1、前 言
在竞争日趋激烈的锅炉市场中越来越重视对环境的保护，环保型的锅炉如循环流化床CFB锅炉正逐渐成为重要的锅炉型式，其中部分炉型采用了管式旋风分离器的结构。随着循环流化床锅炉的不断大型化，旋风分离器的直径也不断扩大，并且合金钢材料已开始使用，这给制造带来了新的课题，如制造时的分段分片位置、焊接及热处理、变形的控制、厂内拼装与工地组装等。近年来，上海锅炉厂有限公司自行开发设计的130 t／h CFB锅炉已制造了10余台，引进ALS-TOM(ABB-CE)技术设计的135 MW等级CFB锅炉也制造了17台，分包国外公司的大型CFB锅炉也有多台。而近日完工的分包项目，日本土佐的525 t／h CFB项目是我公司迄今所承制的最大容量的CFB锅炉。本文试通过对525 t／h CFB项目的管式旋风分离器的主要制造难点及工艺的介绍，探讨优化此类大型CFB锅炉的制造工艺。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
2、产品情况简介
2.1制造标准及法规
本产品是按MITI，ASME（2001版）SEC-TION l，以及JIS/ISO等要求生产、检验，不打“S”钢印，在制造车间进行旋风分离器试拼装。
2.2旋风分离器结构简介
1台锅炉有2只旋风分离器，外形尺寸为直径∮6610 mm，高度H一21 465 mm（上、下2个集箱中心线距离）。整个旋风分离器横向分3段（上、中、下3段），除下段外，上、中段纵向各分4片，即1个旋风分离器分为9部分出厂。
2.2.1旋风分离器上段
由上部环形集箱的l／4与圆柱体的1／4组成旋风分离器的上段，分片出厂，高度11 050mm。
上部环形集箱规格∮219.1mm×38 mm，材料SA-335 P12，环形集箱弯曲直径∮6610 mm,
圆柱体部分由管子和扁钢焊接而成。管子规格≠44.5mm×6 mm，材料SA-213T12，每片有43根管子，共172根，节距S=120 mm；扁钢=6 mm,材料15CrMo。
2.2.2旋风分离器中段
由管子与扁钢构成圆锥体部分的1／4组成旋风分离器中段，分片出厂。圆锥体角度与水平呈75°，圆锥体大直径∮6610 mm，高度10050 mm。
管子规格有∮44.5 mm×6 mm、∮38.0 mm×5.4 mm2种，材料均为SA-213T12。其中∮44.5mmX6 mm管子缩颈至∮38.0mm，再与∮38.0 mm×5.4mm管子对口拼接；扁钢t=6mm，材料15CrMo。
2.2.3旋风分离器下段
由带长管接头的下部环形集箱组成，整体出厂。
下部环形集箱规格∮219.1mm×38mm，材料SA-335P12，集箱弯曲直径∮3 300mm，焊接的长管接头规格∮38.0 mm×5.4mm，材料SA-213 T12。
3、制造难点简介
3.1圆弧管排的制造
上海锅炉厂有限公司制造工艺为：先将管子和扁钢采用埋弧焊焊成平管排，再用压机压制成圆弧管排。在本项目中，90°圆弧的管排由43根管子加扁钢组成，管子长度达10155 mm，且为SA-213 T12合金钢材料。根据压机吨位，加之压机外形尺寸的限制，该90。圆弧管排需分成几片小拼排分次压制。这又产生问题：若一次压制的管子太多，宽度方向的管子成型困难；若一次压制的管子太少，则组装时的管子之间手工焊缝增加，管排易变形。因此，如何合理选择一次压制的管子数量和压制步骤非常重要。
3.2带缩颈的锥体管排的制造
