管殼式換熱器零部件的制造與組裝
作者： 2014年03月18日 來源： 瀏覽量：
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本文節選自《管殼式換熱器的維修》
1零部件的制造與組裝 （1）管殼式換熱器的制造
管殼式換熱器是一種傳統的換熱器，它在工業上的應用具有悠久的歷史。在長期的使用中，其結構型式不斷地改進，目前已經基本定型
本文節選自 《管殼式換熱器的維修》
1 零部件的制造與組裝
（1）管殼式換熱器的制造
管殼式換熱器是一種傳統的換熱器，它在工業上的應用具有悠久的歷史。在長期的使用中，其結構型式不斷地改進，目前已經基本定型。管殼式換熱器的殼體、管箱、封頭、法蘭及接管等的制造與一般化工容器基本相同。對維護檢修工作者來講，需要了解管殼式換熱器在制造和組裝過程中較為特殊的方面，這里就相關部件的內容進行介紹。
① 筒體制造
a．筒體橢圓度
換熱器筒體的橢圓度要求較高，因必須保證殼體與折流板之間由合適的間隙。如太大就要影響換熱效果，太小就要增加裝配的困難。因此，殼體在下料和輥壓過程中必須小心謹慎。
b．下料
下料須正確，切割方法有：機械切割法、氧氣切割法和等離子切割法三種。機械切割法是用斜口剪板機切割，效率低，不能切割高硬度的材料；氧氣切割法可以切割較厚的碳素鋼板，但不能切割不銹鋼和其它高熔點的金屬或非金屬；等離子切割法不僅可切割高熔點的金屬或非金屬，且效率高、切口光滑又平整、熱影響區小，材料性能無顯著變化，工件變形小，成本低。切割好的鋼板應根據鋼板厚度、操作壓力高低選定的破口形式進行邊緣加工。
c．卷板與焊接
鋼板在卷板機上輥壓加工時，須注意鋼棒縱向邊緣嚴格與滾筒軸線保持平行，輥壓成形后的圓筒立即點焊，由卷板機上卸下后內外進行縱縫焊接。焊接采用手工電弧焊或買弧自動焊，焊接過程中必須注意：焊條應保持干燥；坡口應清除干凈；如發現焊接缺陷必須完全鑿去再進行下一層焊接；盡量采用平焊；焊接順序應合理，以減小變形和應力。所有殼體的縱、環焊縫（帶蒸發空間的重沸器除外），均應加工成于殼體齊平，以利于管束的裝配。焊接后須再上卷板機以矯正由于焊接產生的變形而得到正圓筒。殼體的允許不圓度應使金屬模板能順利地通過殼體而不會卡住。該模板由兩塊直徑等于折流板的剛性圓盤及與它垂直的一根芯軸組成。接管注意不開在焊縫上，并應與其相連接的內表面齊平。
② 封頭和管箱的制造
封頭和管箱的厚度一般不小于殼體的最小壁厚，且接管開孔往往采用整體加強而不用加強板。分程隔板兩側全長均應焊接，并應具有全焊透的焊縫。由于焊接應力較大，故管箱和封頭法蘭等焊接后，須進行清除應力的熱處理，最后進行機械加工。
管程如為腐蝕性介質，則管箱及封頭可采用復合板或耐腐蝕合金板襯里，在法蘭內壁及端面可采用堆焊。
在換熱器制造過程中，管子的加工、管板的制造、管子與管板的連接為換熱器的特有部分，管子與管板的連接工藝是換熱器制造過程中最重要的一環，世界各國都很重視，并作了大量的研究工作。目前，由于我國煉油、化工及石油化工工業的發展，要求換熱器的操作條件越來越苛刻。為適應高溫高壓及大型化的需要，國內外已研究成功了許多新的連接工藝，今后將逐步在生產中推廣使用。
③ 管子的選用和加工
直管一律采用整根管子而不允許有接縫，U形管可以拼接應正確選擇接頭位置，使其盡量靠近彎頭處，可避免由于穿管時接頭經過折流板而造成穿管困難。U形管的最小彎曲半徑，目前國內可達兩倍管子外徑。彎曲處須用直徑為管子內徑0.85倍的圓球作通過檢查，以檢驗其不圓度。
管子加工的步驟如下：
a．管子下料的方法可根據各制造廠的設備條件選用，可采用鋸床切管、沖管機沖管、砂輪鋸等。有手工操作，也有利用液壓系統和射流控制自動進給和后退的半自動操作。
b．管子要校直，否則將造成穿管困難。
