CN110214258A - 用于保护合成气回路锅炉的管板的设备和方法 - Google Patents

用于保护合成气回路锅炉的管板的设备和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110214258A
CN110214258A CN201880009275.8A CN201880009275A CN110214258A CN 110214258 A CN110214258 A CN 110214258A CN 201880009275 A CN201880009275 A CN 201880009275A CN 110214258 A CN110214258 A CN 110214258A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hole
tube sheet
welding
coating
protection sleeve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880009275.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110214258B (zh
Inventor
M.克隆博
S.萨缇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alfa Laval Corporate AB
Original Assignee
Alfa Laval Corporate AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alfa Laval Corporate AB filed Critical Alfa Laval Corporate AB
Publication of CN110214258A publication Critical patent/CN110214258A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110214258B publication Critical patent/CN110214258B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0229—Double end plates; Single end plates with hollow spaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • F28F9/18—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding
    • F28F9/185—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding with additional preformed parts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/025—Preparation or purification of gas mixtures for ammonia synthesis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/06—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits having a single U-bend
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/06—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/089—Coatings, claddings or bonding layers made from metals or metal alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0075—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for syngas or cracked gas cooling systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2225/00—Reinforcing means
    • F28F2225/08—Reinforcing means for header boxes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2245/00—Coatings; Surface treatments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/02—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction in the form of screens or covers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/10—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing overheating, e.g. heat shields
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]

Abstract

一种合成气回路锅炉(10)包括包围管束(14)的壳体(12)，其中管束(14)包括多个管(16)。管(16)中的各个的一个端部连结至管板(18)，管板(18)设有用于在锅炉(10)中引进合成气的对应的管板引进孔(20)，其中各管板引进孔(20)在内部设有至少保护套筒(22)，保护套筒(22)在两个端部处均被焊接至管板引进孔(20)的对应表面。各管板引进孔(20)设有相应的第一焊接覆盖层(24A)，其安置在管板引进孔(20)的引进口处，使得各保护套筒(22)的第一端部被焊接至第一焊接覆盖层(24A)。各管板引进孔(20)在内部设有至少孔槽(26)，其容纳相应的孔中第二焊接覆盖层(24B)，使得保护套筒(22)的第二端部被焊接至孔中第二焊接覆盖层(24B)。因此，各保护套筒(22)在两个端部处均被焊接至相应的焊接覆盖层(24A,24B)，从而具有移除并重新安装而不执行任何焊接后热处理的可能性。

