进出料换热器的制造

进出料换热器的制造

章小俊

（江西江联能源环保股份有限公司江西南昌330001）

    摘要：文章介绍了特殊结构大型换热器的球形封头内壁堆焊、下料、冷作、焊接、装配、热处理工艺及制造过程，并重点介绍了装配顺序。

    关键词：封头内壁堆焊；换热管与管板焊接；复合板的焊接及设备热处理

    中图分类号：TK172文献标识码：B文章编号：1005-7676（2009）03-45-04

    1·概述

    进出料换热器（图号H25-0086-1，位号E-301）是某公司焦炉气制甲醇装置一台热交换器设备。设备外形尺寸ф1 800×（52+4）mm×16340mm，上管板与筒体内壁为焊接结构，主体材料为复合钢板：16MnR+00Cr19N10，锻件：16Mn（III、Ⅳ级）堆焊00Cr19N10；00Cr19N10Ⅳ级。主要技术特性见附表一：

    本设备为第二类压力容器，设计、制造与验收主要标准：GB151-1999《管壳式换热器》、JB/T4710-2005《钢制塔式容器》、《压力容器安全技术监察规程》（99版）。设备结构简图见附图1。

    2·材料准备

    该设备筒体用复合钢板的基层（16MnR）钢板符合GB6654-1996及第2号修改单的要求且以正火状态供货，并按JB/T4730.3-2005逐张进行100％超声波检测，质量等级不得低于Ⅲ级。复合钢板为爆炸复合型，复合钢板应满足JB4733-1996中的B1级要求。换热管Φ14mm×2mm×11 000mm，材质00Cr19N10，按GB13296-1991高级管，并逐根进行涡流检测。锻件：00Cr19N10Ⅳ按JB4728-2000；16Mn（III、Ⅳ）按JB4726-2000。

    3·主要零部件的冷作工艺

    3.1封头的制造

    3.1.1封头为外购成品球形封头。封头整板冲压成型。

    3.1.2封头内壁堆焊6mm（过渡层和盖面层均为3mm）厚的不锈钢304L。堆焊过渡层焊带为H309L，堆焊盖面层焊带为H308L，焊剂SJ15B。整个堆焊层厚度要求均匀，最厚与最薄之差小于1mm。

    3.1.3堆焊前，将封头内壁清理打磨，基层材料的表面按JB/T4730.4-2005进行磁粉检测，Ⅰ级合格；堆焊过渡层，完毕后，进行100％超声波检测，以符合JB/T4730.3-2005中Ⅰ级合格；进行渗透检测，以符合JB/T4730.5-2005中Ⅰ级合格；合格后进行消除应力热处理。热处理后堆焊面层，面层堆焊完毕，清理面层，进行100%表面渗透及超声波检测，以符合上述要求为合格。

    3.1.4堆焊合格的封头顶部预开孔后机加工开孔并制端面坡口。

    3.2筒体

    复合板筒体下料严格按照基材内平齐的要求，按标准要求复合层错边量必须控制在2mm以下。下料后在刨边机上加工纵环缝坡口，在水压机上压制预弯端头，卷板机上卷制成型，上辊包覆软质垫以保护不锈钢层，焊好纵缝后再校圆，控制椭圆度<4mm。合格后筒节纵缝按JB/T4730.2-2005进行100％RT检测，Ⅱ级合格，并按JB/T4730.3-2005进行20%UT检测，Ⅰ级合格。

    3.3管板及折流板的加工

    3.3.1管板材料为00Cr19N10Ⅳ级整体锻件，车制外形尺寸（固定管板ф1 795mm×96mm、浮动管板ф1 770mm×96mm），4 243个－ф14.25管孔采用数控钻孔，管孔直径偏差、垂直度、孔桥偏差均应符合图纸及标准要求。

    3.3.2折流板为00Cr19N10δ16钢板，点焊叠钻，4 243个－ф14.4管孔采用数控钻孔，管孔直径偏差、垂直度、孔桥偏差均应符合图纸及标准要求。

    3.4补强管的制造

    所有补强管用16Mn III、Ⅳ锻件，内侧堆焊6mm（过渡层和盖面层均为3mm）厚的不锈钢304L，采用小管堆焊工艺。整个堆焊层厚度要求均匀，最厚与最薄之差小于1mm。先粗加工毛胚，待堆焊面表面应按JB/T4730.4-2005进行磁粉检测，Ⅰ级合格；合格后进行过渡层和面层的堆焊，过渡层和面层均进行100％UT+PT检测，JB/T4730-2005Ⅰ级合格。

