徐韦国
(无锡华光环保能源集团股份有限公司，江苏无锡214028)
摘要：随着锅炉参数的提高，SA-335P91材料的集箱直径、长度尺寸越来越大，目前国内各大锅炉制造厂家对于该类集箱均采用火焰进行局部预热、消氢处理，整个过程依靠人工控制，工作环境恶劣，且温度无法自动控制、测量，温度均匀性差，集箱筒体上存在200C -400-C的温差，附加热应力较大，直接影响焊接质量。现采用电加热的方式，自动控制加热芯棒在集箱筒体内部加热，进行整体预热、消氢处理，筒体受热均匀，整个过程温度能自动控制并准确测量，集箱筒体上各处温差控制在50C以内。本文即通过工艺试验，介绍了大口径集箱的整体预热消氢工艺。 关键词：大口径；P91集箱；整体预热消氢；自动控制
1.存在的问题
现有一台3OOWM循环流化床锅炉，再热器集箱筒体材质为SA-335M P91，规格为4> 965x53.98，长度19.8米，集箱上要焊接6排共计1140个©44.5x4的SA-213M T91管接头(见图1)。按照焊接工艺要求，焊
前预热温度区间为205C〜300°C O由于焊接工作量巨大，焊接周期长，为防止产生冷裂纹，焊后还需要进行350C~40(TC保温2h〜3h的消氢处理。
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图1需进行消氢处理的再热器集箱
目前，国内各大锅炉制造厂家对于该类集箱均采用火焰进行局部预热、消氢处理。采用火焰加热，安全性差，整个过程依靠人工控制，工作环境恶劣，且温度无法准确控制、测量，均匀性差，集箱筒体长度方向上加热区域、其他区域存在200°C-300C温差，在多次重复冷却加热后，焊缝容易产生裂纹。
2.试验方案
为达到预热、消氢温度的准确性、均匀性，保证整个焊接作业的连续性，经技术人员探讨研究，决定采用电加热的方式，自动控制加热芯棒在集箱筒体内部加热，进行整体预热、消氢处理的方案，并制定了以下试验步骤：
(1)先不焊端盖，保证集箱两端敞开，便于电加热装置的安装。
(2)采用两根定制的加热芯棒，长度均为10.5米，从集箱两端放入，对称布置在集箱筒体内，在集箱内部进行加热，外表控温。
(3)由于筒体内空间较大，在预热消氢时，整个集箱外壁及敞口端包覆保温材料，以减少热量损失。
(4)在集箱正式焊接前进行模拟试验，并检测集箱上各部位的温度及均匀性。
3.试验方案的实施
3.1试备
试验设备有加热芯棒、控制柜、试件。
(1)加热芯棒(见图2)，规格e490，加热功率120KW，最高工作温度50(TC。
图2加热芯棒
(2) 控制柜两个，单个控制柜最大功率 240KW o
(3) 试件，筒体965x53.98，长度 19.8
米，完成管孔加工。
3.2试验方案一
首先采用外壁控温方案，将加热芯棒从集
箱两个敞口端放入集箱，对整个集箱外壁及端 部包覆保温材料，以减少热量损失(见图3)。设定温度250-C ，控温点位于集箱12点位
电加热棒置。测试过程中发现加热芯棒易损坏，经分析， 损坏原因是由于P91筒体内径©857、加热芯棒
直径d 490，加热芯棒与上部管壁距离很大，造
成管子内外壁温差大。外部控温时，表面温度
迟迟不能到设定温度，当外壁温度达到230-C 时，筒体内部温度已达到450°C - 500°C ，加热
芯棒长时间满负荷加热，极易造成损坏。
3.3试验方案二
针对试验方案一的实验结果，更改测温方
式，将外部控温改为内部控温，外表面设置监
视热电偶测温，并提高设定温度为300C 。
3.3.1预热测试
当控温热电偶达到设定温度并经lh 保温
后，外部监视热电偶温度达到230-C ，采用接触 式测温仪对筒体长度方向上多个区域进行检
测，测得的表面温度见图4。
图3试验方案一
区域温度
180~2009区域温度210~240°C
区域温度
公0~2609
区域温度210-240°C
区域温度