Description

用于保护合成气回路锅炉的管板的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于保护合成气回路锅炉的管板的设备和方法。更确切地说，本发明涉及一种用于保护氨合成气回路锅炉的管板的可互换焊接套筒，并且涉及一种用于在氨合成气回路锅炉的管板中插入并焊接保护套筒的方法。
背景技术
如已知的那样，合成气或合成气体是气体混合物，其主要包括氢、一氧化碳、氨且通常包括一些二氧化碳。该名称来自于其在形成合成天然气(SNG)以用于生产氨或甲醇方面作为中间体的用途。
合成气可通过与蒸汽(蒸汽重整)、二氧化碳(干重整)或氧(部分氧化)反应而由许多来源(包括天然气、煤、生物质或几乎任何碳氢化合物原料)产生。对于生产氢、氨、甲醇和合成碳氢化合物燃料而言，合成气是至关重要的中间体资源。合成气在经由Fischer-Tropsch过程和先前的Mobil甲醇至汽油过程来生产用于用作燃料或润滑剂的合成石油方面也用作中间体。生产方法包括对天然气或液态碳氢化合物进行蒸汽重整，以在一些类型的废物能源化(waste-to-energy)气化设施中产生氢、煤的气化、生物质。
合成气回路锅炉是在氨生产厂中直接安装在氨转换器的下游的压力装备。合成气回路锅炉在内部设有连结至管板的水平或竖直布置的管束。例如在图1中显示了具有水平布置的管束的典型合成气回路锅炉布局。
合成气(典型地为下者的混合物：55%的H2、20%的NH3、6%的CH4、15%的N2，其余为He+Ar)在高的温度(通常为400-480℃)和压力(大约为10-20 MPa)下进入合成气回路锅炉管板。例如，可利用22等级的铁素体钢(2.25Cr-1Mo)来制造常规的合成气回路锅炉。在常规的合成气回路锅炉中，根据API 941“Nelson曲线”来进行基础材料选择，以便是耐高温氢的。
与高于380℃的温度下的钢接触的氨导致钢渗氮，从而造成硬度增加和高温氢侵蚀的风险。因此，在合成气回路锅炉中，通常通过Inconel®焊接覆盖层来保护管板合成气表面。如已知的那样，Inconel®是奥氏体镍铬基超级合金或高性能合金的族。Inconel®合金是非常适合于在受到压力和热的极端环境中使用的耐氧化且耐腐蚀的材料。当Inconel®被加热时，Inconel®形成保护表面不受进一步侵蚀的厚、稳定、钝化的氧化层。
根据现有技术，通过根据一些过程许可方规范在两个端部处被焊接的内部套筒来保护厚管板孔(在厚度高达500 mm的管板中，直径低至28 mm)。通常在Inconel®焊接覆盖层之间执行第一Inconel®套筒焊接，而通常在Inconel®套筒与管板材料之间(通过内孔焊接技术)执行第二Inconel®套筒焊接。
例如，文献US 7574981 B1描述了具有插入到管中的套圈的管状锅炉。由耐腐蚀材料构成的内部焊接覆盖层沉积在围绕各管的内壁的带中。覆盖层具有接纳套圈的端部的环形内部凹口。
文献US 4401153 A描述了壳管式换热器，其具有在管内部的由耐渗氮材料构成的保护套筒。保护套筒被焊接至外部管状套筒的下端。
文献US 8210245 B2描述了壳管式换热器，其中，引进管板的至少部分由耐磨损插入件覆盖。插入件可至少部分地插入到换热器管中。插入件由被焊接至引进管板的保护套筒构成。
文献US 2013/0199462 A1描述了被焊接至管端部的用于蒸汽发生器的由Inconel®制成的修复套筒。首先移除旧的有缺陷的焊缝，且然后新的铣削轮廓形成为具有凹部，以用于容纳修复套筒并随后将其焊接至凸缘区域。
文献US 3540529 A描述了管状换热器，其使用Inconel®作为焊接材料，以用于将管连结至管板。然而，在管中未提供保护套筒。
最后，文献US 2785459 A描述了如何通过使用基础材料在槽中的焊接沉积来制作管密封件，在熔合焊接期间，该管密封件将使基础材料不受影响。
焊接套筒的缺点是由于需要对被焊接至管板基础材料的套筒焊件进行热处理的事实。由于该原因，现场更换套筒或移除套筒以用于检视管板基础材料几乎是不可能的。现场的焊接后热处理(PWHT)过程是非常复杂且昂贵的，以至于被认为是几乎不可能的。
发明内容
因此，本发明的一个目标是提供用于保护合成气回路锅炉的管板的设备和方法，该设备和方法能够以简单、廉价且特别是可操作的方式来解决上文提到的现有技术的缺陷。
详细地，本发明的一个目标是提供用于保护合成气回路锅炉的管板的设备和方法，该设备和方法允许(在随机的基座上)移除套筒，以用于检查管板基础材料的完整性，并且然后通过焊接而不执行任何焊接后热处理(PWHT)过程来重新安装套筒。
本发明的另一目标是提供用于保护合成气回路锅炉的管板的设备和方法，该设备和方法在锅炉定期维护期间允许检查套筒焊接部。如果发现套筒焊接部有缺陷，则有可能重新焊接而不需要重复PWHT过程。
根据本发明，通过提供如在所附权利要求书中阐述的用于保护合成气回路锅炉的管板的设备和方法来实现这些目标。