c．管子兩端須用磨管機清除氧化皮、鐵銹及污垢等雜質，直至露出金屬金澤。除銹長度不小于兩倍管板厚度。國外也有在管子內徑兩端約10mm長度范圍內進行除銹。
d．當管子與管板的連接采用脹接工藝時，管端硬度應低于管板硬度。如管子硬度高于或接近管板硬度，應將管子兩端進行退火處理，退火長度一般取200～250mm。加熱的燃料用木炭或焦炭等。碳素鋼管加熱的溫度取600～650℃（呈棕紅色），合金鋼管加熱溫度取650～700℃（呈深紅色）。加熱時，管子的另一端必須堵死，避免因空氣對流而影響加熱。加熱時應經常轉動管子，使管壁各處的受熱均勻，避免局部過熱。保溫時間10～15min，取出后埋在溫熱而干燥的砂子里面，或者用保溫材料（石棉、硅藻土）包好，慢慢冷卻。當采用不同材料如20號管子和16Mn管板，則本身存在硬度差，就不用退火處理。
e．當采用脹接工藝時，管端須檢查如有縱向傷痕者不可使用。
當對換熱器有耐高溫或腐蝕等要求時，為節約貴重材料、降低制造成本，可根據需要采用雙金屬管外，還可進行各種表面處理，國內使用最多的為表面滲鋁。在日本，比較盛行于采用滲鉻、滲鋁、噴涂金屬或樹脂保護層等方法。經過滲鋁處理的管子，對于抗硫、硫化物和其它一些腐蝕介質以及耐熱等方面，效果很好。但滲鉻和滲鋁后，金屬機械性能有所降低、而且因其表面硬度增加，脹管比較困難，噴涂法是將保護材料如不銹鋼、鋁或合成樹脂等噴涂在管子表面，在有應力腐蝕裂紋的場合，短時間內保護效果非常好。
④ 管板的加工制造
管板一般采用低合金鋼鍛造，或者采用低合金鋼鋼板加工。管板毛坯可以是鋼板、鍛制的、焊制的及復合的。如為鋼板材料時，加工前表面不平度當直徑小于1000mm時不得大于2mm；等于或大于1000mm時，不得大于3mm。如超過以上規定時，應先進行校平，然后進行精加工。
當某種單一材料不能同時抵抗兩側換熱介質的腐蝕時，必須采用雙金屬板。有時雖只是一種介質具有強烈腐蝕作用，但是管板尺寸較大較厚，那么采用整體的貴重材料制造管板不如采用復合板來得經濟。常用的換熱器復合管板制造方法有：
a．軋制法 軋制法就是把軋制了的不銹鋼板和碳素鋼板疊合起來，用焊接等方法將四周固定，然后把疊合起來的鋼板進行熱軋加工。
b．堆焊法 在碳素鋼的表面，用焊接方法來焊接不銹鋼，制成整個不銹鋼的層面，然后把不銹鋼層表面用接卸切削方法加工成型。作為焊接方法，可以采用手工焊、埋弧焊等。但是，最近幾年發展起來的帶極電弧焊接法又取得了更廣泛的應用。
c．爆炸復合法 利用炸藥的爆炸能將碳素鋼與不銹鋼接合的方法，如下圖2-1所示。在碳素鋼的上面保持一定距離設置不銹鋼板，在不銹鋼板的上面把炸藥全部布以一樣的厚度，由一端借雷管爆炸而進行接合。在炸藥爆炸的前端處，不銹鋼復合材料變形，以高速度沖擊到母材上，由沖擊點向前方可以噴出金屬射流，使它們進行接合。因為這種方法是在極其短的時間內完成的，所以在接合交界面上兩種材料的合金元素擴散極少。這樣，能夠貼合異種金屬而幾乎不形成異種金屬貼合時所存在的合金層。這種合金層非常堅硬，當材料彎曲時，往往從這里產生裂縫。
圖2-1 爆炸復合鋼板的制造
d．焊管覆合法 首先分別加工出覆合層鋼板和基層碳鋼板的孔，且覆合層板的孔應大于基層碳鋼管板孔。然后穿管焊接，同時將不銹鋼板、碳鋼板及不銹鋼管子焊在一起，以達到覆合的目的。此法適合于管間距較大的場合。
e．橋面堆焊法 待碳鋼板穿管焊接后，以不銹鋼焊條堆焊焊管孔間的橋面，可使碳鋼表面獲得不銹鋼覆合層，此法最節約不銹鋼，但焊后不易熱處理，也不易加工管板堆焊的平面。這種方法可用于管間距較小的場合。
管孔加工是管板制造中主要的一環，在加工過程中必須盡可能滿足以下幾點要求：
a．保證孔的位置及尺寸精度，如管孔不圓度。同心度及孔壁的光潔度。
b．對大厚度的管板必須保證孔與管板平面垂直。
c．組裝狀態下管板和折流板的同一位置的管孔和拉桿用孔的中心應在同一直線上。
