進出料換熱器的制造

章小俊

（江西江聯(lián)能源環(huán)保股份有限公司江西南昌330001）

    摘要：文章介紹了特殊結(jié)構(gòu)大型換熱器的球形封頭內(nèi)壁堆焊、下料、冷作、焊接、裝配、熱處理工藝及制造過程，并重點介紹了裝配順序。

    關(guān)鍵詞：封頭內(nèi)壁堆焊；換熱管與管板焊接；復(fù)合板的焊接及設(shè)備熱處理

    中圖分類號：TK172文獻標(biāo)識碼：B文章編號：1005-7676（2009）03-45-04

    1·概述

    進出料換熱器（圖號H25-0086-1，位號E-301）是某公司焦?fàn)t氣制甲醇裝置一臺熱交換器設(shè)備。設(shè)備外形尺寸ф1 800×（52+4）mm×16340mm，上管板與筒體內(nèi)壁為焊接結(jié)構(gòu)，主體材料為復(fù)合鋼板：16MnR+00Cr19N10，鍛件：16Mn（III、Ⅳ級）堆焊00Cr19N10；00Cr19N10Ⅳ級。主要技術(shù)特性見附表一：

    本設(shè)備為第二類壓力容器，設(shè)計、制造與驗收主要標(biāo)準(zhǔn)：GB151-1999《管殼式換熱器》、JB/T4710-2005《鋼制塔式容器》、《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（99版）。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖見附圖1。

    2·材料準(zhǔn)備

    該設(shè)備筒體用復(fù)合鋼板的基層（16MnR）鋼板符合GB6654-1996及第2號修改單的要求且以正火狀態(tài)供貨，并按JB/T4730.3-2005逐張進行100％超聲波檢測，質(zhì)量等級不得低于Ⅲ級。復(fù)合鋼板為爆炸復(fù)合型，復(fù)合鋼板應(yīng)滿足JB4733-1996中的B1級要求。換熱管Φ14mm×2mm×11 000mm，材質(zhì)00Cr19N10，按GB13296-1991高級管，并逐根進行渦流檢測。鍛件：00Cr19N10Ⅳ按JB4728-2000；16Mn（III、Ⅳ）按JB4726-2000。

    3·主要零部件的冷作工藝

    3.1封頭的制造

    3.1.1封頭為外購成品球形封頭。封頭整板沖壓成型。

    3.1.2封頭內(nèi)壁堆焊6mm（過渡層和蓋面層均為3mm）厚的不銹鋼304L。堆焊過渡層焊帶為H309L，堆焊蓋面層焊帶為H308L，焊劑SJ15B。整個堆焊層厚度要求均勻，最厚與最薄之差小于1mm。

    3.1.3堆焊前，將封頭內(nèi)壁清理打磨，基層材料的表面按JB/T4730.4-2005進行磁粉檢測，Ⅰ級合格；堆焊過渡層，完畢后，進行100％超聲波檢測，以符合JB/T4730.3-2005中Ⅰ級合格；進行滲透檢測，以符合JB/T4730.5-2005中Ⅰ級合格；合格后進行消除應(yīng)力熱處理。熱處理后堆焊面層，面層堆焊完畢，清理面層，進行100%表面滲透及超聲波檢測，以符合上述要求為合格。

    3.1.4堆焊合格的封頭頂部預(yù)開孔后機加工開孔并制端面坡口。

    3.2筒體

    復(fù)合板筒體下料嚴(yán)格按照基材內(nèi)平齊的要求，按標(biāo)準(zhǔn)要求復(fù)合層錯邊量必須控制在2mm以下。下料后在刨邊機上加工縱環(huán)縫坡口，在水壓機上壓制預(yù)彎端頭，卷板機上卷制成型，上輥包覆軟質(zhì)墊以保護不銹鋼層，焊好縱縫后再校圓，控制橢圓度<4mm。合格后筒節(jié)縱縫按JB/T4730.2-2005進行100％RT檢測，Ⅱ級合格，并按JB/T4730.3-2005進行20%UT檢測，Ⅰ級合格。

    3.3管板及折流板的加工

    3.3.1管板材料為00Cr19N10Ⅳ級整體鍛件，車制外形尺寸（固定管板ф1 795mm×96mm、浮動管板ф1 770mm×96mm），4 243個－ф14.25管孔采用數(shù)控鉆孔，管孔直徑偏差、垂直度、孔橋偏差均應(yīng)符合圖紙及標(biāo)準(zhǔn)要求。

    3.3.2折流板為00Cr19N10δ16鋼板，點焊疊鉆，4 243個－ф14.4管孔采用數(shù)控鉆孔，管孔直徑偏差、垂直度、孔橋偏差均應(yīng)符合圖紙及標(biāo)準(zhǔn)要求。

    3.4補強管的制造

    所有補強管用16Mn III、Ⅳ鍛件，內(nèi)側(cè)堆焊6mm（過渡層和蓋面層均為3mm）厚的不銹鋼304L，采用小管堆焊工藝。整個堆焊層厚度要求均勻，最厚與最薄之差小于1mm。先粗加工毛胚，待堆焊面表面應(yīng)按JB/T4730.4-2005進行磁粉檢測，Ⅰ級合格；合格后進行過渡層和面層的堆焊，過渡層和面層均進行100％UT+PT檢測，JB/T4730-2005Ⅰ級合格。

