煮沸換熱器制造工藝

張鵬宏　陸博福

(1.中鐵八局集團(tuán)第二工程有限公司結(jié)構(gòu)分公司，四川610000；

2.中國第一重型機(jī)械股份公司重裝事業(yè)技術(shù)質(zhì)量部，黑龍江161042)

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煮沸換熱器制造工藝

張鵬宏1陸博福2

(1.中鐵八局集團(tuán)第二工程有限公司結(jié)構(gòu)分公司，四川610000；

2.中國第一重型機(jī)械股份公司重裝事業(yè)技術(shù)質(zhì)量部，黑龍江161042)

摘要：采取“體外半開穿管、套裝芯體于殼體內(nèi)”的裝配焊接技術(shù)成功制造了煮沸換熱器。檢驗(yàn)結(jié)果證明產(chǎn)品完全符合技術(shù)要求。

煮沸換熱器是化工企業(yè)生產(chǎn)化肥的主要設(shè)備。某廠煮沸換熱器自投產(chǎn)后經(jīng)過多年運(yùn)行出現(xiàn)管束換熱管失效而危及生產(chǎn)。該設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜且自重達(dá)10 t以上，超出了現(xiàn)有的加工能力。為了盡快制造出新的煮沸換熱器，我們采取“預(yù)制錐體后外委沖壓折邊”以及“半開體外穿管、套裝管束芯體于殼體內(nèi)”等一系列工藝技術(shù)措施，成功制造出合格設(shè)備。

1　設(shè)備制造要求

煮沸換熱器設(shè)備示意圖見圖1。該設(shè)備是不銹鋼換熱Ⅱ類壓力容器設(shè)備。設(shè)計(jì)壓力為1.6 MPa，工作溫度230℃，焊縫系數(shù)為0.85，錐形折邊封頭與筒體對接焊縫要求100%射線檢測，Ⅱ級合格，符合JB 4730—2005標(biāo)準(zhǔn)。其它部位為20%抽查射線檢測，Ⅲ級合格，符合JB 4730—2005標(biāo)準(zhǔn)要求。設(shè)備制造后，管程以P=0.2 MPa、殼程以P=2.205 MPa進(jìn)行水壓試驗(yàn)。設(shè)備制造接受國家技術(shù)監(jiān)督局《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的監(jiān)查驗(yàn)收。

2　設(shè)備結(jié)構(gòu)分析及工藝方案確定

該設(shè)備的外殼是由變徑雙口折邊錐形封頭及筒體構(gòu)成。端部有Di1 300 mm固定管板及Di1 300 mm組合不銹鋼襯板大直徑凸凹設(shè)備法蘭組焊于筒體上。管束由兩種共5件折流板以及換熱管構(gòu)成。換熱管直徑25 mm、壁厚2 mm、長度4 000 mm，共1 325根。管板與筒體為K型坡口焊縫，殼體A、B類焊縫為雙面對稱X型坡口對接焊縫，換熱管與管板為脹接加強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)。

從設(shè)備結(jié)構(gòu)可以看出，制造該設(shè)備的關(guān)鍵在于管束芯體組裝及與殼體裝配焊接。為此，我們在工藝上采取了以下措施。

(1)對4個(gè)Di1 500 mm厚度18 mm的變徑折邊錐體封頭，因設(shè)備能力所限先在廠內(nèi)預(yù)制成錐體，然后外委折邊沖壓成型。

(2)為節(jié)省金屬材料，減少卷板時(shí)直邊切頭，對錐形體及長度小于1 000 mm的筒體縱縫接頭，采用壓頭裝置在壓力機(jī)上進(jìn)行卷板前的板頭預(yù)彎，然后再卷制成型錐體、筒體。