应当指出，根据本申请的用于保护合成气回路锅炉的管板的设备的范围将不保护在文献US 7574981 B1中显示的位置处的管板的管。相反地，根据本申请的用于保护合成气回路锅炉的管板的设备的范围将准许将套圈管焊接至管板材料而不需要对焊件进行热处理。管板基础材料(通常为22等级的铁素体钢)需要在焊接之后进行焊接后热处理，以便降低焊接应力且实现回火结构。根据本申请，在Inconel®隔离层沉积之后对其进行焊接后热处理，然后可进行新套圈的随后的安装、移除和重新焊接，而不进行进一步的焊接后热处理(PWHT)过程。
通过为本描述的组成部分的从属权利要求来突出本发明的另外的特征。
附图说明
参考所附的示意图，根据以下示例性而非限制性的描述，根据本发明的用于保护合成气回路锅炉的管板的设备和方法的特征和优点将更清楚，在附图中：
图1是具有水平布置的管束的合成气回路锅炉的示意图；
图2是根据现有技术的用于保护合成气回路锅炉的管板的套筒的截面视图；
图3是图2的套筒的放大视图，其中，显示了套筒与管板孔之间的焊接部的宏观截面。焊接部涉及Inconel®套筒和F22等级的管板材料；
图4是根据本发明的用于保护合成气回路锅炉的管板的设备的截面视图；
图5是图4的设备的孔中焊接覆盖层的放大视图，其中，显示了在管板孔内部的Inconel®焊接覆盖层的宏观截面。在该步骤中，焊接覆盖层被预先加工成圆柱形形状，从而允许通过专用的超声探头来进行测定体积的检查，以便探测可能的焊接缺陷；
图6是被焊接至图4的设备的孔中焊接覆盖层的套筒的放大视图，其中，显示了套筒与管板孔内部的焊接覆盖层之间的完成的焊接部的宏观截面。应当注意，套筒焊接部不影响F22等级的管板基础材料，这是因为焊接部及其影响区完全在焊接覆盖层的内部。这允许以后进行重新焊接而不执行任何PWHT过程；
图7A-7G显示了管板和在管板孔内部获得的相应焊接覆盖层的制造顺序；
图8是管板的放大视图，其显示了焊接覆盖层的制造步骤；
图9显示了模拟设有焊接覆盖层的管板孔的校准块。校准块可用于使用超声探头来执行检测；以及
图10是管板的另一放大视图，其显示了焊接覆盖层(即套筒与Inconel®焊接覆盖层之间的焊接部)的另外的制造步骤。
具体实施方式
参考附图，显示了根据本发明的用于保护合成气回路锅炉的管板的设备的一个实施例。合成气回路锅炉10呈包括包围管束14的壳体12的类型。尽管合成气回路锅炉10以水平取向显示，但其也可竖直地定向或相对于水平表面以任何角度定向。
管束14包括多个管16。管16优选地为U形管，但根据本发明的设备和方法也可适用于具有直管的管束。管16中的各个的一个端部连结至管板18，管板18设有用于在锅炉10中引进合成气的对应的管板引进孔20。在U形管的情况下，管16中的各个的另一端部连结至管板18，管板18于是设有用于排出合成气的管板排出孔。在直管的情况下，管中的各个的另一端部连结至另一管板，该另一管板设有用于排出合成气的管板排出孔。可典型地利用F11、F12、F21、F22、F22V等级或等同的低合金钢、优选地利用F22等级的低合金钢来制造管板18。
各管板引进孔20在内部设有至少保护套筒22，保护套筒22在两个端部处均被焊接至所述管板引进孔20的对应表面。可典型地利用以Inconel®商标名称知名的奥氏体镍铬基超级合金来制造各保护套筒22。
例如，图2和图3显示了根据现有技术的焊接构造，其中Inconel®保护套筒22的至少一个端部被直接地焊接至管板18的F22材料。需要对该焊接部进行焊接后热处理，以便使管板18的基础材料的热影响区回火，以实现适合于H2使用的硬度值(通常参考硬度值是由API 934准则建议的硬度值)。
图4-图6显示了根据本发明的焊接构造，其中至少一个孔中焊接覆盖层24B安装在各管板引进孔20的内部。更确切地说，以本身已知的方式，各管板引进孔20设有安置在所述管板引进孔20的引进口处的相应的第一焊接覆盖层24A，使得各保护套筒22的第一端部被焊接至所述第一焊接覆盖层24A。另外，根据本发明，各管板引进孔20在内部设有至少孔槽26，孔槽26容纳相应的孔中第二焊接覆盖层24B，使得各保护套筒22的第二端部被焊接至所述孔中第二焊接覆盖层24B。
优选地利用Inconel®超级合金或利用奥氏体钢或镍基合金来制造各焊接覆盖层24A、24B，且各焊接覆盖层24A、24B优选地设在Inconel®保护套筒22的两个端部处。换而言之，各Inconel®保护套筒22结果在两个端部处均被焊接至相应的Inconel®焊接覆盖层24A、24B，从而具有移除并重新安装而不执行任何焊接后热处理(PWHT)过程的可能性。
参考图5和图6，在锅炉10的制造期间对管板18的基础材料中的第二Inconel®焊接覆盖层热影响区进行热处理。Inconel®保护套筒22与孔中第二Inconel®焊接覆盖层24B之间的焊接部不需要热处理，这是因为该焊接部的热影响区完全在所述孔中第二Inconel®焊接覆盖层24B中而不会影响基础材料。