    4·焊接及检验

    4.1焊接工艺

    4.1.1筒体纵、环缝的焊接采用埋弧自动焊加手工电弧焊；

    4.1.2接管法兰的堆焊采用小管自动堆焊加手工电弧焊堆焊；

    4.1.3封头内壁的堆焊采用带极电渣堆焊；

    4.1.4换热管与管板焊接采用管板自动焊；

    4.2焊缝检查要求

    所有A、B类焊缝100%RT检测，JB/T4730.2-2005 II级合格；进行20%UT复验，JB/T4730.3-2005 I级合格。堆焊面、管头焊缝、复层焊缝进行100%PT检测，JB/T4730.5-2005 I级合格。C、D类焊缝100%UT＋100%MT检测，I级合格。

    5·装配顺序

    5.1筒节组拼焊接，开孔焊接加强管及筒体上各预焊件，各项检验合格后进行消除应力热处理（两端口加撑圈防变形）。待装。

    5.2上、下封头分别与其上的接管、凸缘组装组焊为部件，各项检验合格后进行消除应力热处理（两端口加撑圈防变形）。待装。

    5.3管束的装配

    为使管束顺利穿入筒体工艺制定如下组装顺序：

    (1)在筒体外卧穿管束。为避免管束进筒体时刮伤复合板，在折流板上增加两滑板，在筒体相应位置焊两条2mm厚滑道（如附图2）。

    (2)在垫块上焊挡板16块定位挡板（如附图3）。筒体内壁焊缝打磨平，并用通板穿过筒体。

    (3)将管束卧式穿入筒体。用楔铁调整下管板与筒体间的5mm间隙，再去除16块定位挡板并打磨，将上管板与筒体焊接，焊缝进行100%UT检测，按JB/T4730.3-2005 I级。

    (4)上封头与筒体组焊，拱盖与下管板组焊，下封头与筒体组焊，出口管与凸缘组装好再将出口管与拱盖焊接。

    (5)合格后筒体与上、下封头间的环焊缝进行局部消除应力热处理。

    (6)由于组装顺序合理，并依靠工装，长12米重37吨的管束顺利穿入。

    6·热处理

    理采用电热处理工艺曲线如附图4。热处理规范如下：局部热处加热块加热，进炉热处理进炉温度不高于400℃。加热升温至400℃后，升温速度为50℃/h～89℃/h，温度升至580℃±20℃后，保温2.5h，温度高于400℃时，降温速度为50℃/h～116℃/h，温度降至400℃以下后，设备出炉在空气中自由冷却。试板同炉热处理。

    7·水压试验

    填料密封的装配及设备的压力试验

    (1)按通常做法，该种结构的换热器管头试水压应设计制作试压工装，这种工装结构复杂，耗费材料多，且会破坏管板和筒体。根据设备特点，决定利用填料密封，用其自身的拱盖中心管等作为工装对管头焊缝强度进行水压试验和氨渗漏检查。

    (2)管、壳程之间采用盘根密封（附图5）。出口管与凸缘组装，装好压盖盘根定位后再将件出口管与拱盖焊接。

    (3)清除油污及设备内部的脏物，，不锈钢表面进行酸洗钝化处理，所形成的钝化膜采用蓝点法检查，无蓝点为合格。以1.46MPa对管子、管板和内管箱作外压试验，检查其强度、刚度和稳定性；合格后管、壳程以10.2MPa的压力同时进行水压试验。液压试验合格后壳程再以0.15MPa含30%氨气的压缩空气进行渗透试验，以检查管板与换热管及拱盖封头连接的可靠性。（通常氨渗漏在管头试压后进行，该换热器壳程接管均为焊接盲板密封，为节约时间和避免反复装水放水，将氨渗漏放在最后进行。）

    (4)去除盲板，打磨坡口，吹干水分，碳钢部分除锈油漆，包装出厂。

    8·结束语

    本换热器的结构在压力容器中有一定的特殊性，且封头内壁整体采用带极堆焊。我公司的技术人员和施工人员在整台设备的制造过程中，不断完善工艺，对过程进行质量控制，最后产品经水压试验、监检合格，产品顺利完成后交付给用户，在实际使用过程中达到了预期的效果，设备安全质量及运行状况良好。

    参考文献：

[1]管壳式换热器[S].GB151-1999

[2]钢制压力容器焊接规程[S].JB4708-2000

[3]压力容器安全技术监察规程[S].

[4]钢制压力容器制造技术要求[S].HG20584-1998

[5]承压设备无损检测[S].JB/T4730-2005

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