(3)加工封頭錐體上的坡口時(shí)，為了提高工件的剛性，在上下直徑口焊接雙層內(nèi)支撐角鋼架。待完成坡口車削后再取下支撐架。

(4)分別制造組焊法蘭本體和不銹鋼襯板，再精加工法蘭凸凹密封面部位。

(5)管束芯體換熱管裝配焊接采用殼體半開穿管后套裝管束芯體于殼體中的組裝焊接工藝技術(shù)。

3　設(shè)備制造工藝要點(diǎn)

3.1　錐體封頭成型

圖1　煮沸換熱器設(shè)備示意圖

按變徑折邊封頭的上下口直徑及折邊情況進(jìn)行展開放樣下料。圖2為錐形封頭示意圖，圖3為下料示意圖。按三塊拼接焊制錐體切割下料后轉(zhuǎn)刨床按線加工坡口。在壓力機(jī)上用壓頭模具進(jìn)行卷板前的預(yù)彎壓頭。錐體展開的分瓣下料坡口制備后對接組焊成型。100%射線檢測，Ⅱ級合格，符合JB 4730—2005標(biāo)準(zhǔn)要求。在卷板機(jī)上卷制錐形筒，然后外委熱壓折邊成型。對折邊成型后的封頭進(jìn)行劃線打沖眼上下加工坡口線，然后在距離封頭上下口徑50 mm處裝焊自制的支撐架。在C5225立式車床上先車削加工封頭小端直徑上平面，使內(nèi)徑達(dá)到?1300+3mm，而后加工坡口。

圖2　煮沸換熱器變徑折邊錐形封頭示意圖

圖3　煮沸換熱器錐形折邊封頭展開下料示意圖

3.2　不銹鋼襯板復(fù)合結(jié)構(gòu)凸凹設(shè)備法蘭制造

煮沸換熱器上共用兩種設(shè)備法蘭。由0Cr18Ni9Ti不銹鋼襯圈板和法蘭外圈本體16Mn及0Cr18Ni9Ti不銹鋼筒節(jié)組成。為保證加工質(zhì)量，采取分件制造而后組焊，再精加工密封面的工藝方法。其制造工序如下。

(1)法蘭本體、筒圈和不銹鋼襯板圈放樣下料轉(zhuǎn)刨床按要求加工坡口，然后進(jìn)行拼焊(4塊拼成)。24 h后進(jìn)行100%射線檢測或超聲檢測。合格后打磨焊縫與母材平齊。

(2)法蘭本體襯板圈在立式車床上加工成型。內(nèi)外圈、端面法蘭體車削加工，襯圈板轉(zhuǎn)鉚工。

(3)法蘭本體劃線鉆孔攻絲后轉(zhuǎn)鉚工組對。

(4)將筒節(jié)與法蘭本體組對焊接，打磨上平面后組焊襯環(huán)圈板。24 h后進(jìn)行100%滲透檢測，合格后進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。以0.45 MPa壓縮空氣進(jìn)行角焊縫致密性試驗(yàn)，合格后在立式車床上精加工設(shè)備法蘭襯環(huán)上的密封面符圖。

3.3　折流板制造

煮沸換熱器上共有兩種折流板。一種是在外圓上保留不完整換熱管孔的折流板，稱為大折流板，見圖4。另一種是在內(nèi)孔邊緣保留不完整換熱管孔的折流板，稱為小折流板，見圖5。加工折流板時(shí)單側(cè)預(yù)留25 mm加工余量。然后在所定直徑上鉆出管孔，鉆孔后再切割余量達(dá)到圖紙尺寸。

(1)對于小折流板，先以圖紙外圓下料后劃線鉆孔，再由車床加工外圓。加工時(shí)應(yīng)將兩件同時(shí)把合在一起鉆孔并車削加工。

圖4　煮沸換熱器大折流板示意圖

圖5　煮沸換熱器小折流板示意圖

(2)大折流板采用三塊拼制方法。先切割下料，內(nèi)孔要留出單邊25 mm的加工余量，然后劃線鉆孔，并劃出內(nèi)孔及外圓。最后轉(zhuǎn)車床加工內(nèi)外圓尺寸達(dá)到圖紙要求。

