浅谈固定管板式换热器的制造_机械加工类论文

浅谈固定管板式换热器的制造
张木兰1陈克军2
摘要：介绍了一台卧式换热器的制造过程，包括了筒体与封头组对错边量的控制，管板、折流板的制造加工要求，分析了管板与筒体、换热管与管板的焊接变形的原因，以及为防止管板变形所采取的措施。
关键词：换热器、管板、焊接变形、组装工艺
1.1 概述
2010年，公司承接了河南新乡的一批设备，其中有一台换热器是加热风机用加热器，是卧式容器，设备直径是DN1200，换热面积是133m2，设备壳程的主要受压元件材质是0Cr18Ni9,δ=10mm，设备管程的主要受压元件材质是0Cr18Ni9,δ=10mm，换热管是Φ38×2.5×3000/0Cr18Ni9，共计388根。管板是δ=50mm的不锈钢板整板下料。设备设计参数见表1，设备简图见图1。
图1 设备总图

表1设计参数
项目壳程管程
工作压力（MPa) 0.01 0.3
设计压力（MPa) 0.1 0.35
工作温度（℃） 30/80 145
设计温度（℃） 100 150
物料名称氮气水蒸气
腐蚀裕度（mm） 0 0
程数 1 2
主要受压元件材质 0Cr18Ni9 0Cr18Ni9
换热面积（m2） 133
设备净重（Kg） 5955

1.2 制造要求
1.2.1 设备制造的具体要求见表2
表2 设备制造要求
项目壳程管程
试验压力（MPa) 0.44 0.44
无损检测方法 X-RT X-RT
无损检测比例（%） 20 20
无损检测标准 JB/T4730-2005
合格级别 Ⅲ
注：不锈钢表面酸洗钝化处理。
1.2.2 筒体卷制的注意事项：
壳体的长度、直线度、圆度、棱角度，同时筒体与封头组对时要有效控制错边量，壳体筒节与管箱筒节的厚度均为10mm，错边量要求≤2.5mm，为了减少筒体与封头对接时对口错边量，否则当筒体与封头焊接完毕后发现对口错边量超差，就无法修补，只能刨开后重新进行焊接，这样既造成了人工和焊材的浪费，还影响了设备的焊接外观质量。
1.2.3 主要检验项目
（1）原材料验收：原材料包括板材和管材，分别按GB/T4237-2007标准和GB/T14976-2002标准进行验收。
（2）外协加工件：（包括：封头、设备法兰、管板等）外形尺寸的检查；
（3）焊接：筒节应严格按照焊接指令卡进行焊接，焊接方法为：埋弧自动焊。
（4）无损检测，
（5）总体检验；
（6）强度试验。
按上述及时填写检验记录，以便以后能有效追溯。
2 焊接坡口的型式
2.1 筒体纵、环缝
筒体纵、环焊缝的焊接接头形式见图2

图2 筒体纵、环缝焊接节点
筒体纵、环焊缝采用双面焊全焊透结构。焊接坡口为平口，筒体里侧采用埋弧自动焊，焊接完毕后背面清根，同样采用埋弧自动焊进行焊接。
2.2筒体与管板的焊接结构
筒体与管板的焊接接头形式见图3
图3 筒体、管板焊接节点

壳程筒体与管板焊接时容易引起角变形，焊道的横向收缩导致角变形，变形量与焊接线能量、板厚以及焊缝尺寸有关，是使密封面变形的主要因素。焊接坡口角度、组对间隙焊角尺寸等过大，使焊缝横截面积增大，所需焊接线能也随之增高，会产生更大的变形。应注意焊接变形控制，为防止管板变形采取以下措施：
（1)、坡口角度。在保证焊透的前提下，坡口角度应尽量小。
（2）、焊接层数。多层焊接角变形的变化规律是焊接层数越大角变形越大，。因此，为了控制焊接角变形，焊接层数越少越好，在保证焊接强度的条件下应尽量减少焊接层数。
（3）、施焊工艺参数。应尽量采用小系数施焊，避免局部过热过烧变形。
（4）、焊接管板与筒体。管板与筒体焊接，每层焊缝应分段对称进行。每层焊缝应错开180度。两端各焊一层，交替操作，直至焊完。
2.3 换热管、管板焊接结构
换热管、管板的焊接接头形式见图4

