一种长距离管道耐材内衬的布置及施工方法与流程

1.本发明是属于冶金、化工、垃圾焚烧等工艺生产领域用的高温耐材管道，特别是关于一种长距离管道耐材内衬的布置及施工方法。


背景技术：

2.目前冶金行业公认的减碳技术是气基竖炉直接还原工艺。就是铁矿石从竖炉顶部装料，矿石在炉内还原，还原后的铁从炉底排出。还原性气体从炉体中部的喷嘴吹入，反应后从炉顶逸出。在炉子下部有循环冷却气体来冷却还原铁。炉体进出口均有动态密封装置，可连续装料和出料，产生的金属铁和脉石的混合物统称为直接还原铁(dri)。直接还原铁(dri)是铁矿在固态条件下还原为金属铁,可用作冶炼优、特钢的纯净原料,也可作为铸造、铁合金、粉末冶金等工艺的含铁原料。直接还原工艺不用焦炭，原料可使用冷压球团、球团块或块矿，不用烧结矿，是一种优质、低耗、低污染的炼铁新工艺，也是全世界钢铁冶金的前沿技术之一，其产品主要有：cdri(冷却到环境温度的球团状直接还原铁)，hbi(还原铁压块，钝化后易于运输和储存)，hot dri在550～750℃产出并直接装入电炉炼钢。
3.直接还原工艺的流程主要包括还原气制备、还原竖炉和余热回收3部分。其中，
①
还原气制备：净化后co+h2约70％炉顶气加压送入混合室,与当量天然气混合送入换热器预热,后进入1100℃左右有镍基催化剂的反应管进行催化裂化反应,转化成4％～36％co、60％～70％h2、3％～6％ ch4和870℃的还原气；
②
还原竖炉：断面呈圆形,分为预热段、还原段和冷却段；炉料在800℃以上的还原段停留4～6h(总时间10h左右)，竖炉操作压力0.2～0.3mpa；
③
余热回收：可以直接回收炉顶气的余热，降低能耗，达到节能减排的目的。同时余热回收系统可以提高整个炉体的效率，炉顶气经过净化加压进入余热回收装置，回收后的余热通过换热器可以加热助燃空气和还原性气体。
4.气基直接还原竖炉发展至今已经日臻完备，由于竖炉本体的工艺特点，均为垂直竖立的竖炉本体，作为还原工作的高温(850-1050℃)气体管道需要平行于竖炉配置。由于高温的要求，管道内部需要提前浇筑或砌筑耐材内衬，对工作气体起到承载和保温的作用。但是，由于管道腔体直径(《1.0m)较小，长度大(30m以上)，需要分段施工。在这种密闭空间作业，在保证工程质量，确保施工效率，降低施工难度，缩短施工周期，保证管道长寿命服役，提高安全系数的前提下，寻求一种高效、稳妥、科学的施工方法是工程质量的必然要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种长距离管道耐材内衬的布置及施工方法，其既能够减小施工难度、缩短施工周期，又能保证施工的质量，确保设备功能达到工艺技术设计要求。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种长距离管道耐材内衬的布置及施工方法，包括以下步骤：
7.预制分段步骤：将预安装的管道进行分段预制，形成若干管段；
8.管段加固步骤：在每个管段的两端钢体外部加装固定螺栓；
9.浇注料填充步骤：在每个管段中加装钢板衬里，然后在管段中填充耐材浇注料；
10.一次烘烤步骤：将填充完浇注料的管段按照烘烤制度进行一次烘烤处理；
11.耐火砖砌筑步骤：将经过一次烘烤处理的管段进行工作层的耐火砖砌筑；
12.二次烘烤步骤：将砌筑完毕的管段进行二次烘烤；
13.现场拼接步骤：将经过二次烘烤的管段采用坡口机单面坡口，并在坡口下加装垫板，然后进行吊装拼接；
14.全熔透焊接步骤：对现场拼接后的管段进行全熔透焊接。
15.进一步地，在所述预制分段步骤中，所述管段的长度为6m。
16.进一步地，所述浇注料填充步骤具体包括：在每个管段的钢体筒壁内侧以及拼接头部加装钢板衬里。
17.进一步地，在所述浇注料填充步骤中，所述耐材浇注料包括保温层浇注料和永久层浇注料。
18.进一步地，所述现场拼接步骤具体包括：采用坡口机在所述每个管段的钢筒体一圈打磨v型坡口，所述v型坡口的角度为45-60
°
。
19.进一步地，在所述全熔透焊接步骤中，对应不同管段的钢体材质，采用不同的焊条进行焊接。
20.进一步地，被焊管段的钢体材质是q235b时，采用j422焊条进行焊接；被焊管段的钢体材质是q345b时，采用j506焊条进行焊接。
21.进一步地，所述被焊管段的钢体材质是q345b时，采用j506焊条进行焊接包括：首先对j506焊条进行预热至300℃、保温2小时，然后进行二氧化碳保护焊，最后采用焊条电弧焊或埋弧焊进行照面焊。
22.进一步地，在所述全熔透焊接步骤中，所述全熔透焊接方式采用焊条电弧焊(smaw)、埋弧焊(saw)、钨极气体保护焊(gtaw)和熔化极气体保护焊(gmaw)中的一种或多种。
23.进一步地，所述现场拼接步骤还包括：在坡口制造完毕，清理坡口，并作外观和无损检测。
