換熱器制造檢驗(yàn)中的幾個(gè)問(wèn)題
                                                   李金萍
                       (天津市化學(xué)公司職工大學(xué),天津　300151)
    摘要:對(duì)固定管板式換熱器制造過(guò)程中容易發(fā)生的制造問(wèn)題,影響換熱器成品質(zhì)量的環(huán)節(jié)及如何強(qiáng)化工藝技術(shù)控制進(jìn)行探討。
    關(guān)鍵詞:換熱器;管板;壓力試驗(yàn)
    中圖分類號(hào):TQ051. 5　　　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C　　　　文章編號(hào):1008-021X(2009)11-0058-03
    在化工生產(chǎn)中,各種介質(zhì)的熱量交換頻繁。加熱能使化學(xué)反應(yīng)達(dá)到最佳工藝條件,而化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量也需要其他介質(zhì)吸收,化工反應(yīng)吸熱或放熱都在換熱容器中進(jìn)行。電解生產(chǎn),鹽水經(jīng)過(guò)處理后由鹽水預(yù)熱器蒸汽加熱進(jìn)入電解槽電解;燒堿生產(chǎn),順流和三效四體蒸發(fā)都是在蒸發(fā)汽箱由蒸汽加熱成品液堿;氯乙烯生產(chǎn)過(guò)程中,干EDC經(jīng)過(guò)E203爐子進(jìn)料預(yù)熱器、E213裂解爐進(jìn)料預(yù)熱器、E201EDC汽化器等加熱后進(jìn)入F201裂解爐,以最佳的溫度裂解產(chǎn)生VCM。由此可見(jiàn),換熱器在化工生產(chǎn)中有著不可或缺的作用。
    換熱器如此重要,換熱器的制造質(zhì)量直接影響用戶生產(chǎn)安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行,因此必須加強(qiáng)對(duì)換熱器的技術(shù)質(zhì)量管理,確保換熱器安裝后不發(fā)生影響生產(chǎn)穩(wěn)定的問(wèn)題。
    換熱器的制造是制造廠按照設(shè)計(jì)圖紙要求,根據(jù)國(guó)家相關(guān)的制造標(biāo)準(zhǔn),選用正確的材料,卷制焊接殼體、管箱,加工管板、折流板等部件,組裝管束完成換熱管與管板的連接,無(wú)損檢測(cè)、換熱器組裝,進(jìn)行壓力試驗(yàn),成品出廠。中間檢驗(yàn)就是發(fā)現(xiàn)換熱器制造過(guò)程中主要部件的缺陷和不符合圖紙及制造標(biāo)準(zhǔn)要求的、對(duì)以后工序施工質(zhì)量有直接影響的問(wèn)題。成品檢驗(yàn)驗(yàn)收則是換熱器管束組裝完成按圖紙和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的最終檢驗(yàn)。
    1　管板、折流板的制造檢驗(yàn)
    1. 1　管板
    管板如為拼接,拼接對(duì)接焊縫應(yīng)作100%射線或超聲波探傷,合格標(biāo)準(zhǔn)為JB 4730,射線不低于Ⅱ級(jí),超聲波不低于Ⅰ級(jí)。并且拼接后管板應(yīng)作消除應(yīng)力熱處理(不銹鋼除外)。復(fù)合管板,應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選用,復(fù)合板應(yīng)在熱處理后供貨、且100%超聲波檢測(cè),以保證兩種材料復(fù)合良好,合格標(biāo)準(zhǔn)為JB 4730Ⅰ級(jí)。圖紙標(biāo)注復(fù)合層厚度應(yīng)為管板加工后的厚度。
