進(jìn)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(diǎn)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(hào)：TK172文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1005-7676（2009）03-45-04

    1·概述

    進(jìn)出料換熱器（圖號(hào)H25-0086-1，位號(hào)E-301）是某公司焦?fàn)t氣制甲醇裝置一臺(tái)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(jí)）堆焊00Cr19N10；00Cr19N10Ⅳ級(jí)。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(jì)、制造與驗(yàn)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(hào)修改單的要求且以正火狀態(tài)供貨，并按JB/T4730.3-2005逐張進(jìn)行100％超聲波檢測(cè)，質(zhì)量等級(jí)不得低于Ⅲ級(jí)。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(jí)要求。換熱管Φ14mm×2mm×11 000mm，材質(zhì)00Cr19N10，按GB13296-1991高級(jí)管，并逐根進(jìn)行渦流檢測(cè)。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(gè)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(jìn)行磁粉檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格；堆焊過渡層，完畢后，進(jìn)行100％超聲波檢測(cè)，以符合JB/T4730.3-2005中Ⅰ級(jí)合格；進(jìn)行滲透檢測(cè)，以符合JB/T4730.5-2005中Ⅰ級(jí)合格；合格后進(jìn)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(jìn)行100%表面滲透及超聲波檢測(cè)，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(jī)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(cuò)邊量必須控制在2mm以下。下料后在刨邊機(jī)上加工縱環(huán)縫坡口，在水壓機(jī)上壓制預(yù)彎端頭，卷板機(jī)上卷制成型，上輥包覆軟質(zhì)墊以保護(hù)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(jìn)行100％RT檢測(cè)，Ⅱ級(jí)合格，并按JB/T4730.3-2005進(jìn)行20%UT檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格。

    3.3管板及折流板的加工

    3.3.1管板材料為00Cr19N10Ⅳ級(jí)整體鍛件，車制外形尺寸（固定管板ф1 795mm×96mm、浮動(dòng)管板ф1 770mm×96mm），4 243個(gè)－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(diǎn)焊疊鉆，4 243個(gè)－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(bǔ)強(qiáng)管的制造

    所有補(bǔ)強(qiáng)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(gè)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(jìn)行磁粉檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格；合格后進(jìn)行過渡層和面層的堆焊，過渡層和面層均進(jìn)行100％UT+PT檢測(cè)，JB/T4730-2005Ⅰ級(jí)合格。

    4·焊接及檢驗(yàn)

    4.1焊接工藝

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

    4.1.2接管法蘭的堆焊采用小管自動(dòng)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(dòng)焊；

    4.2焊縫檢查要求

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

    5·裝配順序

    5.1筒節(jié)組拼焊接，開孔焊接加強(qiáng)管及筒體上各預(yù)焊件，各項(xiàng)檢驗(yàn)合格后進(jìn)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(xiàng)檢驗(yàn)合格后進(jìn)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(jìn)筒體時(shí)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(jìn)行100%UT檢測(cè)，按JB/T4730.3-2005 I級(jí)。

    (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(jìn)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(jìn)爐熱處理進(jìn)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(shí)，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(yàn)

    填料密封的裝配及設(shè)備的壓力試驗(yàn)

    (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(jì)制作試壓工裝，這種工裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，耗費(fèi)材料多，且會(huì)破壞管板和筒體。根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)，決定利用填料密封，用其自身的拱蓋中心管等作為工裝對(duì)管頭焊縫強(qiáng)度進(jìn)行水壓試驗(yàn)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(jìn)行酸洗鈍化處理，所形成的鈍化膜采用藍(lán)點(diǎn)法檢查，無藍(lán)點(diǎn)為合格。以1.46MPa對(duì)管子、管板和內(nèi)管箱作外壓試驗(yàn)，檢查其強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性；合格后管、殼程以10.2MPa的壓力同時(shí)進(jìn)行水壓試驗(yàn)。液壓試驗(yàn)合格后殼程再以0.15MPa含30%氨氣的壓縮空氣進(jìn)行滲透試驗(yàn)，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(jìn)行，該換熱器殼程接管均為焊接盲板密封，為節(jié)約時(shí)間和避免反復(fù)裝水放水，將氨滲漏放在最后進(jìn)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(tái)設(shè)備的制造過程中，不斷完善工藝，對(duì)過程進(jìn)行質(zhì)量控制，最后產(chǎn)品經(jīng)水壓試驗(yàn)、監(jiān)檢合格，產(chǎn)品順利完成后交付給用戶，在實(shí)際使用過程中達(dá)到了預(yù)期的效果，設(shè)備安全質(zhì)量及運(yùn)行狀況良好。

    參考文獻(xiàn)：

[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(cè)[S].JB/T4730-2005