螺紋鎖緊環(huán)式換熱器的制造

                               吳　淳,張永梅

                 (撫順機械設(shè)備制造有限公司,遼寧撫順　113006)

    摘要:介紹了螺紋鎖緊環(huán)式換熱器的結(jié)構(gòu)型式、制造工藝及關(guān)鍵部位的加工控制。

    關(guān)鍵詞:換熱器;螺紋鎖緊環(huán);制造;焊接;熱處理

    中圖分類號: TQ 051·501　　　　文獻標志碼: B

    文章編號: 1000-7466(2007)增刊-0050-03

    螺紋鎖緊環(huán)式換熱器是用于高溫、高壓工況下的熱交換設(shè)備,國內(nèi)外大型煉油企業(yè)在加氫裂化及重油加氫脫硫裝置中均采用這種型式的換熱器。它不僅具有耐高溫、耐高壓、結(jié)構(gòu)緊湊、泄漏點少及密封可靠的特點,而且還具有設(shè)備占地面積小、節(jié)約材料的優(yōu)點。螺紋鎖緊環(huán)式換熱器在操作運行過程中,如果出現(xiàn)了泄漏現(xiàn)象,不需要停車,只需緊固內(nèi)、外壓緊螺栓即可達到密封效果。但該種設(shè)備也存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、內(nèi)件較多、機加工量大、裝配困難和拆卸時需要專用工具的不足之處。其結(jié)構(gòu)見圖1。

    

1.墊片　2.管板　3.盤根壓環(huán)Ⅱ　4.盤根　5.盤根壓環(huán)Ⅰ　6.箱內(nèi)套筒　7.頂壓螺栓　8.分合環(huán)　9.壓環(huán)　10.支架11.外密封圈　12.密封盤　13.內(nèi)壓圈　14.外壓圈　15.螺紋承壓環(huán)　16.外壓桿　17.內(nèi)壓桿　18.外壓緊螺栓　19.內(nèi)壓緊螺栓　20 .壓蓋

                         圖1H-H型螺紋鎖緊環(huán)換熱器結(jié)構(gòu)簡圖

    1·設(shè)計參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點

    螺紋鎖緊環(huán)換熱器適用范圍較廣,據(jù)不完全統(tǒng)計,其管程設(shè)計壓力為9.0~20.0 MPa,殼程設(shè)計壓力為2.5~20.0 MPa。管、殼程的設(shè)計溫度均在220~435℃。管、殼程的操作介質(zhì)一般為H2、油氣(含H2S)等。設(shè)備公稱直徑一般在Φ600~Φ1 600mm,設(shè)備主體材料通常選用2.25Cr-1Mo、1.25Cr-0.5Mo-Si、15CrMo和16Mn,換熱器管束部件通常選用0Cr18Ni10Ti或15CrMo。

    螺紋鎖緊環(huán)換熱器的管板置于管箱筒體內(nèi),管箱壓蓋由螺紋承壓環(huán)固定,筒體上的開孔采用整體補強結(jié)構(gòu),管束采用U型管結(jié)構(gòu)可以減少密封點,管程和殼程介質(zhì)是純逆向流動,殼程的密封是通過緊固內(nèi)圈壓緊螺栓—內(nèi)壓桿—內(nèi)壓圈—壓環(huán)—頂壓螺栓—分合環(huán)—管箱內(nèi)筒—盤根壓環(huán)I—盤根—盤根壓環(huán)II—管板—墊片的順序逐漸進行傳遞至壓緊,從而保證設(shè)備的密封性;管程密封是通過緊固外圈壓緊螺栓—外壓桿—外壓圈—密封盤—外密封墊圈的順序逐漸進行傳遞至壓緊,從而保證設(shè)備的密封性。

    此結(jié)構(gòu)特點是管程由內(nèi)壓引起的軸向力通過管箱蓋板、螺紋承壓環(huán)、管箱本體、管束承受;殼程由內(nèi)壓引起的軸向力通過管板、管箱內(nèi)套筒、分合環(huán)、頂壓螺栓及殼體本體承受。

    2·制造特點

    為了保證產(chǎn)品質(zhì)量達到設(shè)計文件的要求,需要制定出正確、合理、可靠的制造工藝,并要求對以下關(guān)鍵工序的質(zhì)量進行特殊的控制。

    2.1　筒體成型

    設(shè)備筒體由管程筒體和殼程筒體兩部分組成。一般情況下,管程筒體選用鍛件制作;殼程筒體選用板材制作,鋼板厚度在40~120 mm。組成殼程圓筒的各筒節(jié)采用自動切割機火切下料,同時制備出縱縫坡口,然后在卷板機上完成卷制成型,焊接筒節(jié)的縱焊縫及進行消除應(yīng)力熱處理,機械加工筒節(jié)的內(nèi)表面及其環(huán)縫坡口,再將尺寸加工合格的各筒節(jié)組焊在一起,完成殼程筒體的制作。