    1. 2　管板孔
    按圖紙要求檢查管板孔排列方式,孔中心距、管板孔直徑及允許偏差。我公司外購(gòu)換熱器,換熱管一般采用GB 9948《石油裂解用無(wú)縫鋼管》。圖紙?jiān)O(shè)計(jì)為Ⅰ級(jí)管束。管板孔中心距,直徑及允許偏差應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙要求,并且不低于GB 151《管殼式換熱器》標(biāo)準(zhǔn)中Ⅰ級(jí)管束(適用于碳鋼、低合金鋼和不銹鋼換熱管)管板管孔直徑及允許偏差的規(guī)定。銅鎳合金等材質(zhì)換熱管的換熱器管板,我們認(rèn)為應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)管板孔直徑和允許偏差,要比GB 151標(biāo)準(zhǔn)中Ⅰ級(jí)管束還要嚴(yán)格,以防止換熱管與管板連接采用強(qiáng)度脹+密封焊結(jié)構(gòu)時(shí)出現(xiàn)過(guò)脹現(xiàn)象。或者在設(shè)計(jì)時(shí),按GB 151標(biāo)準(zhǔn)中銅和銅合金換熱管的管板孔直徑及允許偏差的規(guī)定,而不必標(biāo)注為Ⅰ級(jí)管束。檢查應(yīng)抽查不小于60°管板中心角區(qū)域內(nèi)的管孔,在這一區(qū)域內(nèi)允許有4%的管孔上偏差比GB 151規(guī)定的數(shù)值大0. 15mm,但不應(yīng)超過(guò)5處。
    1. 3　管板孔橋?qū)挾绕?br />     檢查應(yīng)抽查終(出)鉆側(cè)表面(背面)不小于60°管板中心角區(qū)域內(nèi)的孔橋?qū)挾取：细駱?biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)圖紙上標(biāo)注的要求,且不得低于GB 151標(biāo)準(zhǔn)中鋼制Ⅰ級(jí)管束孔橋?qū)挾鹊囊?guī)定。合格率應(yīng)不小于96%,最小管板孔橋?qū)挾葢?yīng)控制在4%以內(nèi),且不能超過(guò)5處。超過(guò)合格率,則應(yīng)全管板檢查。
    管板孔應(yīng)嚴(yán)格垂直于管板密封面,允差0. 05mm,并且管板孔表面不允許存在貫通的縱向或螺旋狀條痕,管板孔表面粗糙度Ra值不大于12.5μm(換熱管與管板脹接或強(qiáng)度脹+密封焊時(shí)),拉脫槽檢查按圖紙要求;管板密封面及其他幾何尺寸,按圖紙要求。
    對(duì)于換熱器來(lái)講,管板的加工精度是換熱管與管板連接組裝管束的關(guān)鍵,管板孔孔心距尺寸偏差的大小直接影響焊管、脹管的施工質(zhì)量。限制鉆孔背面孔橋?qū)挾绕钪饕强紤]管板厚度對(duì)鉆孔的影響,管板孔的垂直度、光潔度高可以防止裝管時(shí)損傷換熱管,保證脹接的質(zhì)量。現(xiàn)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家,在機(jī)械制造行業(yè)有使用數(shù)控鉆床,根據(jù)管板孔排列方式和孔徑、孔中心距,一次鉆出24個(gè)管板孔或36個(gè)管板孔,加工精度相對(duì)較高,而在化工機(jī)械制造行業(yè),很少見(jiàn)到使用數(shù)控鉆床,管板孔的加工精度和質(zhì)量還有很大的提升空間。
    1. 4　折流板
    折流板檢查按設(shè)計(jì)圖樣要求,折流板管孔直徑及允許偏差應(yīng)符合圖紙要求,并且不低于GB 151中Ⅰ級(jí)管束折流板和支持板管孔直徑及允許偏差的規(guī)定;銅鎳合金折流板除符合圖紙要求外,也不能低于GB 151標(biāo)準(zhǔn)中銅和銅合金換熱管的折流板和支持板管孔直徑及允許偏差的規(guī)定,不能執(zhí)行Ⅰ級(jí)管束折流板管孔直徑及允許偏差規(guī)定。允許超差0.1mm的管孔數(shù)不得超過(guò)檢查范圍的4%,且不得超過(guò)5處。折流板外圓表面粗糙度Ra值不大于25μm,外圓面兩側(cè)尖角應(yīng)倒鈍。去除折流板上的任何毛刺,銅鎳合金換熱管的折流板管孔兩端面還應(yīng)倒角30°×1mm,防止劃傷換熱管。
