双管板换热器制造工艺 吕延茂(中石化集团南化公司化工机械厂,江苏南京　 210048) 　　近年来,本厂成功制造了数台固定管板式和Ｕ形管式双管板换热器。2003年为上海某公司制造的四氯化碳装置中的急冷器是1台固定管板式换热器,属于第三类压力容器。换热面积为573ｍ2,其结构见图1,技术参数见表1。 　　急冷器壳体尺寸Ｄｇ1065ｍｍ×14ｍｍ×5855ｍｍ,材料为16ＭｎＲ。外侧管板尺寸 1210ｍｍ×60ｍｍ,内侧管板尺寸 1093ｍｍ×55ｍｍ,材料均为16Ｍｎ(锻Ⅲ)。总共有1643根 19ｍｍ×2ｍｍ×6100ｍｍ的换热管,材料为10号优质碳素钢。急冷器为双管板结构,具有一定的制造难度,现对其制造工艺进行简要介绍。 1 　双管板结构 双管板是目前较新的结构,见图2。在位于换热管的端部有1块管板,称为外侧管板,兼作设备法兰,分别与换热管及管箱法兰相连接。在距换热管端部比较近的位置还有1块管板,称为内侧管板,分别与换热管及壳程相连接。外侧管板与内侧管板之间有一定的距离,用哈呋短节相连,组成不承受压力的隔离腔。双管板结构的特征是,2块管板把管程与壳程的介质完全分隔开。每块外侧管板的背面均有和隔离腔相连通的位置对称的2个排泄孔。内侧管板2背面(与壳体焊接面)有12个拉杆螺孔。外侧管板1和内侧管板1组成第1组双管板,外侧管板2和内侧管板2组成第2组双管板。 (1) 双管板间距　隔离腔不与管程、壳程相连通,不承受介质压力,但承受设备的机械载荷与热载荷。隔离腔的承载能力主要取决于双管板间距。对固定式双管板进行壳程水压试验时,内侧管板与换热管连接处可能存在泄漏,故在确定双管板间距时必须考虑观察、检漏所需要的最小空间。图样中的双管板间距为13ｍｍ,根据制造经验,将其调整为50ｍｍ。 (2) 内侧管板管孔的胀管槽尺寸　内侧管板与换热管的连接质量是双管板结构换热器制造的关键,而拉脱力与密封性能是衡量接头连接质量的主要指标。在ＧＢ151-1999《管壳式换热器》中,胀管槽的宽度规定为3ｍｍ,但也指出,根据不同的胀接方法可以适当修改。图样中内侧管板管孔的胀管槽宽度是3ｍｍ,深度是0 5ｍｍ,第1道胀管槽距管板端面8ｍｍ,第2道胀管槽的尺寸链为8ｍｍ 3ｍｍ 6ｍｍ 3ｍｍ。根据液压胀接经验和胀管试验,胀管槽深度仍定为0 5ｍｍ,但将胀管槽的宽度调整为5ｍｍ。第2道胀管槽的尺寸链调整为13ｍｍ 5ｍｍ 10ｍｍ 5ｍｍ。 (3) 管子伸出管板面长度　图样中管子伸出管板面的长度是1ｍｍ,符合ＧＢ151-1999的规定。而国外进口用于高温、高压、易燃、有毒或较强腐蚀性等介质的换热器,管子伸出管板面的长度普遍为4～5ｍｍ。结合制造尿素装置换热器的经验以及换热管的特点,将管子伸出管板面的长度调整为3～4ｍｍ。采用氩弧焊焊接2层,管壁不允许过烧或焊通,且管头不能有咬边,保持管端圆整无缺。 (4) 管板与管子硬度差　液压胀接会使换热管发生塑性变形,管板产生弹性变形。而胀接目的是为了让换热管与管板之间获得足够的残余接触应力。因此,管板材料的屈服强度与硬度必须大于换热管材料的屈服强度与硬度。保持管板与管子之间一定的硬度差是改善胀接质量的重要途径之一,通常将硬度差控制在ＨＢ30左右。 2 　制造要点 控制4块管板的同心度、平行度、扭曲度及其与壳体轴线的垂直度,可保障设备的制造质量,也可保障换热管与管板的连接性能。而确保内侧管板与换热管液压胀接的拉脱力和密封性及其检验,是保证急冷器制造质量的关键。 2.1 　壳体 严格控制有关几何尺寸和方位。错边量、棱角度和无损探伤按ＧＢ150-1998规定执行,周长、圆度和直线度按ＧＢ151规定执行,壳体长度按图样规定。检查壳体两端面平行度与壳体轴线的垂直度,在两端面标出对称的十字中心线,且两端面中心线的连线(方位线)平行于壳体的轴线,该标记线是组对双管板的基准之一。用与折流板外径相等的圆盘模板工装预先检测壳体的内径与直线度,确保折流板外径和壳体内壁有一定的间隙,使管束能顺利地装入壳体。 2.2 　管板及折流板 采用数控钻床钻孔,控制管孔直径、垂直度及管孔间距。为利于穿管,管板和折流板的钻孔方向应与穿管方向保持一致。按图样和ＧＢ151规定对单块管板的管孔进行检验,特别是内侧管板管孔内不允许存在贯通性的螺旋形或纵向条痕。把2组双管板分别按钻孔方向叠置,找同心,用换热管逐孔预穿。将折流板叠置钻孔,按钻孔方向逐块做顺序号和正、反面的标记。