    殼程筒體上的封頭采用整張鋼板在水壓機上熱沖壓成型,成型后進行恢復(fù)狀態(tài)熱處理,然后加工環(huán)縫坡口。

    2.2　焊接

    螺紋鎖緊環(huán)式換熱器的主體材質(zhì)大部分采用Cr-Mo鋼,鑒于此鋼種對焊接熱裂紋敏感性較強、加之焊縫溶氫和焊接應(yīng)力等因素的影響,在焊接過程中易產(chǎn)生焊接裂紋及焊后產(chǎn)生延遲裂紋,因此,在焊接過程中必須采用焊前預(yù)熱、控制層間溫度、焊后消氫處理及焊后消除應(yīng)力熱處理等措施,其具體工藝參數(shù)見表1。

   

    所有焊縫在進行消除應(yīng)力熱處理前,焊縫坡口及其兩側(cè)(1倍壁厚)范圍內(nèi)的母材溫度應(yīng)始終維持不低于預(yù)熱溫度且不高于層間溫度,焊接過程中如果必須間斷,應(yīng)維持焊縫坡口及兩側(cè)各1倍壁厚范圍內(nèi)處于預(yù)熱溫度狀態(tài),直至重新焊接,否則在暫停工作后應(yīng)立即進行消氫處理。

    2.3　管束加工

    管束材質(zhì)絕大多數(shù)都采用0Cr18Ni10Ti,管板厚度一般介于215~320 mm。為保證管板鉆孔后換熱管中心線與管板密封面的垂直度,及管板上各管橋?qū)挾冗_到圖樣要求,管板上的全部管孔采用數(shù)控鉆床加工。

    U型換熱管采用整根鋼管煨制,對彎管部分(包括300 mm直管)進行固溶及酸洗鈍化處理,并在用于組裝管束前進行單根水壓試驗,試驗壓力為2倍設(shè)計壓力且不大于19 MPa。

    2.4　螺紋加工

    管箱、承壓環(huán)螺紋采用進口數(shù)控鏜銑床加工,并使用經(jīng)一次磨刀即可完成全長螺紋線加工的成型銑刀,以保證整個螺紋的加工精度。螺紋可以先選用三面刃銑刀開槽,再用螺紋成型銑刀精銑的方法達到圖樣要求的尺寸。

    2.5　熱處理

    Cr-Mo鋼焊接及熱處理按照相關(guān)圖樣及技術(shù)條件執(zhí)行即可。為保證設(shè)備內(nèi)部零件的加工尺寸達到圖樣要求,對分程管箱部件增加了穩(wěn)定化處理,即隨爐加熱至870℃后,保溫3~4 h后空冷。對支架部件增加了定型熱處理,即隨爐加熱至430℃,保溫2~3 h后空冷。

    2.6　設(shè)備螺栓緊固

    整個設(shè)備的螺栓緊固應(yīng)使用帶有能控制預(yù)緊力的液壓扳手或可調(diào)力矩的手動扳手進行操作,緊固前應(yīng)將每個螺孔內(nèi)及螺栓表面清理干凈,并在螺紋表面涂上耐高溫咬合劑,所有螺栓采用對稱預(yù)緊和對稱緊固的方法進行操作,緊固時用力要均勻。螺栓力矩值可按M=Fμd×10-3計算。其中,F為螺栓預(yù)緊力,N;μ為系數(shù),常規(guī)可取μ=0.2;d為螺栓直徑,mm。

    2.7　其它注意事項

    (1)由于設(shè)備結(jié)構(gòu)上的限制,在管束裝配時需要使用專用的胎具,保證管束與殼體裝配后的尺寸精度要求。

    (2)保證管箱筒體內(nèi)部堆焊后的所有加工尺寸、垂直度、傾斜度及粗糙度達到圖樣要求。

    (3)保證盤根壓環(huán)內(nèi)、外徑與相鄰件之間的間隙小于2 mm。

    (4)在管板下部兩側(cè)各30°方位上焊定位點,以保證管束與設(shè)備的同軸度。

    (5)殼程水壓試驗時如果出現(xiàn)滲漏,應(yīng)首先檢查調(diào)整各內(nèi)構(gòu)件,再緊固頂壓螺栓,直至合格。

    3·結(jié)語

    螺紋鎖緊環(huán)換熱器生產(chǎn)的經(jīng)濟效益和社會效益非常可觀,與進口同類型國外產(chǎn)品相比,在國內(nèi)制造可節(jié)約費用近50%。目前,國內(nèi)制造該類高壓換熱器的工藝及質(zhì)量水平已達到國際水平。(許編)