    對(duì)于管板和折流板,中間檢驗(yàn)都易發(fā)現(xiàn)加工缺陷,主要有復(fù)合管板,復(fù)合層沒(méi)有足夠的加工余量,加工后復(fù)合層變薄,或?yàn)榱吮ＷC復(fù)合層厚度而改變管板密封面的幾何尺寸,造成安裝困難;鉆管板孔時(shí),中途更換鉆頭,使管板孔徑及允差超標(biāo),脹管時(shí)換熱管過(guò)脹,影響換熱器使用壽命;管板管孔、折流板管孔兩端面不按圖紙要求倒角、去毛刺,組裝管束時(shí)劃傷換熱管,而管板上表面管孔沒(méi)有倒角或達(dá)不到圖紙倒角的要求,使強(qiáng)度焊變成密封焊,密封焊變成表面貼焊。這些缺陷的存在,都會(huì)使換熱器的使用壽命縮短。
    2　換熱管與管板的連接及管束組裝
    (1)連接部位的換熱管和管板孔表面應(yīng)清理干凈,不應(yīng)有影響脹接或焊接質(zhì)量的毛刺、鐵屑、銹斑、油污、氧化皮等;碳鋼、低合金鋼換熱管管端外表面應(yīng)除銹;不銹鋼、銅鎳合金換熱管管端應(yīng)清除外表面附著物及氧化層。用于焊接時(shí),管端清理長(zhǎng)度應(yīng)不小于管外徑且不小于25mm,用于脹接時(shí),管端應(yīng)呈現(xiàn)金屬光澤,其長(zhǎng)度應(yīng)不小于二倍的管板厚度;焊接時(shí),焊渣及凸出換熱管內(nèi)壁的焊瘤均應(yīng)清除掉,返修焊接缺陷,應(yīng)先磨掉、清除缺陷,后焊補(bǔ);脹接時(shí),脹接長(zhǎng)度不應(yīng)伸出管板背面(殼程側(cè)),脹接部分與非脹接部分應(yīng)圓滑過(guò)渡,不應(yīng)有急劇的棱角。
    (2)管束組裝時(shí),拉桿上的螺母應(yīng)擰緊,以免裝換熱管時(shí),因折流板竄動(dòng)而損壞換熱管,穿管時(shí)不應(yīng)強(qiáng)行敲打,換熱管表面不應(yīng)出現(xiàn)凹癟或劃傷;除換熱管與管板可以焊接外,其他零件均不得與換熱管焊接,以防止損傷換熱管。
    (3)換熱管與管板的連接方式有:強(qiáng)度焊,強(qiáng)度脹,強(qiáng)度焊+貼脹和強(qiáng)度脹+密封焊。四種方式的差異主要反映在管孔是否開(kāi)槽、管板孔焊接坡口及管子伸出長(zhǎng)度等方面。焊接,強(qiáng)度焊與密封焊差別在于管子與管板的焊接時(shí),管子伸出長(zhǎng)度和管板孔坡口深度的和值,當(dāng)值大于或等于2/3管壁厚時(shí),稱為強(qiáng)度焊,否則為密封焊;強(qiáng)度焊必須是填絲的氬弧焊,而不填絲的熔化焊最多只能作為密封焊。脹接,管子與管板的脹接有非均勻脹接(機(jī)械滾珠脹)和均勻脹接(液壓脹接、液袋脹接、橡膠脹接、爆炸脹接);滾珠脹方法簡(jiǎn)便,但需要用油潤(rùn)滑,油的污染不能保證脹接后焊接的質(zhì)量,而非均勻的碾軋使管徑擴(kuò)大會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力,不利于應(yīng)力腐蝕的場(chǎng)合。
    換熱器一般采用強(qiáng)度焊、強(qiáng)度脹、強(qiáng)度脹+密封焊的連接方式。鹽水預(yù)熱器管子與管板采用強(qiáng)度焊連接,影響使用周期的是電化學(xué)腐蝕管板,不應(yīng)發(fā)生管子接口泄漏,我們認(rèn)為最好的強(qiáng)度焊方法應(yīng)該是填絲氬弧焊,至少焊二遍,以保證管子與管板孔連接焊縫不泄漏。蒸發(fā)汽箱管子與管板采用強(qiáng)度脹連接,如果采用均勻脹接(液袋脹)的方法,相信能夠避免或減少應(yīng)力腐蝕,延長(zhǎng)蒸發(fā)汽箱的使用壽命。強(qiáng)度脹+密封焊的連接方式,在VCM換熱器中廣泛采用,尤其是銅鎳合金材質(zhì)換熱管的換熱器,必須采用強(qiáng)度脹+密封焊的方式。