旋风分离器中段锥体部分的管子与扁钢不能采用机械焊，只能进行手工焊。而手工焊最易造成的问题就是焊接收缩不均，导致变形严重，因此控制焊接变形是关键。本项目还存在管子缩颈拼接的情况，对于缩颈管的坡口加工、焊接对中、缩颈管两端不同弯曲半径弯管基准平齐等都是需要认真考虑的问题。
3.3大弯曲半径环形集箱与圆弧管排组装
旋风分离器上段由圆弧管排和环形集箱组成，而集箱弯曲后存在偏差，管排压制程度、拼焊情况亦不尽相同，保证焊后的几何尺寸有难度，加之圆弧管屏上的吊耳板还需与集箱上的吊耳联接板等准确定位联结。
3.4试拼装
为保证工地管子对口方便，减少工地现场的工作量，分包商要求在制造厂内进行旋风分离器的试拼装工作。由于该旋风分离器外形尺寸大，刚性相对较差，需要较多工装进行支撑，拼装程度（是整体拼装还是分段分片拼装）对工装的要求大不相同，起吊、翻身、装配等的难度亦相差甚远。
4、制造工艺
4.1圆弧管排制造工艺
用压机压制圆弧管排需要有相应的一套模具，该模具的圆弧面尺寸需根据产品的尺寸及压制过程中的回弹量来确定，并在压制过程中加以调整。本项目中是将制造130t/h CFB锅炉时曾设计、使用过的圆弧管排压模加以改制，使其圆弧成型面符合要求。经过试验后确定：将旋风分离器上段的1／4圆柱体部分先分别焊成3小片平管排，热处理后，分3步压制，使平管排成形为圆弧管排，再装焊成l／4圆弧管排，见图l。需要注意的是，这些小拼排间的焊缝只能采用手工焊。为了小拼排焊成1／4圆弧．以及管排的翻身起吊、装焊内件等工序，还设计了专用的装配架。以往上海锅炉厂有限公司制造的CFB旋风分离器的管子材质一直为碳钢，无需进行焊后热处理。而本项目中管子材料SA-213 T12，扁钢材料15CrMo，故在装焊妥附件后还要进行整体热处理，这是上海锅炉厂有限公司制造CFB锅炉旋风分离器首次采用的工艺，该装配架需随产品一起进炉热处理，在工装设计时重点放在产品变形的控制上。
工艺流程如下：
管子及扁钢拼成小排→热处理→平管排由压机压弯成圆弧形→通球→将小拼排逐→在装配架（1／4圆弧）上就位→装焊扁钢→装焊销钉及附件→热处理（1／4圆弧）→水压试验→加工与集箱拼接端的坡口
4.2锥体管排制造工艺
中段圆锥体管排无法实现机械拼排，只能采用大量手工焊。为保证手工焊的焊接质量及控制焊后变形，根据上海锅炉厂有限公司经验，要求外方将旋风分离器的扁钢与管子的焊缝高度由原来的5mm，改为4mm，并为外方接受。同时，采用线能量小的C02焊，实行对称跳焊等焊接工艺。另外，整条拼排扁钢由4段钢板组成，为保证拼排后的节距，所有钢板都经机加工，严格控制宽度公差，使拼排间隙小，减少焊接变形。
以往上海锅炉厂有限公司制造的CFB旋风分离器锥体部分从未有过缩颈管拼接，而本项目中管子需由∮44.5 mm缩颈为∮38.0 mm，再与∮38.0 mm管子对口拼接。采用工艺：∮44.5 mm单根管缩颈后，以缩颈处为基准，进行弯管后对接，再将管子和扁钢在装配架上装焊成小拼排。装配时管间节距加0.1mm～0.3 mm/档，管子长度方向放焊接收缩余量。由于管排长约10.5m，需设置多档内支撑来固定管排，并采用定位板将散管（与下部环形集箱进行工地对接）用梳形板固定。随后再将多片小拼排在另一装配架上焊成90°圆锥体，焊妥附件后进行热处理。
工艺流程如下：