目前國內最普遍的管孔加工方法是管板下料、校平、平面外圓及壓緊面的車削完畢后，進行劃線、鉆孔、刻槽、倒角等工序。適用于小批或單件生產的低壓換熱器。為保證上下管孔的同心度可將兩塊管板疊合起來一起鉆孔。
⑤ 折流板的加工制造
由于折流板一般都很薄，鉆孔時鉆頭的推力將使管板中心變形，故可將下料成整圓的折流板去掉毛刺并校平、重疊、壓緊后沿周邊點焊，然后一起鉆孔。須注意折流板疊合后的厚度不能超過鉆頭工作部分份額4/5。為防止折流板鉆孔時產生撓曲而影響孔距精度，必須在折流板下面墊上整塊木板以承受鉆頭的推力。
為保證順利穿管，必須使折流板的管孔與管板的管孔中心在同一直線上。可以將管板當作鉆模放在折流板上壓緊后進行引孔，即以管板為基礎先在折流板上鉆出和管板孔距一致的定位孔，然后取下管板，將折流板壓緊，并換上適合折流板的鉆頭，以引出的定位孔為準備進行加工。但必須注意為防止產生積累誤差，故當作鉆模的管板必須是第一塊管板。
⑥ 膨脹節
膨脹節是靠波殼的伸縮變形而起溫差補償作用的部件。波殼橫截面的形狀有許多種，實際使用的絕大多數為U形，其次是Ω形。
Ω形波殼與筒體連接的場合，一般像圖2-2（a）所示的那樣，將平行部向筒體插入并將端部由內側進行焊接。圖2-2（b）所示的方法不但在焊接處產生較大的應力，而且不可能達到焊透，所以必須限于小直徑筒體或應力小的場合下采用。若將薄弱環節結構改進如圖2（c）所示，并使用環形管，制造即方便，受力也較好，環形管壁可以較薄。
圖2-2Ω形膨脹節的連接方法
單波U形膨脹節的波殼結構如圖2-3 所示。圖2-3中（a）頂部沒有焊接，（b）頂部設置焊接部分。由于頂部處應力較大，所以在這部份焊接時應在U形頂部設置平行部，且應采用封底焊方法，作充分焊透。
圖2-3 U形膨脹節結構
（2）管束的組裝
管殼式換熱器的組裝主要是指管束的組裝。
換熱器組裝要求兩管板相互平行，允許誤差不得大于1mm；兩管板間長度誤差為±2mm；管子與管板應垂直；拉桿應牢靠固定；定距管兩端面要整齊；穿管時管子頭不能用鐵器直接敲打。
① 固定管板管束組裝：
固定管板管束的組裝隨著管板與殼體連接結構不同而不同。
當壓力較低直徑較小的換熱器，組裝如圖2-4。先將一塊管板和折流板組裝，須使中心線調整一致。在此管板的某些部位，一般在中心線上及四周插入一部分管子，再將殼體裝上并與管板點焊固定。
圖2 -4固定管板管束的組裝
也可將兩塊管板同時裝上殼體兩端且點焊固定，然后再將全部管子從任意一頭插入，也可兩頭同時插。一頭由上向下插，另一頭由下向上插，不會發生矛盾。當壓力較高，直徑較大，對密封要求較高的換熱器，可先將管板焊上兩個短接，短接再與筒體焊上后，最后穿管。
② 浮頭管束組裝：
浮頭管束的組裝如圖2-5所示。先將兩端管板固定在組裝臺上，保證兩管板的同軸度、垂直度、平行度和兩板之間的距離。兩管板之間的平行度誤差應小于±lmm，兩端距離誤差應小于±2mm。然后將拉桿、定距管、支承板、折流板按要求依次固定好，并校對好各部尺寸，檢查折流方向、同軸度是否符合要求，然后逐一穿入換熱管。
圖2-5浮頭管束的組裝
③ U形管束組裝：
U形管束如圖2-6所示，先將管板固定在專用的組裝平臺上，保證其與裝配平臺水平面的垂直度，然后將拉桿、定距管、支承板、折流板依次組裝好，先從中間穿入U形管，用木榔頭敲擊U形管的后部，將兩端的管口插入管板，穿好一組后，焊接或脹接固定好，再插入另一組，順次由里向外逐排組裝。
圖2-6 U形管束的組裝
管束的組裝還應注意：
a．拉桿上的螺母應擰緊，以免在裝入或抽出管束時，因折流板竄動而損傷換熱管。
b．穿管時不應強行敲打，換熱管表面不應出現凹癟或劃傷。
c．除了換熱管與管板間以焊接連接外，其他任何零件均不準與換熱管相焊接。
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