每块折流板正、反面的管孔均要仔细倒角,清除毛刺,防止穿管时损伤管子的外表面。把双管板和折流板按钻孔的方向顺序叠置,用换热管逐孔预穿。 2.3 　双管板预装 清除管孔内和管板面的毛刺、铁屑、锈斑及油污等影响胀接质量的异物。将每组双管板用50ｍｍ长的定位筋板连接成1个整体,调整每组双管板的同心度、平行度和扭曲度,用换热管逐孔预穿之后,按焊接工艺分别固定焊成2组双管板。 2 .4 　管束与壳体组装 在壳体内组装拉杆、折流板,并进行穿管的方法较为稳妥,有利于控制2组双管板的组装质量。最好使用刚出厂的外表面光滑的管子,杜绝使用有腐蚀坑的换热管。按壳体的方位线先组对第2组双管板,调整第2组双管板与壳体的垂直度和同心度。在壳体内把拉杆装于内侧管板2上,按钻孔的顺序组对折流板。每装1块折流板,就从外侧管板2密封面方向穿入梅花形的数组换热管。其目的是自然调整折流板与管板的同心度。待用螺母紧固折流板之后,可从折流板朝外侧管板2方向穿入全部换热管。换热管伸出外侧管板2的长度大于双管板间距的2倍。最后组装第1组双管板,测量外侧管板1和内侧管板1的同心度、平行度和扭曲度及2组双管板之间距。穿入全部换热管后,以外侧管板面为基准,调整换热管伸出管板面的长度为3～4ｍｍ。双管板与换热管连接的顺序为,先胀接内侧管板与换热管,后焊接外侧管板与换热管。 2 .5 　内侧管板与换热管的液压胀接 采取二次胀接法。采用胀接工艺评定试验选取的工作胀接压力进行第1次液压胀接,然后以等于或略大于第1次的胀接压力再胀接一遍。二次胀接法虽然延长了液压胀接的作业时间,却是防止双管板漏胀的有效措施。采取连续的柔性链式胀接顺序。例如从管板顶部开始,第1行从右侧开始向左侧胀接,第2行从左侧向右侧胀接,依此类推,直至管板底部胀完。为防止漏胀或重胀,在现场布置相同的管板图,逐孔胀接并做标记。根据胀接情况,要不定期地复检胀杆轴定位尺寸,确保液袋位于管板孔的胀接范围之内。 2 .6 　外侧管板与换热管焊接 按焊接工艺要求,采用氩弧焊,先焊接第1层,进行压力为0 05ＭＰａ的气密性试验。然后采用氩弧焊再焊接第2层,进行100%ＰＴ检查。 2 .7 　压力试验 首先按图样压力进行壳程的水压试验,从隔离腔的空间检查管子与内侧管板的连接质量。壳程水压试验合格后,组焊隔离腔的哈呋短节使之成为密闭的腔体。按图样压力进行气密性试验。分别在隔离腔下方的2个排泄孔安装透明的Ｕ形管检验工装,Ｕ形管内加水,保持一定的水平液位。如若有试验气体微渗漏时,则Ｕ形管内的水平液位就会发生变化,以气密性试验时Ｕ形管内仍保持液位水平为合格。按图样要求进行壳程氨渗透试验,在隔离腔的排泄孔贴试纸,试纸不变色为合格。然后按图样要求对隔离腔进行气密性试验,最后对管程进行水压试验和气密性试验。 3 　建议 (1) 对固定式双管板换热器,先把双管板固定焊成1个整体,使其成为单管板结构,然后与壳体及管束组装。在壳程水压试验合格之前,哈呋短节暂时不与双管板组焊为佳,以便直观准确地检查管子与内侧管板连接处的泄漏点。对Ｕ形管式双管板换热器,可用短筒节代替哈呋短节,直接与双管板组焊成整体,使其成为单管板结构,组装管束。 (2) 严格控制可能影响双管板同心度、平行度、扭曲度及胀接质量的各种因素,尽量采用工装和预装、预穿及预试验的方法。 (3) 由于内侧管板位置特殊,内侧管板与换热管的连接必须采用液压强度胀接。胀接压力确定之前应进行胀接工艺评定试验,同时按照特殊过程的要求进行管理。 (4) 用于高温、高压、易燃、易爆、有毒或较强腐蚀介质的换热器,其单管板或双管板的外侧管板与换热管的连接要采用强度焊,且要根据管子直径及孔间距的不同控制管子伸出管板面的长度,通常以4～5ｍｍ为宜。 (5) 液压胀接与机械胀接的机理完全不同,因此不能用机械胀接的胀管率考核液压胀接的质量,而应用胀管工艺评定,将符合设计或标准许用拉脱力时的胀接压力或此时测量的胀管率,作为考核液压胀接质量的指标为妥。 (6) 检验管子与双管板连接质量时,推荐采用水压试验和氨渗透试验,必要时增加0 05ＭＰａ的氦检试验。对固定管板式双管板换热器,检验顺序为壳程、隔离腔、管程。对Ｕ形管式双管板换热器,检验顺序为隔离腔、壳程、管程。 4 　结语 近年来,按照文中工艺制造了数台双管板结构的管壳式换热器,其质量可靠、稳定,使用至今均运行正常。 [ ] 显示全部