U 型管式换热器的质量控制

U 型管式换热器的质量控制

贾敏1，刘宝廷2，李亚杰2

( 1． 沈阳东方钛业有限公司，辽宁沈阳110168; 2． 三一重型装备有限公司，辽宁沈阳110027)

摘要: U 型管式换热器属于列管换热器的一种，被广泛应用在循环水冷却高温气体装置中。根据U型管式换热器的结构特点和技术原理，针对设备在使用过程中可能出现的问题，在整个材料采购和制造过程中，对换热器中管板制造加工、U 型管成形及换热管与管板的焊接等制造的关键和难点予以质量控制，保证产品质量，使设备按设计要求制造完毕后安全有效地运行。    关键词: 质量控制; U 型换热管; 管板    中图分类号: TE965 文献标识码: A 文章编号: 1004 － 9614( 2012) 02 － 0022 － 02    0 ·引言    在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称换热器。U 型管式换热器管程每根管子都弯成U 形，管子的两端分别安装在同一固定管板的两侧，并用隔板将封头隔成两室，每根管子都可以自动收缩，与其他管子和外壳无关，即使壳体与管子间温差很大时也使用。    化工、石油、航空、制药等行业中广泛应用各种换热器，该特材设备应用于煤化工中烯烃合成气制丙烯项目，在制造过程中对设备的哈氏合金材料、管板和U型换热管的制造成形以及换热管与管板胀接、焊接等一些关键部位予以质量控制，以保证产品质量符合相关要求。    工况如下: 设备名称为循环水冷却器; 设备类别为三类; 设备规格为Φ2500 × 9952。    设备主要材质如下: 换热管为HC － 276; 管板为HC － 276 + 00Cr19Ni10 复合板; 壳程为16MnR +00Cr17Ni14Mo2 复合板; 管程为16MnR/0Cr18Ni9 +HC － 276 复合板。    1 ·材料质量控制    材料的检查和复验、验收、保管与发放、材料代用、材料标记与移植等工作，应严格按照材料管理规定执行，以确保容器用材完全符合标准规定且具有可追溯性。    1． 1 原材料采购及封头成型    HC － 276 材质的换热管，应符合美国ASME 标准中SB622 化学成分的要求。    HC － 276 材质的板材，应符合美国ASME 标准中SB575 力学性能和化学成分的要求。    管板和法兰锻件采购必须能保证该管板锻件和法兰锻件质量。    封头采用热冲压的方法成型，加热温度( 700 ±15) ℃，同时为了保证镍覆层温度在敏化温度以下，冲压加热前，在覆层上面涂好耐高温涂料，成型时温度不低于600 ℃，尽可能采用两次成型。由于成型温度与覆层的敏化区间温度重合，因此将封头和短节的基层材料设计为0Cr18Ni9 不锈钢，封头成型后，采取防止封头变形措施，进行封头的固溶处理，恢复和改善封头材料防腐蚀性能。    1． 2 材料及复合板的检验    1． 2． 1 材料的检验    按质量证明文件、材料标准及采购文件的要求，对材料外观质量进行核对，并保证与实物表面标识一致，同时按容规要求进行材料复验。材料复验应严格按照《固定式压力容器安全技术监察规程》及图样的要求执行。    1． 2． 2 复合板的检验    根据JB /T4748 － 2002《压力容器用镍基合金爆炸复合钢板》中B1 级的要求。按照该标准要求逐条进行检验或复验，主要检验内容如下:    ( 1) 复合板以消除应力状态供货; 表面必须平整。    ( 2) 复合板的结合率为100%; 检验方法为超声波无损检测。    ( 3) 复合板的剪切强度≥200 MPa; 复合板的剪切强度试验、室温拉伸试验按GB /T6396 － 1995 进行。外形尺寸及表面质量等验收方法参照JB /T4748 －2002 第8 条“检验规则”要求进行。    2 ·管板的加工    经过复验和检查合格的复合管板，按照图纸要求进行各尺寸的加工。    2． 1 管板钻孔    由于该管板是厚度410 mm 的不锈钢与HC － 276复合板材料，在钻孔时一定选择适合该材料的钻头尺寸和钻头材质。    