    4·焊接及檢驗

    4.1焊接工藝

    4.1.1筒體縱、環(huán)縫的焊接采用埋弧自動焊加手工電弧焊；

    4.1.2接管法蘭的堆焊采用小管自動堆焊加手工電弧焊堆焊；

    4.1.3封頭內(nèi)壁的堆焊采用帶極電渣堆焊；

    4.1.4換熱管與管板焊接采用管板自動焊；

    4.2焊縫檢查要求

    所有A、B類焊縫100%RT檢測，JB/T4730.2-2005 II級合格；進行20%UT復(fù)驗，JB/T4730.3-2005 I級合格。堆焊面、管頭焊縫、復(fù)層焊縫進行100%PT檢測，JB/T4730.5-2005 I級合格。C、D類焊縫100%UT＋100%MT檢測，I級合格。

    5·裝配順序

    5.1筒節(jié)組拼焊接，開孔焊接加強管及筒體上各預(yù)焊件，各項檢驗合格后進行消除應(yīng)力熱處理（兩端口加撐圈防變形）。待裝。

    5.2上、下封頭分別與其上的接管、凸緣組裝組焊為部件，各項檢驗合格后進行消除應(yīng)力熱處理（兩端口加撐圈防變形）。待裝。

    5.3管束的裝配

    為使管束順利穿入筒體工藝制定如下組裝順序：

    (1)在筒體外臥穿管束。為避免管束進筒體時刮傷復(fù)合板，在折流板上增加兩滑板，在筒體相應(yīng)位置焊兩條2mm厚滑道（如附圖2）。

    (2)在墊塊上焊擋板16塊定位擋板（如附圖3）。筒體內(nèi)壁焊縫打磨平，并用通板穿過筒體。

    (3)將管束臥式穿入筒體。用楔鐵調(diào)整下管板與筒體間的5mm間隙，再去除16塊定位擋板并打磨，將上管板與筒體焊接，焊縫進行100%UT檢測，按JB/T4730.3-2005 I級。

    (4)上封頭與筒體組焊，拱蓋與下管板組焊，下封頭與筒體組焊，出口管與凸緣組裝好再將出口管與拱蓋焊接。

    (5)合格后筒體與上、下封頭間的環(huán)焊縫進行局部消除應(yīng)力熱處理。

    (6)由于組裝順序合理，并依靠工裝，長12米重37噸的管束順利穿入。

    6·熱處理

    理采用電熱處理工藝曲線如附圖4。熱處理規(guī)范如下：局部熱處加熱塊加熱，進爐熱處理進爐溫度不高于400℃。加熱升溫至400℃后，升溫速度為50℃/h～89℃/h，溫度升至580℃±20℃后，保溫2.5h，溫度高于400℃時，降溫速度為50℃/h～116℃/h，溫度降至400℃以下后，設(shè)備出爐在空氣中自由冷卻。試板同爐熱處理。

    7·水壓試驗

    填料密封的裝配及設(shè)備的壓力試驗

    (1)按通常做法，該種結(jié)構(gòu)的換熱器管頭試水壓應(yīng)設(shè)計制作試壓工裝，這種工裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，耗費材料多，且會破壞管板和筒體。根據(jù)設(shè)備特點，決定利用填料密封，用其自身的拱蓋中心管等作為工裝對管頭焊縫強度進行水壓試驗和氨滲漏檢查。

    (2)管、殼程之間采用盤根密封（附圖5）。出口管與凸緣組裝，裝好壓蓋盤根定位后再將件出口管與拱蓋焊接。

    (3)清除油污及設(shè)備內(nèi)部的臟物，，不銹鋼表面進行酸洗鈍化處理，所形成的鈍化膜采用藍點法檢查，無藍點為合格。以1.46MPa對管子、管板和內(nèi)管箱作外壓試驗，檢查其強度、剛度和穩(wěn)定性；合格后管、殼程以10.2MPa的壓力同時進行水壓試驗。液壓試驗合格后殼程再以0.15MPa含30%氨氣的壓縮空氣進行滲透試驗，以檢查管板與換熱管及拱蓋封頭連接的可靠性。（通常氨滲漏在管頭試壓后進行，該換熱器殼程接管均為焊接盲板密封，為節(jié)約時間和避免反復(fù)裝水放水，將氨滲漏放在最后進行。）

    (4)去除盲板，打磨坡口，吹干水分，碳鋼部分除銹油漆，包裝出廠。

    8·結(jié)束語

    本換熱器的結(jié)構(gòu)在壓力容器中有一定的特殊性，且封頭內(nèi)壁整體采用帶極堆焊。我公司的技術(shù)人員和施工人員在整臺設(shè)備的制造過程中，不斷完善工藝，對過程進行質(zhì)量控制，最后產(chǎn)品經(jīng)水壓試驗、監(jiān)檢合格，產(chǎn)品順利完成后交付給用戶，在實際使用過程中達到了預(yù)期的效果，設(shè)備安全質(zhì)量及運行狀況良好。

    參考文獻：

[1]管殼式換熱器[S].GB151-1999

[2]鋼制壓力容器焊接規(guī)程[S].JB4708-2000

[3]壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[4]鋼制壓力容器制造技術(shù)要求[S].HG20584-1998

[5]承壓設(shè)備無損檢測[S].JB/T4730-2005