∮44.5 mm×6 mm管子缩颈至∮38.0 mm一与∮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→弯管→在装配架上就位→装焊扁钢→热处理→在1／4装配架上就位→装焊扁钢→划弯管孔位线并管端加工→装焊孔管→装焊附件及销钉→热处理→水压试验→管端加工→装焊支撑（包装装置）→补焊销钉。
4.3圆弧管排与环形集箱组装工艺
由于设备限制，弯曲直径∮6610 mm的环形集箱分为4段制造（集箱接短管接头）。为了装焊联接环形集箱和圆弧管排的长管接头，拟将4段90°环形集箱在装配架上拼装成整圈(360°)，随后将扁钢嵌入管间并焊妥。在设计环形集箱用的装配架时，重点放在确保环形集箱与圆弧管排的尺寸和相对位置，并控制装焊后的长管接头与圆弧管排的对口尺寸，满足与圆弧管排对口装焊的要求。
在与环形集箱组装前，经测量发现，圆弧管排部分管子节距的偏差未能满足与环形集箱对接时焊口错边量的要求。为了控制整体尺寸，设计了环形集箱与圆弧管排组装时用的装配架，将圆弧管排和集箱放在装配架上，割开部分扁钢，调整节距，随后焊接拼成整体，见图2。
旋风分离器上部的管屏共有18块吊耳板，厚度22 mm，焊耳板处的扁钢需开槽，长约300mm，双面焊，每1／4圆弧管排上有6块吊耳板。采用的工艺如下：在所有管屏成形后进行扁钢开槽，先将吊耳板与集箱上的吊板用圆钢穿吊孔进行固定，然后对吊耳板施行双面焊，待焊妥销钉后一起进行热处理，从而保证了关键联接件（管排上的耳板与集箱上的吊板）的装配符合图纸要求。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料是客户们不错的选择。
工艺流程如下：
1／4圆弧集箱在装配架上就位（将180°的联接拆除）一管排与集箱对口一划管端余量线一管端加工一装焊支撑（包装装置）一补焊销钉一旋风分离器试拼装
4.4旋风分离器试拼装
外方对旋风分离器的试拼装工作很重视但没有具体的工艺要求，原来试拼装拟为：将单独出厂的下环形集箱与上、中部的180°进行一体式试拼装。若采用这种拼装方案的话，试拼装所需的装配架高度相对较高（近2m），并且需考虑环形集箱的定位、转动等问题，需高度重视制造时的安全性。经与外方商榷后，最终确定将半只旋风分离器的上部和中部进行拼装，即：将2个90°集箱和圆弧管排及90°圆锥管排进行180°拼装，而对单独出厂的下部环形集箱( 360°)不进行试装。这样就可以利用制造时的装配架，只需在划线平台上增加部分支撑，用千斤顶即可将各部分尺寸调整至要求，见图3。
试拼装的工艺顺序如下：先搭制试拼装用平台(长近22 m，宽约10 m)，平台放样并装焊定位靠山；将一片带集箱的上部管排在平台上就位，接着是另一片带集箱的上部管排调整妥后，用联接板固定；随后锥体部分的2片管排再分别在平台上就位。检查旋风分离器的上部与中部的工地焊的对口尺寸，调整管子节距，划管端余量线等，并按图加工管端至尺寸。
该旋风分离器的所有试拼装尺寸经检验，均符合标准要求，并得到外方监造认可。
5、结 论
(1)大型旋风分离器若分片出厂，在公司内应该进行试拼装。这是因为各种误差难以单独精确控制，诸如圆弧管排制造等，而极小的误差积累后均可引起整体组装时的极大困难。公司内的试拼装可以较好地保证产品质量，维护公司的声誉。
(2)工艺装备的利用率应加以提高。大型管式旋风分离器制造中所用的工艺装备数量多，成本高，以本项目为例，制造该旋风分离器时就设计了装配用工装十多套（件）。在设计工装时应考虑尽量使其结构简易，可重复使用。另外，在新产品设计时，尽量多利用原有工艺装备，降低生产成本。