    對(duì)于換熱管束脹、焊結(jié)合的連接方式,先焊后脹還是先脹后焊歷來(lái)就有很大的爭(zhēng)議。我們認(rèn)為這兩種方式各有優(yōu)點(diǎn),尤其是液壓脹在國(guó)內(nèi)化工機(jī)械制造廠普遍采用。但對(duì)于多數(shù)制造廠來(lái)講,還是應(yīng)采用先脹后焊的連接方式。先焊后脹,即先進(jìn)行密封焊接,試壓合格,再進(jìn)行強(qiáng)度脹接、壓力試驗(yàn),這樣雖然焊接質(zhì)量較好但無(wú)法保證強(qiáng)度脹接的質(zhì)量,有的廠家只是貼脹或不脹,換熱器安裝使用,由于介質(zhì)的腐蝕作用,很快就發(fā)生泄漏,甚至試車時(shí)就發(fā)生泄漏。先進(jìn)行強(qiáng)度脹接,試壓合格后,清理?yè)Q熱管管端和管板表面,必要時(shí)用丙酮等清洗,然后再進(jìn)行密封焊接,耐壓試驗(yàn),可以保證換熱器管束連接的質(zhì)量,安裝后可長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。
    3　換熱器組裝和成品驗(yàn)收
    換熱器組裝按GB 151標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行。成品檢驗(yàn)驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)是我公司外購(gòu)換熱類容器中間及成品驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)圖紙。成品檢驗(yàn)驗(yàn)收主要是檢查壓力試驗(yàn)的情況,一般檢查水壓試驗(yàn),在試驗(yàn)時(shí)檢查管子與管板連接焊口,如發(fā)現(xiàn)焊口存在表面裂紋、砂眼、焊瘤、焊疤、焊接飛濺物等表面缺陷均應(yīng)清除,表面裂紋、砂眼應(yīng)磨掉缺陷后焊補(bǔ);凸出于換熱管內(nèi)壁的焊瘤更應(yīng)清除。然后按試壓程序試壓。不泄漏、不變形、無(wú)異常情況為合格。我們認(rèn)為,如果在成品檢驗(yàn)驗(yàn)收時(shí)發(fā)現(xiàn)脹接、焊接情況不很理想,就應(yīng)該要求制造廠壓力試驗(yàn)合格后做氦氣檢漏試驗(yàn),以發(fā)現(xiàn)管子和管板連接的細(xì)微泄漏,氦氣檢驗(yàn)可以在充壓靜置4h后進(jìn)行一次,再靜置12h以上做一次,如無(wú)異常,可以認(rèn)為合格。
    總之,換熱器的制造過(guò)程中,管板、折流板等部件制造加工精度和質(zhì)量,換熱管與管板連接的方式和步驟,是換熱器成品質(zhì)量的關(guān)鍵,有的制造廠家質(zhì)檢部門有否決權(quán),中間工序檢驗(yàn)嚴(yán)格,換熱器制造質(zhì)量相對(duì)有保證,但制造交工工期沒(méi)有保障。少數(shù)廠家由于種種原因質(zhì)檢不很嚴(yán)格,甚至有的制造廠擅自更改設(shè)計(jì)圖紙和制造工藝,換熱器就容易在安裝運(yùn)行中出現(xiàn)問(wèn)題。這就需要我們?cè)趽Q熱器制造中間檢驗(yàn)和成品檢驗(yàn)驗(yàn)收中認(rèn)真對(duì)待,以確保換熱器的成品質(zhì)量。
    (本文文獻(xiàn)格式:李金萍.換熱器制造檢驗(yàn)中的幾個(gè)問(wèn)題[J].山東化工, 2009, 38(11): 58-60. )