24.与现有技术相比，根据本发明的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法，将管道进行分段预制，并对每个管段进行螺栓加固，并在每个管段中加装钢板衬里，然后在管段中填充耐材浇注料；本技术方案还包括两次烘烤，并将经过二次烘烤的管段采用坡口机单面坡口，并在坡口下加装垫板，对现场拼接后的管段进行全熔透焊接。通过采用全熔透焊接方式，100m长的高温气体管道工期能够缩短至50天以内，对气基直接还原铁、corex炉、垃圾焚烧炉、石化等行业的高温小内径加耐材衬里的气体管道有很好的推广助力意义。
附图说明
25.图1是本发明的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法的全熔透焊接示意图；
26.图2是本发明的单面坡口角度示意图；
27.图3是本发明的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法的虾弯图；
28.图4是本发明的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法的分段示意图；
29.图5是本发明的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法的含有托砖板的分段管道
示意图；
30.图6是本发明的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法的常规分段钢筒体示意图；
31.图7是本发明的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法的耐材内衬带密封错台全熔透焊接示意图；
32.图8是本发明的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法的留5mm砂浆填缝齐拼接全熔透焊接示意图；
33.图9是本发明的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法的全熔透焊接拼接后的加耐材管道示意图；
34.图10至图13是本发明的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法的corex炉熔融气体管道全熔透焊接示意图及相关管道结构示意图。
具体实施方式
35.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
37.应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
38.应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
39.应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含a、b和c”、“包含a、b、c”是指a、b、c三者都包含，“包含a、b或c”是指包含a、b、c三者之一，“包含a、b和/或c”是指包含a、b、c三者中任1个或任2个或3个。
40.应当理解，在本发明中，“与a对应的b”、“与a相对应的b”、“a与b相对应”或者“b与a相对应”，表示b与a相关联，根据a可以确定b。根据a确定b并不意味着仅仅根据a确定b，还可以根据a和/或其他信息确定b。a与b的匹配，是a与b的相似度大于或等于预设的阈值。
41.取决于语境，如在此所使用的“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。
42.下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施
例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
43.在现实施工操作中，对于管径较大的耐材管道，可以容纳人体周转，在其内部砌筑施工的，一般采用将钢铁加工制作好后，在管道内部搭设支撑架，进行浇筑或砌砖。这样不仅保证了设备的一体化完整性，同时保证工作层的稳定性。而气基竖炉高温管道内径较小，并采用三层结构(保温层浇注料、永久层浇注料、工作面砖)，长度超过100m，还有虾弯结构，因此无法满足人工手工、支模、拆模、机械等施工的手法。即便可以加装，但在狭小的密闭有限空间操作，也存在巨大的安全隐患，且不能够满足施工周期要求。
44.为了既保证工程质量设计要求，又能满足工程要求，特提出一种长距离管道耐材内衬的布置及施工方法，如图1所示，根据本发明优选实施方式的一种长距离管道耐材内衬的布置及施工方法，包括以下步骤：
45.预制分段步骤：将预安装的管道进行分段预制，形成若干管段；
46.管段加固步骤：在每个管段的两端钢体外部加装固定螺栓；
47.浇注料填充步骤：在每个管段中加装钢板衬里，然后在管段中填充耐材浇注料；
