1、前 言
在競爭日趨激烈的鍋爐市場中越來越重視對環境的保護，環保型的鍋爐如循環流化床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構。隨著循環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、廠內拼裝與工地組裝等。近年來，上海鍋爐廠有限公司自行開發設計的130 t／h CFB鍋爐已制造了10余臺，引進ALS-TOM(ABB-CE)技術設計的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，探討優化此類大型CFB鍋爐的制造工藝。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，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、產品情況簡介
2.1制造標準及法規
本產品是按MITI，ASME（2001版）SEC-TION l，以及JIS/ISO等要求生產、檢驗，不打“S”鋼印，在制造車間進行旋風分離器試拼裝。
2.2旋風分離器結構簡介
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。
上部環形集箱規格∮219.1mm×38 mm，材料SA-335 P12，環形集箱彎曲直徑∮6610 mm,
圓柱體部分由管子和扁鋼焊接而成。管子規格≠44.5mm×6 mm，材料SA-213T12，每片有43根管子，共172根，節距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形集箱組成，整體出廠。
下部環形集箱規格∮219.1mm×38mm，材料SA-335P12，集箱彎曲直徑∮3 300mm，焊接的長管接頭規格∮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大彎曲半徑環形集箱與圓弧管排組裝
旋風分離器上段由圓弧管排和環形集箱組成，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接板等準確定位聯結。
3.4試拼裝
為保證工地管子對口方便，減少工地現場的工作量，分包商要求在制造廠內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的一套模具，該模具的圓弧面尺寸需根據產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整。本項目中是將制造130t/h CFB鍋爐時曾設計、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、裝焊內件等工序，還設計了專用的裝配架。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，該裝配架需隨產品一起進爐熱處理，在工裝設計時重點放在產品變形的控制上。
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機械拼排，只能采用大量手工焊。為保證手工焊的焊接質量及控制焊后變形，根據上海鍋爐廠有限公司經驗，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，為保證拼排后的節距，所有鋼板都經機加工，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，需設置多檔內支撐來固定管排，并采用定位板將散管（與下部環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圓弧管排與環形集箱組裝工藝
由于設備限制，彎曲直徑∮6610 mm的環形集箱分為4段制造（集箱接短管接頭）。為了裝焊聯接環形集箱和圓弧管排的長管接頭，擬將4段90°環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。在設計環形集箱用的裝配架時，重點放在確保環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。
在與環形集箱組裝前，經測量發現，圓弧管排部分管子節距的偏差未能滿足與環形集箱對接時焊口錯邊量的要求。為了控制整體尺寸，設計了環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，調整節距，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，從而保證了關鍵聯接件（管排上的耳板與集箱上的吊板）的裝配符合圖紙要求。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質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），并且需考慮環形集箱的定位、轉動等問題，需高度重視制造時的安全性。經與外方商榷后，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整妥后，用聯接板固定；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，調整管子節距，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檢驗，均符合標準要求，并得到外方監造認可。
5、結 論
(1)大型旋風分離器若分片出廠，在公司內應該進行試拼裝。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。公司內的試拼裝可以較好地保證產品質量，維護公司的聲譽。
(2)工藝裝備的利用率應加以提高。大型管式旋風分離器制造中所用的工藝裝備數量多，成本高，以本項目為例，制造該旋風分離器時就設計了裝配用工裝十多套（件）。在設計工裝時應考慮盡量使其結構簡易，可重復使用。另外，在新產品設計時，盡量多利用原有工藝裝備，降低生產成本。
在競爭日趨激烈的鍋爐市場中越來越重視對環境的保護，環保型的鍋爐如循環流化床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構。隨著循環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、廠內拼裝與工地組裝等。近年來，上海鍋爐廠有限公司自行開發設計的130 t／h CFB鍋爐已制造了10余臺，引進ALS-TOM(ABB-CE)技術設計的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，探討優化此類大型CFB鍋爐的制造工藝。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，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、產品情況簡介
2.1制造標準及法規
本產品是按MITI，ASME（2001版）SEC-TION l，以及JIS/ISO等要求生產、檢驗，不打“S”鋼印，在制造車間進行旋風分離器試拼裝。
2.2旋風分離器結構簡介
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。
上部環形集箱規格∮219.1mm×38 mm，材料SA-335 P12，環形集箱彎曲直徑∮6610 mm,
圓柱體部分由管子和扁鋼焊接而成。管子規格≠44.5mm×6 mm，材料SA-213T12，每片有43根管子，共172根，節距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形集箱組成，整體出廠。
下部環形集箱規格∮219.1mm×38mm，材料SA-335P12，集箱彎曲直徑∮3 300mm，焊接的長管接頭規格∮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大彎曲半徑環形集箱與圓弧管排組裝
旋風分離器上段由圓弧管排和環形集箱組成，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接板等準確定位聯結。
3.4試拼裝
為保證工地管子對口方便，減少工地現場的工作量，分包商要求在制造廠內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的一套模具，該模具的圓弧面尺寸需根據產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整。本項目中是將制造130t/h CFB鍋爐時曾設計、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、裝焊內件等工序，還設計了專用的裝配架。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，該裝配架需隨產品一起進爐熱處理，在工裝設計時重點放在產品變形的控制上。
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機械拼排，只能采用大量手工焊。為保證手工焊的焊接質量及控制焊后變形，根據上海鍋爐廠有限公司經驗，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，為保證拼排后的節距，所有鋼板都經機加工，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，需設置多檔內支撐來固定管排，并采用定位板將散管（與下部環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圓弧管排與環形集箱組裝工藝
由于設備限制，彎曲直徑∮6610 mm的環形集箱分為4段制造（集箱接短管接頭）。為了裝焊聯接環形集箱和圓弧管排的長管接頭，擬將4段90°環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。在設計環形集箱用的裝配架時，重點放在確保環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。
在與環形集箱組裝前，經測量發現，圓弧管排部分管子節距的偏差未能滿足與環形集箱對接時焊口錯邊量的要求。為了控制整體尺寸，設計了環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，調整節距，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，從而保證了關鍵聯接件（管排上的耳板與集箱上的吊板）的裝配符合圖紙要求。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質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），并且需考慮環形集箱的定位、轉動等問題，需高度重視制造時的安全性。經與外方商榷后，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整妥后，用聯接板固定；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，調整管子節距，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檢驗，均符合標準要求，并得到外方監造認可。
5、結 論
(1)大型旋風分離器若分片出廠，在公司內應該進行試拼裝。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。公司內的試拼裝可以較好地保證產品質量，維護公司的聲譽。
(2)工藝裝備的利用率應加以提高。大型管式旋風分離器制造中所用的工藝裝備數量多，成本高，以本項目為例，制造該旋風分離器時就設計了裝配用工裝十多套（件）。在設計工裝時應考慮盡量使其結構簡易，可重復使用。另外，在新產品設計時，盡量多利用原有工藝裝備，降低生產成本。