产生新的解决方案涉及开发新的焊接工序，以将孔中第二Inconel®焊接覆盖层24B沉积在孔槽26的内部，且将Inconel®保护套筒22焊接至所述孔中第二Inconel®焊接覆盖层24B。如在图7A中显示的那样，用于在管板18的孔槽26的内部插入并焊接孔中第二Inconel®焊接覆盖层24B的方法包括在所述管板18中获得至少管板引进孔20的预备步骤。优选地通过对管板18进行钻孔来获得各管板引进孔20。随后，如在图7B中显示的那样，通过槽加工而在各管板引进孔20的内部获得至少孔槽26。
然后通过焊接、优选地通过多道焊接过程来将孔中第二Inconel®焊接覆盖层24B沉积到对应的孔槽26中。该工序在图7C中显示，且在图8中更详细地显示。例如，如在图8中显示的那样，可根据预先确定的焊接顺序通过至少5个焊道来获得沉积的第二Inconel®焊接覆盖层24B，且沉积的第二Inconel®焊接覆盖层24B可具有大于4.5 mm的厚度。
优选地，如在图7D中显示的那样，孔中第二Inconel®焊接覆盖层24B被预先加工成圆柱形形状。需要该操作以及促进Inconel®保护套筒22插入到管板引进孔20中以如下文描述的那样执行Inconel®焊接覆盖层24B的超声检测(UT)。
已开发非破坏性检测(NDT)工序，以便检查第二Inconel®焊接覆盖层24B。详细地，在孔中第二Inconel®焊接覆盖层24B的沉积之后且在相应的预先加工之后，通过超声检测(UT)来检视所述孔中第二Inconel®焊接覆盖层24B，超声检测通过定制自动UT探头(未显示)来执行。UT探头给出孔中第二Inconel®焊接覆盖层24B的C-扫描图像，且因缺乏结合探测而执行。
更确切地说，UT探头可配备有两个串联的晶体，即发射器和接收器，且可在纵向轴线上在孔槽26处定位在管板引进孔20的内部。UT探头顺着具有0.5 mm的节距的螺旋状路径移动。UT探头应当在孔的内部表面上移动，且其必须覆盖孔中第二Inconel®焊接覆盖层24B的整个表面。
处理由UT探头获得的超声数据且以未处理的形式存储该数据。在扫描期间，可在线建立扫描图像。在完成扫描之后，应当评估并记录数据，这可离线执行。在与焊接区段相关的反射物的位置、长度和深度位置方面呈现最终结果。
可使用特定校准块28(图9)来执行UT探头的预备校准过程，该校准块28模拟设有孔槽和孔中第二Inconel®焊接覆盖层的管板引进孔。校准块28的焊接覆盖层形状和主要尺寸与在合成气回路锅炉10的管板18上获得的对应的焊接覆盖层形状和主要尺寸基本上相同。另外，利用与合成气回路锅炉10的管板18相同的材料等级和形式来制造校准块28。
校准块28设有在相应的焊接覆盖层处获得的多个校准和/或检验孔30、32。应当设定扫描范围校准，以便清楚地探测校准块28的所有孔30、32。应当在UT探头软件中设定扫描范围。
然后对孔中第二Inconel®焊接覆盖层24B进行最终加工(图7E)，以形成相应的焊接坡口34(图10)。例如用手将保护套筒22插入管板引进孔20中，且然后在保护套筒22的第二端部处将保护套筒22焊接至孔中第二Inconel®焊接覆盖层24B(图7F和图7G)。因此保护套筒22在管板引进孔20的内部膨胀。
在孔中第二Inconel®焊接覆盖层24B的最终加工步骤之后，一旦保护套筒22被焊接至所述孔中第二Inconel®焊接覆盖层24B，即可通过渗透检测(PT)来检查孔中第二焊接覆盖层24B的表面和保护套筒22二者，渗透检测采用用于开发者应用的光学检视装置，包括例如管道镜。保护套筒22与孔中第二Inconel®焊接覆盖层24B之间的焊接部可根据特定要求而为全熔合或部分熔合焊接部。
在通过全熔合焊接过程来获得保护套筒22与孔中第二Inconel®焊接覆盖层24B之间的焊接部的情况下，对焊接部进行精密超声检测(UT)检查则是可能的。通过操作UT爬波且给出A-扫描图像的专用孔探头来执行超声检测。超声检测可探测表面和根部缺陷二者。
通过在保护套筒22的第一端部处焊接第一焊接覆盖层24A，以及通过借助内孔焊接技术将管16焊接至管板18，来完成制造过程。然后以本身已知的方式完成锅炉10，且可执行焊接后热处理(PWHT)过程。
因此看到，根据本发明的用于保护合成气回路锅炉的管板的设备和方法实现了先前概述的目标，特别是获得了以下优点：
- 移除并重新安装套筒而不执行任何焊接后热处理(PWHT)过程的可能性；
- 在故障的情况下现场修复套筒焊接部的可能性；以及
- 现场移除并更换套筒以用于检视管板基础材料的可能性。
因此设想的本发明的用于保护合成气回路锅炉的管板的设备和方法在任何情况下均容许有许多修改和变体，所有这些修改和变体均落入相同的发明构思内；另外，所有的细节均可由技术上等同的元件替代。在实践中，所使用的材料以及形状和尺寸可根据技术要求而呈任何类型。
因此本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (15)