48.一次烘烤步骤：将填充完浇注料的管段按照烘烤制度进行一次烘烤处理；
49.耐火砖砌筑步骤：将经过一次烘烤处理的管段进行工作层的耐火砖砌筑；
50.二次烘烤步骤：将砌筑完毕的管段进行二次烘烤；
51.现场拼接步骤：将经过二次烘烤的管段采用坡口机单面坡口，并在坡口下加装垫板，然后进行吊装拼接；
52.全熔透焊接步骤：对现场拼接后的管段进行全熔透焊接。
53.本发明的实施例采用将管道分段施工、外部钢体全熔透焊接拼联的方式来实现。即，将长距离的管道在没有开孔或加装其它设备的管段，分成便于实施的自然段，一般每个管段的长度为6m左右，在每个自然段或虾弯段两端的钢体外部加装固定螺栓，用于拼接时熔焊接对中、加固使用。
54.在本发明的一实施方式中，所述浇注料填充步骤具体包括：在每个管段的钢体筒壁内侧以及拼接头部加装钢板衬里。
55.在本发明的一实施方式中，在所述浇注料填充步骤中，所述耐材浇注料包括保温层浇注料和永久层浇注料。
56.在本发明的一实施方式中，所述现场拼接步骤具体包括：采用坡口机在所述每个管段的钢筒体一圈打磨v型坡口，所述v型坡口的角度为45-60
°
，如图2所示。
57.无论以焊条电弧焊(smaw)、埋弧焊(saw)、钨极气体保护焊(gtaw)和熔化极气体保护焊(gmaw)等四种通用焊接方法中的哪一种全熔透焊接，都需要结合具体的钢筒体材质、工况要求而定，熔透焊是一种等强焊缝，采用的是节点和母材等强。在本发明的一实施方式中，在所述全熔透焊接步骤中，对应不同管段的钢体材质，采用不同的焊条进行焊接。若深熔焊，则采用专用焊条以获得大熔深焊道的焊接。焊接切割作业时，首先应使用符合国家有关标准、规程要求的气瓶，在气瓶的贮存、运输、使用等环节严格遵守安全操作规程。对输送可燃气体和助燃气体的管道应按规定安装、使用和管理，对操作人员和检查人员应进行专门的安全技术培训。
58.在本发明的一实施方式中，被焊管段的钢体材质是q235b时，采用j422焊条进行焊接；被焊管段的钢体材质是q345b级时，采用j506焊条进行焊接。在所述被焊管段的钢体材
质是q345b级时，采用j506焊条进行焊接包括：首先对j506焊条进行预热至300℃、保温2小时，然后进行二氧化碳保护焊，最后采用焊条电弧焊或埋弧焊进行照面焊。
59.在本发明的一实施方式中，在所述全熔透焊接步骤中，所述全熔透焊接方式采用焊条电弧焊(smaw)、埋弧焊(saw)、钨极气体保护焊(gtaw)和熔化极气体保护焊(gmaw)中的一种或多种。
60.在本发明的一实施方式中，所述现场拼接步骤还包括：在坡口制造完毕，清理坡口，并作外观和无损检测，探伤不合格需抛开重焊，直至探伤合格。
61.根据图1至图6所示，在本发明的一实施方式中，针对超长直径较小的钢筒体加耐材内衬管道，基本均在现场施工，并划分成多组同时进行施工。根据实际管道工作条件工况，进行切段分割设计，避开托砖板位置、测温孔位置、观察孔位置等特殊位置，耐材加注施工完毕后，进行全熔透焊接。其中，在浇筑完毕保温层和永久层浇注料后，按照烘烤制度烘干处理，烘烤后再进行工作层的耐火砖砌筑，砌筑完毕后进行二次烘烤，下一步便是重要的拼接工序。现场焊接工序中，采用坡口机单面坡口，坡口下加垫板。坡口完毕后将坡口上的挂渣、油污、尘土、浮锈等清理干净。
62.本发明的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法设计后，依据现场的工况条件和气基直接还原工艺要求，对长距离、小内径、长寿命、内加耐材衬的高温气体管道，全熔透焊接时采用两种形式实施，如图7和图8所示，一种是内衬耐材浇注，砌筑时留有对接错位台阶，便于对中拼接，高温气体的密封；另一种是平面对接。无论哪一种焊接均留有砂浆填缝5mm和外体加装螺栓，用于对中焊接、钢体加里、全v字形坡口。若不采用全熔透焊接方式，100m长的高温气体管道工期需要80天以上，采用该方式后工期能够缩短至50天以内，其中包括两次烘烤、探伤验收、吊装拼接，对气基直接还原铁、corex炉、垃圾焚烧炉、石化等行业的高温小内径加耐材衬里的气体管道有很好的推广助力意义。
63.在本发明的一实施方式中，本发明的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法已在中国最大直接还原铁生产工艺高温气体管道上进行实施应用。整个管道全长超过100m，分23段进行施工，工期52天，如图3、图4、图5、图6、图9所示。
64.在本发明的一实施方式中，采用本发明的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法已在corex炉竖炉段熔融工艺气体管道上进行实施推广。整个管道全长超过30m，分15段进行施工，耐材寿命、应用效果均比原来提高一倍，如图10至图13所示。