为了能够保证管板孔的精度，在数控深孔钻床上进行，严格按照管板加工工艺执行，钻孔结束后，再进行铰孔，保证图纸要求的管孔尺寸和精度要求( 一般孔桥之间的定位精度不大于0. 1 mm，孔径偏差不大于0. 05 mm) 。管板孔钻好后，用同样的工艺钻折流板。折流板在各管孔同心情况下( 管孔加芯定位) 进行机加工，外圆达图样要求。    2． 2 倒角    管板、折流板管孔按图样要求倒角，严格控制管孔口倒角尺寸，以确保强度焊的焊角质量。    3 ·U 型换热管的成形要点    该设备的换热管材质是HC － 276，U 型部分根据图纸尺寸由专用模具加工成型，并严格控制模具的表面光洁度，以保证成型后的换热管U 型部分的表面质量。    根据HC － 276 材质的加工性能，考虑弯管的冷弯回弹量，根据不同的尺寸，每个模具加工按95% ～90%考虑，即模具R 偏小一些，冷弯后回弹; 根据多次实验经验，其加工出来的U 弯曲管束能满足符合图样规定的尺寸要求。    根据HC － 276 材质的材料特点( 延伸率45%) 和弯管的最小弯曲半径计算的纤维伸长率均大于10%( 最小弯曲半径为41. 68 mm) 。因此，对成形后的换热管不需要固溶热处理或稳定化热处理。    4· 筒体和封头等材料的划线、切削加工及开孔加工技术要点    复合板材料的划线( 下料线和检查线) 在覆层上进行; 切削加工时，板材均采用水下等离子剪切法，管材采用机械加工法; 坡口加工在刨边机或铣边机上进行。用等离子切割加工设备的开孔部分时，要避免火花溅落在材料表面，且切割边缘用机械加工方法去除污染层。    切割完毕后，检查坡口表面是否有裂纹等缺陷;对复合板边缘再进行100% 超声波( UT) 检查，以确保边缘完全贴合或表面无裂纹。    5· 换热管与管板焊接的制造技术要点及控制措施    采用全位置手工钨极氩弧焊，氩气纯度＞99. 99%。焊前彻底清理焊接区及焊丝，并做详细记录; 为控制焊接变形及保证接头的机械性能，将管板分成4 个区域，对称进行焊接; 接头处保护采用在焊炬后紧跟一半圆形保护罩，管内壁保护采用紫铜芯棒，以保证保护良好。    换热管与管板焊接结束后，对其角焊缝进行局部射线检测，检测数量不低于换热管总数的2%; 若出现1 根不合格，加倍抽查; 再次出现不合格，所有换热管与管板焊接点须进行100%射线检测。    6 ·管箱的制造技术要点及控制措施    封头成型后，须进行超声方法( UT) 检测贴合情况和射线方法( RT) 检查拼焊焊缝; 根据压制后封头直边部位的展开长度来确定筒体的切削加工长度和设备法兰的内径，以确保组装质量; 法兰防腐蚀结构选择焊环和热衬管结构，焊环与衬管须采取对接连接形式，必须控制衬管下料尺寸和筒节卷制的圆度; 衬管的安装采取热装的方法来缩小衬管与法兰之间的间隙; 分程隔板采用封头模板车削加工，来保证与管箱封头曲线吻合，同时与管箱采用连续焊接，两侧对称施焊，以控制焊接变形; 按照管口方位图要求划各接管孔位线，确认后开孔并组焊接管，以( 下转第57 页)( 上接第23 页) 保证各个接管的形位尺寸符合图纸要求; 设备法兰及分程隔板密封面在全部焊接完成后，进行二次车加工来保证平整度以及与管板的配合尺寸，保证设备法兰与管板的密封质量。    7· 结束语    U 型管换热器是石油化工、能源等工业部门常用的管壳式换热器。其特点是管束可以自由伸缩，不会因管壳之间的温差而产生热应力，热补偿性能好; 管程为双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好; 承压能力强; 管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单。参考文献:［1］JB/T 4756—2006 镍及镍合金制压力容器．［2］JB/T 4748—2002 压力容器用镍基合金爆炸复合钢板．［3］GB 150—1998 钢制压力容器．［4］ASME SB—622 压力容器用镍及镍合金无缝管．［5］HG 20584—1998 钢制化工容器制造技术要求．

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