180-200°C
外部监视
-2500
瞌视测点内部控温点
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内部控温点
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图4控温、测温测点布置及表面温度分布图
由于两端敞口，端部保温性较差，温度偏低，未达到工艺要求的预热温度，故在两端管孔外侧位置各加两块10KW的加热履带进行补温。补温采用外部加热、控温，设定温度26（TC。加热履带达到设定温度后，采用接触式测温仪实测端部表面温度，测得的温度满足预热要求。控温测点布置及表面温度见图5。
3.3.2消氢测试
预热测试后直接升温，进行消氢温度段测试。温度控制方式、位置及测温位置不变，加热芯棒、补温履带设定温度均为390C，当加热芯棒、加热履带达到设定温度后，多次采用远红外测温对筒体长度方向上进行检测，保温1.5h 后，筒体表面温度达到消氢温度的要求。集箱筒体表面温度分布见图6。
~300加热芯棒1
区域温度
图5控温测点布置及表面温度图
区域温度
370~380°G
区域温度350~370°C
I带控温点外部监视测点W
内部控温点
~3000
区域温度350~365°C
£外部监视测点履带控瀚点:
内部控温点
~300上」/加热履带__________.….、
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加热履带、,，加热芯棒2
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图6集箱筒体表面温度分布图
测试完消氢工序后的当日，集箱筒体包覆保温材料冷却，第二天上班时检测筒体表面温度仍保持在180-C〜200-C，重新加热lh后即可满足焊前预热温度。
最终确定采用试验方案二进行大口径集箱的预热消氢处理，即整个集箱外壁包覆保温材料做好保温，加热芯棒预热、消氢时进行内部控温，集箱端部采用加热履带补温。
4.消氢工艺的实施与优势
按照以上的试验方案二，进行4根血965x53.98、长19.8米，4根4>660x41.28、长20米的集箱产品制造，
将需要焊接的管接头部位保温材料单独、分段布置。
在焊接过程中，工人只取下焊接部位的保温材料，焊接一段取下一段，焊后将保温材料复位，以减少散热，保证筒体温度达标、均匀（见图7）。
整个制造过程筒体受热均匀，温度可控可 测，焊接质量达标，达到了预期的效果。该消氢工艺与火焰局部预热工艺相比较, 具有以下优势：
(1)在制造过程中，集箱整体预热、消氢，筒
体上各处温度做到了自动控制，温度准确、均
匀。
(2) 所有管接头焊接后能及时进行消氢处 理，减少了焊缝裂纹的产生。
(3) 整体消氢后做好保温，利用余热，减少 了预热时间，便于车间组织后续生产。
(4) 改善了操作工人的工作环境，且在焊接 时不需要频繁地进行测温作业，提高了焊接效
率。
图7制造过程中的集箱
5.结语
集箱内部采用电加热芯棒、局部配以电加
热履带，可实现大口径长集箱整体进行焊前预 热、焊后消氢处理，并能实现过程的自动控制,
保证筒体焊接区域的温度均匀，最大温差能控 制在5(rc 以内。采用该消氢工艺时应注意以下
几点：
(1)在焊接作业前应做好外部及端部的保 温，将焊接区域的保温材料单独、分段布置。在
焊接过程中，只取下一段待焊接区域的保温材
料，焊后应立即恢复该区域的保温材料，以减少
散热，保证筒体温度均匀、达标。
(2) 控温时应采用集箱筒体内部控温、外部 监视测温，控温温度应设定为需要温度的上限。(3) 在散热较快的敞口部位(端部)应进行 适当的补温措施，以保证筒体表面各处均达到
设定温度。
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