65.根据本发明的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法，将管道进行分段预制，并对每个管段进行螺栓加固，并在每个管段中加装钢板衬里，然后在管段中填充耐材浇注料；本技术方案还包括两次烘烤，并将经过二次烘烤的管段采用坡口机单面坡口，并在坡口下加装垫板，对现场拼接后的管段进行全熔透焊接。既能够减小施工难度、缩短施工周期，又能保证施工的质量，确保设备功能达到工艺技术设计要求。对气基直接还原铁、corex炉、垃圾焚烧炉、石化等行业的高温小内径加耐材衬里的气体管道有很好的推广助力意义。
66.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

技术特征：
1.一种长距离管道耐材内衬的布置及施工方法，其特征在于，包括以下步骤：预制分段步骤：将预安装的管道进行分段预制，形成若干管段；管段加固步骤：在每个管段的两端钢体外部加装固定螺栓；浇注料填充步骤：在每个管段中加装钢板衬里，然后在管段中填充耐材浇注料；一次烘烤步骤：将填充完浇注料的管段按照烘烤制度进行一次烘烤处理；耐火砖砌筑步骤：将经过一次烘烤处理的管段进行工作层的耐火砖砌筑；二次烘烤步骤：将砌筑完毕的管段进行二次烘烤；现场拼接步骤：将经过二次烘烤的管段采用坡口机单面坡口，并在坡口下加装垫板，然后进行吊装拼接；全熔透焊接步骤：对现场拼接后的管段进行全熔透焊接。2.根据权利要求1所述的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法，其特征在于，在所述预制分段步骤中，所述管段的长度为6m。3.根据权利要求1所述的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法，其特征在于，所述浇注料填充步骤具体包括：在每个管段的钢体筒壁内侧以及拼接头部加装钢板衬里。4.根据权利要求1所述的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法，其特征在于，在所述浇注料填充步骤中，所述耐材浇注料包括保温层浇注料和永久层浇注料。5.根据权利要求1所述的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法，其特征在于，所述现场拼接步骤具体包括：采用坡口机在所述每个管段的钢筒体一圈打磨v型坡口，所述v型坡口的角度为45-60
°
。6.根据权利要求1所述的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法，其特征在于，在所述全熔透焊接步骤中，对应不同管段的钢体材质，采用不同的焊条进行焊接。7.根据权利要求6所述的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法，其特征在于，被焊管段的钢体材质是q235b时，采用j422焊条进行焊接；被焊管段的钢体材质是q345b时，采用j506焊条进行焊接。8.根据权利要求7所述的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法，其特征在于，所述被焊管段的钢体材质是q345b时，采用j506焊条进行焊接包括：首先对j506焊条进行预热至300℃、保温2小时，然后进行二氧化碳保护焊，最后采用焊条电弧焊或埋弧焊进行照面焊。9.根据权利要求1所述的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法，其特征在于，在所述全熔透焊接步骤中，所述全熔透焊接方式采用焊条电弧焊(smaw)、埋弧焊(saw)、钨极气体保护焊(gtaw)和熔化极气体保护焊(gmaw)中的一种或多种。10.根据权利要求1所述的长距离管道耐材内衬的布置及施工方法，其特征在于，所述现场拼接步骤还包括：在坡口制造完毕，清理坡口，并作外观和无损检测。

技术总结
本发明公开了一种长距离管道耐材内衬的布置及施工方法，属于耐材管道施工技术领域，包括以下步骤：预制分段步骤：将预安装的管道进行分段预制，形成若干管段；管段加固步骤：在每个管段的两端钢体外部加装固定螺栓；浇注料填充步骤：在每个管段中加装钢板衬里，然后在管段中填充耐材浇注料；一次烘烤步骤；耐火砖砌筑步骤：将经过一次烘烤处理的管段进行工作层的耐火砖砌筑；二次烘烤步骤；现场拼接步骤：将经过二次烘烤的管段采用坡口机单面坡口，并在坡口下加装垫板，然后进行吊装拼接；全熔透焊接步骤：对现场拼接后的管段进行全熔透焊接。本发明既能够减小施工难度、缩短施工周期，又能保证施工的质量。又能保证施工的质量。又能保证施工的质量。


技术研发人员：付艳鹏 金锋 程立
受保护的技术使用者：中钢设备有限公司
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/10/5