1.一种合成气回路锅炉(10)，其包括包围管束(14)的壳体(12)，其中，所述管束(14)包括多个管(16)，其中，所述管(16)中的各个的一个端部连结至管板(18)，所述管板(18)设有用于在所述锅炉(10)中引进所述合成气的对应的管板引进孔(20)，其中，各管板引进孔(20)在内部设有至少保护套筒(22)，所述保护套筒(22)在两个端部处均被焊接至所述管板引进孔(20)的对应表面，且其中，各管板引进孔(20)设有相应的第一焊接覆盖层(24A)，所述第一焊接覆盖层(24A)安置在所述管板引进孔(20)的引进口处，使得各保护套筒(22)的第一端部被焊接至所述第一焊接覆盖层(24A)，所述合成气回路锅炉(10)的特征在于，各管板引进孔(20)在内部设有至少孔槽(26)，所述孔槽(26)容纳相应的孔中第二焊接覆盖层(24B)，使得所述保护套筒(22)的第二端部被焊接至所述孔中第二焊接覆盖层(24B)。
2.根据权利要求1所述的合成气回路锅炉(10)，其特征在于，利用在由以下材料构成的组中选择的材料来制造所述管板(18)：
- F11等级的低合金钢；
- F12等级的低合金钢；
- F21等级的低合金钢；
- F22等级的低合金钢；以及
- F22V等级的低合金钢。
3.根据权利要求1或2所述的合成气回路锅炉(10)，其特征在于，利用奥氏体镍铬基超级合金来制造各保护套筒(22)。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的合成气回路锅炉(10)，其特征在于，利用奥氏体钢或镍基合金来制造各焊接覆盖层(24A, 24B)。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的合成气回路锅炉(10)，其特征在于，所述管(16)为U形管。
6.一种用于在根据前述权利要求中的任一项所述的合成气回路锅炉(10)的对应的管板引进孔(20)中插入并焊接保护套筒(22)的方法，所述方法包括以下步骤：
- 在所述合成气回路锅炉(10)的管板(18)中获得至少管板引进孔(20)；
- 通过槽加工而在各管板引进孔(20)的内部获得至少孔槽(26)；
- 通过焊接而将孔中第二焊接覆盖层(24B)沉积到对应的孔槽(26)中；
- 将所述保护套筒(22)插入到所述管板引进孔(20)中；
- 在所述保护套筒(22)的第二端部处将所述保护套筒(22)焊接至所述孔中第二焊接覆盖层(24B)；以及
- 在所述保护套筒(22)的第一端部处将所述保护套筒(22)焊接至第一焊接覆盖层(24A)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过多道焊接过程来将所述孔中第二焊接覆盖层(24B)焊接至所述对应的孔槽(26)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据预先确定的焊接顺序，通过至少5个焊道来获得各孔中第二焊接覆盖层(24B)。
9.根据权利要求6至8中的任一项所述的方法，其特征在于，各孔中第二焊接覆盖层(24B)具有大于4.5 mm的厚度。
10.根据权利要求6至9中的任一项所述的方法，其特征在于，通过对所述管板(18)进行钻孔来获得各管板引进孔(20)。
11.根据权利要求6至10中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述孔中第二焊接覆盖层(24B)的沉积步骤之后且在所述保护套筒(22)的插入步骤之前，执行将所述孔中第二焊接覆盖层(24B)预先加工成圆柱形形状的预先加工步骤，以用于促进将所述保护套筒(22)插入到所述管板引进孔(20)中。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述预先加工步骤之后，执行所述孔中第二焊接覆盖层(24B)的最终加工步骤，以形成相应的焊接坡口(34)。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在所述孔中第二焊接覆盖层(24B)的沉积步骤之后且在相应的所述预先加工步骤之后，执行非破坏性检测(NDT)工序，以便检查所述第二焊接覆盖层(24B)，其中，通过超声检测(UT)来检视所述孔中第二焊接覆盖层(24B)，所述超声检测(UT)通过UT探头来执行。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，使用校准块(28)来执行所述UT探头的预备校准过程，所述校准块(28)模拟设有孔槽和孔中第二焊接覆盖层的管板引进孔，其中，所述校准块(28)的焊接覆盖层形状和主要尺寸与在所述合成气回路锅炉(10)的所述管板(18)上获得的对应的焊接覆盖层形状和主要尺寸基本上相同，且其中，利用与所述管板(18)相同的材料等级和形式来制造所述校准块(28)。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述孔中第二焊接覆盖层(24B)的最终加工步骤之后，一旦所述保护套筒(22)被焊接至所述孔中第二焊接覆盖层(24B)，即通过采用光学检视装置的渗透检测(PT)来检查所述孔中第二焊接覆盖层(24B)的表面和所述保护套筒(22)二者。
CN201880009275.8A 2017-01-31 2018-01-18 用于保护合成气回路锅炉的管板的设备和方法 Active CN110214258B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17425012.6 2017-01-31
EP17425012.6A EP3355022B1 (en) 2017-01-31 2017-01-31 Apparatus and method for protecting the tube-sheet of a syngas loop boiler
PCT/EP2018/051193 WO2018141556A1 (en) 2017-01-31 2018-01-18 Apparatus and method for protecting the tube-sheet of a syngas loop boiler

