担施工任务的技术员须在施工作业前向全部施工人员进行安全技术交底。安全技术交底包括：作业方案、技术规范、技术难点、拟采取的措施、质量安全特点及注意事项等。对施工作业中使用的计量器具和检测校验仪器，按规定进行校验合格，在检定合格期内方可使用。对于设备备件，采取保护措施，避免其被损坏、破坏、生锈、污染、丢失等情况出现。在保证安全第一的前提下，质量与成本、进度发生矛盾时，以质量为主。

5 结语

经过对二段炉内衬更换及检修时对转化气进、出口管内衬板更换，本工程施工作业准备、吊装作业顺序、施工作业方法、内衬修复方法的设计、组织和安排是完全合理。同时对吊装工机具布置也是可靠的，能确保设备安全吊装。安排好施工工序，可以提高施工效率，节省时间，降低成本。