在竞争日趋激烈的锅炉市场中越来越重视对环境的保护，环保型的锅炉如循环流化床CFB锅炉正逐渐成为重要的锅炉型式，其中部分炉型采用了管式旋风分离器的结构。随着循环流化床锅炉的不断大型化，旋风分离器的直径也不断扩大，并且合金钢材料已开始使用，这给制造带来了新的课题，如制造时的分段分片位置、焊接及热处理、变形的控制、厂内拼装与工地组装等。近年来，上海锅炉厂有限公司自行开发设计的130 t／h CFB锅炉已制造了10余台，引进ALS-TOM(ABB-CE)技术设计的135 MW等级CFB锅炉也制造了17台，分包国外公司的大型CFB锅炉也有多台。而近日完工的分包项目，日本土佐的525 t／h CFB项目是我公司迄今所承制的最大容量的CFB锅炉。本文试通过对525 t／h CFB项目的管式旋风分离器的主要制造难点及工艺的介绍，探讨优化此类大型CFB锅炉的制造工艺。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
2、产品情况简介
2.1制造标准及法规
本产品是按MITI，ASME（2001版）SEC-TION l，以及JIS/ISO等要求生产、检验，不打“S”钢印，在制造车间进行旋风分离器试拼装。
2.2旋风分离器结构简介
1台锅炉有2只旋风分离器，外形尺寸为直径∮6610 mm，高度H一21 465 mm（上、下2个集箱中心线距离）。整个旋风分离器横向分3段（上、中、下3段），除下段外，上、中段纵向各分4片，即1个旋风分离器分为9部分出厂。
2.2.1旋风分离器上段
由上部环形集箱的l／4与圆柱体的1／4组成旋风分离器的上段，分片出厂，高度11 050mm。
上部环形集箱规格∮219.1mm×38 mm，材料SA-335 P12，环形集箱弯曲直径∮6610 mm,
圆柱体部分由管子和扁钢焊接而成。管子规格≠44.5mm×6 mm，材料SA-213T12，每片有43根管子，共172根，节距S=120 mm；扁钢=6 mm,材料15CrMo。
2.2.2旋风分离器中段
由管子与扁钢构成圆锥体部分的1／4组成旋风分离器中段，分片出厂。圆锥体角度与水平呈75°，圆锥体大直径∮6610 mm，高度10050 mm。
管子规格有∮44.5 mm×6 mm、∮38.0 mm×5.4 mm2种，材料均为SA-213T12。其中∮44.5mmX6 mm管子缩颈至∮38.0mm，再与∮38.0 mm×5.4mm管子对口拼接；扁钢t=6mm，材料15CrMo。
2.2.3旋风分离器下段
由带长管接头的下部环形集箱组成，整体出厂。
下部环形集箱规格∮219.1mm×38mm，材料SA-335P12，集箱弯曲直径∮3 300mm，焊接的长管接头规格∮38.0 mm×5.4mm，材料SA-213 T12。
3、制造难点简介
3.1圆弧管排的制造
上海锅炉厂有限公司制造工艺为：先将管子和扁钢采用埋弧焊焊成平管排，再用压机压制成圆弧管排。在本项目中，90°圆弧的管排由43根管子加扁钢组成，管子长度达10155 mm，且为SA-213 T12合金钢材料。根据压机吨位，加之压机外形尺寸的限制，该90。圆弧管排需分成几片小拼排分次压制。这又产生问题：若一次压制的管子太多，宽度方向的管子成型困难；若一次压制的管子太少，则组装时的管子之间手工焊缝增加，管排易变形。因此，如何合理选择一次压制的管子数量和压制步骤非常重要。
3.2带缩颈的锥体管排的制造