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110214258A true CN110214258A (zh) 2019-09-06
CN110214258B CN110214258B (zh) 2021-03-26

Family

ID=58266541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880009275.8A Active CN110214258B (zh) 2017-01-31 2018-01-18 用于保护合成气回路锅炉的管板的设备和方法

Country Status (13)

Country Link
US (1) US11454461B2 (zh)
EP (1) EP3355022B1 (zh)
JP (1) JP6806913B2 (zh)
KR (1) KR102258964B1 (zh)
CN (1) CN110214258B (zh)
CA (1) CA3047210C (zh)
DK (1) DK3355022T3 (zh)
ES (1) ES2767089T3 (zh)
PL (1) PL3355022T3 (zh)
RU (1) RU2726973C1 (zh)
SA (1) SA519402273B1 (zh)
SI (1) SI3355022T1 (zh)
WO (1) WO2018141556A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111360373A (zh) * 2020-03-16 2020-07-03 鲁西工业装备有限公司 一种u型换热管与管板焊接工艺及其应用

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019120096A1 (de) * 2019-07-25 2021-01-28 Kelvion Machine Cooling Systems Gmbh Rohrbündelwärmetauscher
CN110977132A (zh) * 2019-12-23 2020-04-10 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种多层套管结构的焊接结构及方法
BR112023023656A2 (pt) * 2021-05-11 2024-01-30 Arkema Inc Método para monitorar um espelho de um trocador de calor
WO2023117551A1 (en) 2021-12-22 2023-06-29 Topsoe A/S Tube sheet protection in a process gas waste heat boiler

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04203800A (ja) * 1990-11-30 1992-07-24 Hitachi Ltd 熱交換器の管端構造
CN101285795A (zh) * 2008-05-22 2008-10-15 山东齐鲁电机制造有限公司 转子线圈银焊焊接质量超声波检测方法
WO2009066260A1 (en) * 2007-11-21 2009-05-28 The Petroleum Oil And Gas Corporation Of South Africa (Pty) Ltd Tube sheet assembly
CN201407945Y (zh) * 2009-04-21 2010-02-17 卢秉威 换热管与管板的焊接结构
CN101966627A (zh) * 2010-08-16 2011-02-09 东莞市亿铖达焊锡制造有限公司 有芯焊丝生产中连续检测助焊剂的方法和设备
US8210245B2 (en) * 2005-07-07 2012-07-03 Ruhr Oel Gmbh Shell-and-tube heat exchanger comprising a wear-resistant tube plate lining
CN102967169A (zh) * 2012-12-20 2013-03-13 茂名重力石化机械制造有限公司 一种防止壳程侧间隙腐蚀的换热管与管板连接结构
US20130199462A1 (en) * 2011-12-16 2013-08-08 Westinghouse Electric Germany Gmbh Steam Generator Heating Tube Repair Device and Repair Method

