摘要：介绍在大港油田20Kt／a煅烧焦厂煅烧回转窑高温下料溜管的投产使用中，针对出现的焊口开裂、高温下管体变形等一系列问题，通过焊接�力分析、高温温差�力、溜管整体结构受力分析等方法和原理，从整体结构和焊接方法两方面进行技术改造，探讨出符合大港油田20Kt／a煅烧焦60米回转窑使用要求的耐高温下料溜管制作安装方法。
关键词：煅烧回转窑；热变形；焊接�力；热�力；�力集中；耐高温下料溜管
中图分类号：TE65 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2012)02-0015-02
0 引言
某公司20Kt／a煅烧焦厂煅烧回转窑是目前国内单条窑最大的煅烧焦回转窑，由沈阳铝镁设计院设计，2006年正式投入使用，主-要生产过程是利用回转窑将生石油焦经煅烧后产出合格的煅后焦供成型工序使用。主要工艺过程由原料供给、回转窑煅烧、余热锅炉、余热发电、产品冷却及包装输送系统构成。位于回转窑窑尾的下料溜管虽然不是最重要的部分，但下料溜管的冷却水外泄的问题解决不好将会直接影响到装置的平稳运行。下料溜管的上半部分工作温度为25～50℃，下半部伸入到回转窑内部工作温度为800～1300℃左右，下料溜管为双层结构、中间循环水冷却，原设计整体结构材料选用1Crl8Ni9Ti。下料溜管作为向回转窑内输送物料的唯一路径，其使用寿命直接影响到整条生产线的生产稳定性，在煅烧生产过程中，经常由于下料溜管焊缝开裂，造成下料溜管内冷却水大量流入窑内，至使窑尾内衬损坏：或者因为下料溜管烧损而无法下料，被迫停窑中断了正常的生产。因此提高其使用寿命，使下料溜管和回转窑同步检修，是该公司20Kt／a煅烧焦厂能否稳定生产、降低消耗的关键。
1 原结构及问题
原下料管的内外管材质均为不锈钢f1Crl8Ni9Ti)，长度为6000mm，其结构如图1所示。其工作原理为：循环冷却水自进水口送入水套，压力为0.3MPa，入口水管为管径DN25不锈钢管，管长5100mmo下料管中循环冷却水流经底部后折返向上，再从出水口流出，出水管口直径为DN50mm。冷却水在流动过程中将水套外壁的热量带走，保持水套外壁温度在200℃以下。原设计结构为内外筒刚性焊接，内外筒之间循环水冷却，端部环状平板与内外筒密封焊接，并在外部焊接加强卡子。内外筒材料均为1Crl8NigTi，焊条选用A1020在实际使用当中，内外筒刚性焊接得焊缝经常出现开裂现象导致循环水泄露，严重损坏了回转窑的内部耐火浇筑料。
2 原因分析
如图1所示，根据开裂部位和裂纹的分布情况，可以判断原始的下料溜管上下端头部位得焊缝强度存在着极大的不足，内外筒在高温作用下L1×L2膨胀长度不同，使得溜管的两个端部环焊缝H1和H2受的剪切�力很大，并最终导致这两个部位的焊缝开裂，进而造成内部循环水漏出事故。以窑内环境温度1100℃为例分析计算如下：
窑内环境温度为1100℃时外筒壁L1直接与环境高温接触，在冷却水的冷却下L1检测温度为200℃，内筒壁在物料和冷却水的双重冷却下，温度为150℃，初始温度按照25℃考虑。
①膨胀长度=受热长度×温度差×膨胀系数，溜管受热长度=5m。
②在该温度范围内1Crl8Ni9Ti的热膨胀系数为：20～200℃：17.5×10-6m／℃。
③内简理论自由膨胀量：L2=5m×(150-25)℃×17.5×10-6m／℃=24935.5×10-6m。
④外筒理论自由膨胀量：Ll=5m×(200-25)℃×17.5×10-6m／℃=31062.5×10-6m。
⑤内外筒理论自由膨胀量差AL=L1-L2=6127×10-6m。
由于存在着膨胀量差AL，就会使得刚性固定的焊缝H1和H2受到筒体L1和L2的作用力F，当F超过焊缝自身的破坏强度时，溜管端部焊缝开裂，溜管渗漏。
3 技术改进
3.1 焊接工艺改进
3.1.1 更换焊接材料。原结构焊接材料选取的A102焊条，虽然适用于焊接耐热钢，但是由于下料溜管是处于高温煅烧的环境中强制循环冷却水的状态下使用，抗晶间腐蚀的性能不佳，因此，改进溜管时的焊条优先选用了具有优良的抗晶间腐蚀性能的A137焊条。
3.1.2 改进上端封头坡口形式。原上端封头坡口形式和改良后的坡口形式对比如图2所示：改进后的坡口形式，使得焊缝尺寸更大、强度更高、�力集中尽量减少。
3.2 结构改进在结构上主要改进了两个部位：第一，上端增加波纹管膨胀器，用于补偿和抵消由于内外筒体膨胀不均产生�力，如图3所示；第二，下端封头部位，取消了端部环状平板与内外筒密封焊接，并在外部焊接加强卡子的结构，改为冲压封头结构加强端头部位的焊缝强度，如图4所示。
4 小结
经过改进后的下料溜管，于2010年9月投入使用，到2011年6月连续使用近十个月，未发生过焊缝开裂循环水泄露的故障。改造获得了成功。
参考文献：
[1]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册第1卷焊接方法及设备(第三版)[M]2008
[2]GB／T12777-2008.金属波纹管膨胀节技术通用规范[S]
[3]GB／T983-1995.不锈钢焊条[S]
[4]JB／T2634-1993.管道成型焊接件技术条件[S]