图4 换热管、管板的焊接结构
换热管与管板的连接方式是强度焊，图样中管子伸出管板的长度是2.5mm，符合GB151-1999标准，在焊接过程中注意防止管板变形，为此采取以下措施。
（1）、组装顺序。将拉杆、定距管、折流板组装在管板上，然后穿管子，将管束转入筒体并组对管板与筒体，然后组对另一管板与筒体，将管子引出管板，并调整伸出长度。
（2）、管子与管板施焊顺序。首先焊接管板中间部位的管子，焊接的管子数应不小于管子总数的1/4.
（3）、余下管头的焊接：从管板与筒体环焊缝起先焊完一层一层向外施焊两个管板交替进行对称施焊。
3 管板的加工
管板材质为0Cr18Ni9，板材符合GB/T4237-1992标准，（管板外径是Φ1330mm，厚度是50mm。）
管板的加工步骤：下料—车外圆—划线—钻孔（配钻）—攻丝—检查，检查结果应符合以下要求：
（1）管板密封面应与轴线垂直，其垂直度公差为0.25mm。
（2）管板应严格垂直于管板密封面，其垂直公差为0.05mm，并且管板孔表面不允许存在贯通的纵向或螺旋状条痕，管孔表面粗糙度Ra值不大于6.3μm
（3）管板钻孔后96%的允差孔桥宽度必须≥12.67mm，允许有40%的孔桥宽度为6.8mm。
（4）螺栓孔中心圆直径和相邻两螺栓孔的弦长允差为+0.6mm，任意两弦长允差为+1.5mm。
（5）管板一二应进行配钻。
4 折流板的加工
折流板加工按设计图样要求,1、折流板应平整，平面度公差为3mm。2、相邻两孔中心距离极限偏差为+0.3mm，允许有4%相邻两控中心极限偏差是+0.5mm，任意两孔中心距极限偏差为+1mm，3、钻孔后去除管孔周围的毛刺。允许超差0.1mm的管孔数不得超过检查范围的4%,且不得超过5处。去除折流板上的任何毛刺。
4 管束的组装
（1）固定管板(水平放置），同时装配拉杆、定距管、折流板，使其成为一个整体；拉杆上的螺母应拧紧，以免在装入或抽出管束时因折流板窜动而损伤换热管。
（2）组队管板与壳体，试穿换热管7-8根，同时点焊固定壳体与管板。
（3）穿换热管时，不强行敲打，换热器表面不应出现凹瘪或划伤，壳体内壁凡有碍管束顺利装入或抽出的焊缝均应打磨至于母材平齐。
（4）穿换热管：将设备卧置，穿入所有换热管，管端上表面伸出管板长度1.5mm，点焊固定；
（5）焊接：壳体与管板之间的角焊缝按焊接工艺指令卡进行焊接。除换热管与管板间以焊接形式连接外，其他任何零部件均不与换热管相焊。连接部位的换热管和管板表面应清理干净，不应留有影响焊接连接质量的毛刺、铁屑、锈斑、油污等。
（6）试压：壳程液压试验，管程液压试验，在试压时检查管子与管板连接焊口，如发现焊口存在表面裂纹、砂眼应磨掉缺陷后补焊，凸出与换热管内壁的焊瘤更应清理干净，然后按顺序试压；无渗漏、无可见变形、无异常响声为合格。
6 结语
加热风机用加热器已经严格按照图纸、工艺的要求进行制造完毕，并且已经成功试压，运送到甲方现场了，正常运转于该公司。
参考文献：
[1] 秦淑文，等换热器（化工设备设计全书）M.北京：化学工业出版社，2002.
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规程 [S]. 新华出版社出版
[5] GB150-1998，钢制压力容器 [S]. 北京：中国标准出版社，1998