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2047633A (en) * 1933-08-25 1936-07-14 Babcock & Wilcox Co Pressure vessel and method of making the same
US2145877A (en) * 1935-08-07 1939-02-07 Houdry Process Corp Apparatus for thermal control of contact masses
US2785459A (en) 1951-08-14 1957-03-19 Babcock & Wilcox Co Method of making fusion weld sealed pressure joint
US2743089A (en) * 1954-08-13 1956-04-24 Griscom Russell Co Heat exchanger tube sheet leakage prevention and detection construction
US3317222A (en) * 1964-04-16 1967-05-02 Cons Edison Co New York Inc Insert constructions for tubes of heat exchangers and condensers
GB1196562A (en) 1967-02-17 1970-07-01 Hitachi Ltd Welded Assembly of a Tube and a Tube Sheet
FR2308893A1 (fr) * 1975-04-23 1976-11-19 Creusot Loire Echangeur tubulaire a embouts, travaillant a chaud et sous pre ssion
DE2708696A1 (de) * 1977-03-01 1978-09-07 Deggendorfer Werft Eisenbau Mehrschichtiger rohrboden fuer waermetauscher
DE3022480A1 (de) 1980-06-14 1982-01-07 Uhde Gmbh, 4600 Dortmund Vorrichtung zum waermetausch zwischen einen nh (pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts) -konverter verlassendem kreislaufgas und wasser
US4579171A (en) * 1983-03-04 1986-04-01 Chicago Bridge & Iron Company Shell and tube heat exchanger with welds joining the tubes to tube sheet
DK234387A (da) * 1987-05-08 1988-11-09 Haldor Topsoe As Varmeveksler til fremstilling af damp i et anlaeg til fremstilling af ammoniak
US5094801A (en) * 1990-01-22 1992-03-10 The Babcock & Wilcox Company Two piece pressurizer heater sleeve
EP0567674B1 (de) * 1992-04-29 1994-02-23 Deutsche Babcock-Borsig Aktiengesellschaft Wärmetauscher zum Kühlen von in einer Kohlevergasungsanlage erzeugtem Synthesegas
DE4236005C2 (de) * 1992-10-24 1994-08-25 Bbc Reaktor Gmbh Verfahren zum Austausch eines einen Deckel eines Kernreaktordruckbehälters durchsetzenden Stutzens
US5271048A (en) * 1992-12-21 1993-12-14 B&W Nuclear Service Company Replacement nozzle and method for replacing a nozzle in a pressure vessel
US5274683A (en) * 1993-04-27 1993-12-28 B&W Nuclear Service Company Method for replacing a nozzle
DE4407594A1 (de) * 1994-03-08 1995-09-14 Borsig Babcock Ag Wärmetauscher zum Kühlen von heißem Reaktionsgas
JP3512477B2 (ja) * 1994-07-16 2004-03-29 川崎重工業株式会社 熱交換器
DE19501422C2 (de) * 1995-01-19 2002-03-28 Borsig Gmbh Gekühltes Übergangsstück zwischen einem Wärmetauscher und einem Reaktor
JPH09170896A (ja) 1995-12-19 1997-06-30 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 熱交換器
DE19548688C2 (de) * 1995-12-23 1999-04-08 Balcke Duerr Gmbh Wärmetauscher zum Kühlen von stickstoffhaltigem Gas hoher Temperatur
CA2178524C (en) * 1996-06-07 2007-07-03 Howard John Lawrence Boiler protection tube assembly
SE510240C3 (sv) * 1996-10-14 1999-05-25 Edmeston Ab Roervaermevaexlare med balkplatta indelad i ett antal kanaler
US5809098A (en) * 1997-03-10 1998-09-15 General Electric Company Method for sealing a stub tube in a nuclear reactor
AU4090600A (en) * 1999-06-30 2001-01-04 Rohm And Haas Company High performance heat exchangers
US7206372B2 (en) * 2002-07-15 2007-04-17 General Electric Company Methods of repairing leaking elongate hollow members in boiling water reactors
US6834092B2 (en) * 2002-07-15 2004-12-21 General Electric Company Method of repairing leaking elongate hollow members in boiling water reactors
JP4426415B2 (ja) * 2004-10-01 2010-03-03 東洋エンジニアリング株式会社 反応装置
US20060078080A1 (en) * 2004-10-08 2006-04-13 Payne Ronal J Small diameter bore pressure vessel penetration modification
US20070031591A1 (en) * 2005-08-05 2007-02-08 TDM Inc. Method of repairing a metallic surface wetted by a radioactive fluid
US20080105341A1 (en) * 2006-11-02 2008-05-08 Huff Philip A Heat treatment of inlaid pressure vessels
US7574981B1 (en) 2006-10-05 2009-08-18 Citgo Petroleum Corporation Apparatus and method for improving the durability of a cooling tube in a fire tube boiler
JP5675119B2 (ja) * 2010-01-18 2015-02-25 三菱重工業株式会社 管台取付構造
AR090886A1 (es) * 2012-05-03 2014-12-10 Stamicarbon Metodo de fabricacion de un conjunto de placa de tubo e intercambiador de calor para un reactor o condensador
EP2881691A1 (de) * 2013-12-09 2015-06-10 Balcke-Dürr GmbH Wärmeüberträger mit Rohrscheibe und eingeschobener Hülse
US9180557B1 (en) * 2014-04-21 2015-11-10 Areva Inc. Two-piece replacement nozzle
US9978467B2 (en) * 2014-11-13 2018-05-22 Framatome Inc. Excavation and weld repair methodology for pressurized water reactor piping and vessel nozzles
CN204730723U (zh) * 2015-05-12 2015-10-28 江苏力沃新能源科技股份有限公司 换热管与管板连接结构
US10287982B2 (en) * 2015-08-14 2019-05-14 United Technologies Corporation Folded heat exchanger for cooled cooling air