旋风分离器中段锥体部分的管子与扁钢不能采用机械焊，只能进行手工焊。而手工焊最易造成的问题就是焊接收缩不均，导致变形严重，因此控制焊接变形是关键。本项目还存在管子缩颈拼接的情况，对于缩颈管的坡口加工、焊接对中、缩颈管两端不同弯曲半径弯管基准平齐等都是需要认真考虑的问题。
3.3大弯曲半径环形集箱与圆弧管排组装
旋风分离器上段由圆弧管排和环形集箱组成，而集箱弯曲后存在偏差，管排压制程度、拼焊情况亦不尽相同，保证焊后的几何尺寸有难度，加之圆弧管屏上的吊耳板还需与集箱上的吊耳联接板等准确定位联结。
3.4试拼装
为保证工地管子对口方便，减少工地现场的工作量，分包商要求在制造厂内进行旋风分离器的试拼装工作。由于该旋风分离器外形尺寸大，刚性相对较差，需要较多工装进行支撑，拼装程度（是整体拼装还是分段分片拼装）对工装的要求大不相同，起吊、翻身、装配等的难度亦相差甚远。
4、制造工艺
4.1圆弧管排制造工艺
用压机压制圆弧管排需要有相应的一套模具，该模具的圆弧面尺寸需根据产品的尺寸及压制过程中的回弹量来确定，并在压制过程中加以调整。本项目中是将制造130t/h CFB锅炉时曾设计、使用过的圆弧管排压模加以改制，使其圆弧成型面符合要求。经过试验后确定：将旋风分离器上段的1／4圆柱体部分先分别焊成3小片平管排，热处理后，分3步压制，使平管排成形为圆弧管排，再装焊成l／4圆弧管排，见图l。需要注意的是，这些小拼排间的焊缝只能采用手工焊。为了小拼排焊成1／4圆弧．以及管排的翻身起吊、装焊内件等工序，还设计了专用的装配架。以往上海锅炉厂有限公司制造的CFB旋风分离器的管子材质一直为碳钢，无需进行焊后热处理。而本项目中管子材料SA-213 T12，扁钢材料15CrMo，故在装焊妥附件后还要进行整体热处理，这是上海锅炉厂有限公司制造CFB锅炉旋风分离器首次采用的工艺，该装配架需随产品一起进炉热处理，在工装设计时重点放在产品变形的控制上。
工艺流程如下：
管子及扁钢拼成小排→热处理→平管排由压机压弯成圆弧形→通球→将小拼排逐→在装配架（1／4圆弧）上就位→装焊扁钢→装焊销钉及附件→热处理（1／4圆弧）→水压试验→加工与集箱拼接端的坡口
4.2锥体管排制造工艺
中段圆锥体管排无法实现机械拼排，只能采用大量手工焊。为保证手工焊的焊接质量及控制焊后变形，根据上海锅炉厂有限公司经验，要求外方将旋风分离器的扁钢与管子的焊缝高度由原来的5mm，改为4mm，并为外方接受。同时，采用线能量小的C02焊，实行对称跳焊等焊接工艺。另外，整条拼排扁钢由4段钢板组成，为保证拼排后的节距，所有钢板都经机加工，严格控制宽度公差，使拼排间隙小，减少焊接变形。
以往上海锅炉厂有限公司制造的CFB旋风分离器锥体部分从未有过缩颈管拼接，而本项目中管子需由∮44.5 mm缩颈为∮38.0 mm，再与∮38.0 mm管子对口拼接。采用工艺：∮44.5 mm单根管缩颈后，以缩颈处为基准，进行弯管后对接，再将管子和扁钢在装配架上装焊成小拼排。装配时管间节距加0.1mm～0.3 mm/档，管子长度方向放焊接收缩余量。由于管排长约10.5m，需设置多档内支撑来固定管排，并采用定位板将散管（与下部环形集箱进行工地对接）用梳形板固定。随后再将多片小拼排在另一装配架上焊成90°圆锥体，焊妥附件后进行热处理。
工艺流程如下：
∮44.5 mm×6 mm管子缩颈至∮38.0 mm一与∮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→弯管→在装配架上就位→装焊扁钢→热处理→在1／4装配架上就位→装焊扁钢→划弯管孔位线并管端加工→装焊孔管→装焊附件及销钉→热处理→水压试验→管端加工→装焊支撑（包装装置）→补焊销钉。
4.3圆弧管排与环形集箱组装工艺
由于设备限制，弯曲直径∮6610 mm的环形集箱分为4段制造（集箱接短管接头）。为了装焊联接环形集箱和圆弧管排的长管接头，拟将4段90°环形集箱在装配架上拼装成整圈(360°)，随后将扁钢嵌入管间并焊妥。在设计环形集箱用的装配架时，重点放在确保环形集箱与圆弧管排的尺寸和相对位置，并控制装焊后的长管接头与圆弧管排的对口尺寸，满足与圆弧管排对口装焊的要求。
在与环形集箱组装前，经测量发现，圆弧管排部分管子节距的偏差未能满足与环形集箱对接时焊口错边量的要求。为了控制整体尺寸，设计了环形集箱与圆弧管排组装时用的装配架，将圆弧管排和集箱放在装配架上，割开部分扁钢，调整节距，随后焊接拼成整体，见图2。
旋风分离器上部的管屏共有18块吊耳板，厚度22 mm，焊耳板处的扁钢需开槽，长约300mm，双面焊，每1／4圆弧管排上有6块吊耳板。采用的工艺如下：在所有管屏成形后进行扁钢开槽，先将吊耳板与集箱上的吊板用圆钢穿吊孔进行固定，然后对吊耳板施行双面焊，待焊妥销钉后一起进行热处理，从而保证了关键联接件（管排上的耳板与集箱上的吊板）的装配符合图纸要求。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料是客户们不错的选择。
工艺流程如下：
1／4圆弧集箱在装配架上就位（将180°的联接拆除）一管排与集箱对口一划管端余量线一管端加工一装焊支撑（包装装置）一补焊销钉一旋风分离器试拼装
4.4旋风分离器试拼装
外方对旋风分离器的试拼装工作很重视但没有具体的工艺要求，原来试拼装拟为：将单独出厂的下环形集箱与上、中部的180°进行一体式试拼装。若采用这种拼装方案的话，试拼装所需的装配架高度相对较高（近2m），并且需考虑环形集箱的定位、转动等问题，需高度重视制造时的安全性。经与外方商榷后，最终确定将半只旋风分离器的上部和中部进行拼装，即：将2个90°集箱和圆弧管排及90°圆锥管排进行180°拼装，而对单独出厂的下部环形集箱( 360°)不进行试装。这样就可以利用制造时的装配架，只需在划线平台上增加部分支撑，用千斤顶即可将各部分尺寸调整至要求，见图3。
试拼装的工艺顺序如下：先搭制试拼装用平台(长近22 m，宽约10 m)，平台放样并装焊定位靠山；将一片带集箱的上部管排在平台上就位，接着是另一片带集箱的上部管排调整妥后，用联接板固定；随后锥体部分的2片管排再分别在平台上就位。检查旋风分离器的上部与中部的工地焊的对口尺寸，调整管子节距，划管端余量线等，并按图加工管端至尺寸。
该旋风分离器的所有试拼装尺寸经检验，均符合标准要求，并得到外方监造认可。
5、结 论
(1)大型旋风分离器若分片出厂，在公司内应该进行试拼装。这是因为各种误差难以单独精确控制，诸如圆弧管排制造等，而极小的误差积累后均可引起整体组装时的极大困难。公司内的试拼装可以较好地保证产品质量，维护公司的声誉。
(2)工艺装备的利用率应加以提高。大型管式旋风分离器制造中所用的工艺装备数量多，成本高，以本项目为例，制造该旋风分离器时就设计了装配用工装十多套（件）。在设计工装时应考虑尽量使其结构简易，可重复使用。另外，在新产品设计时，尽量多利用原有工艺装备，降低生产成本。