4　容器裝焊工藝

容器裝焊工作是煮沸換熱器制造的關(guān)鍵所在，尤其是要解決換熱管穿裝、芯體管束與殼體的裝配焊接問題。針對設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們推出了“體外半開穿管、套裝芯體于殼體內(nèi)”的裝配焊接工藝，要點(diǎn)如下。

(1)殼體的各段筒節(jié)與錐體封頭組對焊接。以“A”點(diǎn)為分界線，該道焊縫為殼體組焊的最終焊縫。其他焊縫完成焊接后進(jìn)行射線檢測，符合JB 4730—2005標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2)管板分別與設(shè)備法蘭裝配焊接，然后再分別與變徑錐形折邊封頭直徑1 300 mm處裝配焊接。焊后進(jìn)行射線檢測，符合JB 4730—2005標(biāo)準(zhǔn)要求。

(3)組對“A”點(diǎn)。用鋼板條點(diǎn)焊固定，然后進(jìn)行開孔劃線。經(jīng)檢查確認(rèn)后切割開孔打磨坡口，同時(shí)在“A”點(diǎn)處做出標(biāo)記再打開“A”點(diǎn)。

(4)在膨脹體直徑1 500 mm處組焊接管、法蘭、補(bǔ)強(qiáng)板，并以0.45 MPa壓縮空氣進(jìn)行焊縫氣密試驗(yàn)。合格后再進(jìn)行滲透檢測。對接檢驗(yàn)合格的焊縫進(jìn)行酸洗、鈍化處理。

(5)分別在上下殼體直徑1 500 mm處裝配焊接導(dǎo)流筒，然后在下殼體段安裝拉桿，并裝上大折流板及小折流板、定距管，最后用螺帽緊固焊接頭部。在此同時(shí)，要在下殼體段上的“A”點(diǎn)裝配焊接用的焊縫墊環(huán)。

(6)穿裝換熱管，換熱管端部長出管板100 mm左右。臥置殼體，用盲板封住下殼體上的管板大法蘭端面，將管束整理好后立置殼體安裝上段殼體。對正標(biāo)記方位，點(diǎn)焊固定“A”點(diǎn)焊道處，然后再臥置殼體取下盲板。

(7)在管板周邊8個(gè)方位引管于另一管板孔，然后再一一引出其他換熱管于另一管板孔中。

(8)焊接“A”點(diǎn)焊縫。24 h后進(jìn)行滲透檢測，符合JB 4730—2005標(biāo)準(zhǔn)。

(9)調(diào)整管頭伸出長度，用脹管器進(jìn)行脹接管頭。水壓試驗(yàn)檢查脹接緊密度。

(10)對已脹接的管頭進(jìn)行清洗，再進(jìn)行管子管板的角縫焊接。24 h后進(jìn)行滲透檢測，符合JB 4730—2005標(biāo)準(zhǔn)要求。

(11)組裝焊接設(shè)備支座并做無損檢測。

5　結(jié)語

按照本工藝制造的煮沸換熱器，經(jīng)檢驗(yàn)完全符合產(chǎn)品要求。生產(chǎn)結(jié)果證明我們采取的工藝措施是合理可行的。在類似產(chǎn)品的制造過程中可以借鑒。

編輯肖紅原

關(guān)鍵詞：煮沸換熱器；穿管；殼體；裝焊工藝

Manufacturing Process of Boiling Heat Exchanger

Zhang Penghong, Lu Bofu

Abstract：Boiling heat exchanger has been manufactured successfully by applying assembly and welding technology of punch-through tubes outside of half-open shell and tube beam core component assembly inside of shell. The detection result has evidenced that the product absolutely achieved technical requirements.

Key words：boiling heat exchanger; punch-through tube; shell; assembly and welding process

收稿日期：2014—05—15

中圖分類號：TH162

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B