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04203800A (ja) * 1990-11-30 1992-07-24 Hitachi Ltd 熱交換器の管端構造
US8210245B2 (en) * 2005-07-07 2012-07-03 Ruhr Oel Gmbh Shell-and-tube heat exchanger comprising a wear-resistant tube plate lining
WO2009066260A1 (en) * 2007-11-21 2009-05-28 The Petroleum Oil And Gas Corporation Of South Africa (Pty) Ltd Tube sheet assembly
CN101285795A (zh) * 2008-05-22 2008-10-15 山东齐鲁电机制造有限公司 转子线圈银焊焊接质量超声波检测方法
CN201407945Y (zh) * 2009-04-21 2010-02-17 卢秉威 换热管与管板的焊接结构
CN101966627A (zh) * 2010-08-16 2011-02-09 东莞市亿铖达焊锡制造有限公司 有芯焊丝生产中连续检测助焊剂的方法和设备
US20130199462A1 (en) * 2011-12-16 2013-08-08 Westinghouse Electric Germany Gmbh Steam Generator Heating Tube Repair Device and Repair Method
CN102967169A (zh) * 2012-12-20 2013-03-13 茂名重力石化机械制造有限公司 一种防止壳程侧间隙腐蚀的换热管与管板连接结构

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111360373A (zh) * 2020-03-16 2020-07-03 鲁西工业装备有限公司 一种u型换热管与管板焊接工艺及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
US11454461B2 (en) 2022-09-27
KR102258964B1 (ko) 2021-06-03
CA3047210C (en) 2021-05-04
CA3047210A1 (en) 2018-08-09
SA519402273B1 (ar) 2022-06-02
JP6806913B2 (ja) 2021-01-06
JP2020507048A (ja) 2020-03-05
ES2767089T3 (es) 2020-06-16
KR20190112070A (ko) 2019-10-02
RU2726973C1 (ru) 2020-07-17
SI3355022T1 (sl) 2020-02-28
DK3355022T3 (da) 2020-02-10
EP3355022A1 (en) 2018-08-01
WO2018141556A1 (en) 2018-08-09
EP3355022B1 (en) 2019-10-30
PL3355022T3 (pl) 2020-03-31
US20200003503A1 (en) 2020-01-02
CN110214258B (zh) 2021-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110214258A (zh) 用于保护合成气回路锅炉的管板的设备和方法
DuPont Review of dissimilar metal welding for the NGNP helical-coil steam generator
JP5614313B2 (ja) 非破壊検査用標準供試体及びその製造方法
Buitrago et al. Fatigue design and performance verification of deepwater risers
US20050220250A1 (en) Pad-around-nozzle welding technique
Siefert et al. Complexities of in-service failures in dissimilar metal welds between grade 91 and austenitic stainless steels
Duan et al. Experimental study of the weld residual stress in manually and mechanically fabricated dissimilar metal weld
Ghafri et al. Corrosion monitoring of complex heat recovery steam generation boilers
Li et al. Fit for Purpose Analysis on Bimetallic Lined Pipe in Yaha Gas Condensate Field
Dalal et al. New Learnings and Trends on Duplex Stainless Steel 2205 Reactor Effluent Air Coolers
McCracken et al. Full structural weld overlay on a super emergency feedwater nozzle at the Dukovany Nuclear Power Plant
Macdonald et al. Engineering critical assessment in the complex girth welds of clad and lined linepipe materials
Nelson et al. Review of Life Assessment and Repair Strategies for Hydrogen Reformer Furnace Outlet Header Castings
Zhu et al. Welding New Supports to Weld Overlay or Cladding in Existing Hydroprocessing Reactors
Goswami et al. Innovative approach of mechanized GMAW procedure qualification of X65 grade S-lay offshore sour pipeline
Champigny et al. Non Destructive Inspection of Nickel Base Alloys in France
Clark et al. Top of tubesheet cracking in Bruce A NGS steam generator tubing-recent experience
Watson et al. Residual Stress Finite Element Analysis and Measurements of a Tube Penetration J-Groove Attachment Weld in a Hemispherical Head of a Large Ferritic Pressure Vessel: Part I—Centre Nozzle
Mitchell Development and Application of T91 Cold Weld Repair Techniques
CN117680862A (zh) 一种稀释蒸汽过热器的制作方法
Girault et al. Lessons Learned From the Qualification Program and J-laying Campaign of 12-inch Steel Catenary Risers for the P55 Deepwater Project
Szklarz Sulfide stress cracking of a pipeline weld in sour gas service
Wensley Experience with duplex stainless steel Kraft digesters
Orfanoudakis et al. Selection of the optimum NDT methods for determination of steam boiler remaining life
Mazzeo How Potrero Utililized Flush Patches to Manage Localized Under Deposit Corrosion Damage in Waterwall Tubes

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant