管殼式換熱器脹焊并用時脹焊順序探討

1、管殼式換熱器脹焊并用時脹焊順序探討 毛國東*(江山順泰化工機械工程有限公司)0 前言換熱器在化工設備中占很大比例。作為化工生產過程中最基本的操作單元換熱器,其完好與否對化工生產的影響很大,一旦泄漏,對化工產品的質量、工廠安全、環(huán)境和設備等將造成很大的損失。在化工生產中換熱器因其結構特殊、工況惡劣,有時既要受壓,又要承受變載,甚至還受到腐蝕的作用。換熱器受到的腐蝕一般有電化學腐蝕、應力腐蝕和沖刷腐蝕。電化學腐蝕較為普遍存在。產生應力腐蝕的應力有:工作應力,由進出口溫差所產生;材料殘余應力,在加工制作過程中產生;結構應力,由于結構在設計制造上的局限性等所產生。沖刷腐蝕,多發(fā)生在氣體入口處或氣液混合

2、入口處。管板上焊縫多,一般換熱器有幾百至幾千個焊口。若焊接工藝掌握不好,焊縫中極易產生氣孔等缺陷。一般廠家沒有熱處理條件,也沒有管板焊縫射線照相技術,只能做一些焊縫表面檢測,無法消除殘余應力和發(fā)現(xiàn)焊縫內部氣孔。而淺層的氣孔極易在使用一段時間后顯露出來,造成泄漏。所以,焊縫質量有時難以從檢測中得到有效控制。要提高換熱器管板的焊接質量,必須通過改善和提高焊接、制造工藝來達到。1 管板連接方法換熱管與管板連接的適用范圍和常用連接方式可分為以下幾種:強度脹接:適用于設計壓力小于等于4MPa,設計溫度小于等于300,操作時無劇烈振動、無過大的溫度變化及無明顯的應力腐蝕的場合。強度焊接:適用于設計壓力小于

3、等于35MPa,無較大振動及無間隙腐蝕的場合。脹焊并用:適用于設計壓力小于等于35MPa,密封性能要求較高,承受振動或疲勞載荷,有間隙腐蝕,采用復合板的場合。2 脹焊并用在實際生產中對換熱器密封性能的要求往往較高,有些使用場合有間隙腐蝕,有時還伴有振動和疲勞載荷等,所以要求換熱器管板連接采用脹焊并用的結構形式。2.1脹焊并用結構強度脹加密封焊強度脹加密封焊主要適用于壓力較低時,既要保證換熱管與管板連接的密封性,又要保證換熱管與管板抗拉脫強度的場合,其結構形式如圖1所示。 強度焊加貼脹強度焊加貼脹主要適用于壓力較高時,既要保證換熱管與管板連接密封性及抗拉脫強度,又要消除換熱管與管孔之間縫隙的場合

4、,其結構形式如圖1所示。2.2 脹焊并用的脹接和焊接順序國標GB151-1999及有關標準中僅提出脹焊并用的管板連接方法,而對于是先焊后脹,還是先脹后焊,并未明確規(guī)定。換熱管與管板連接的角焊縫尺寸也只規(guī)定了H值(見圖1)不得小于管壁厚的1.4倍,而實際制作中這個H值較難測定,因而換熱管與管板角焊縫焊接有焊一道的,也有焊二道的,各制作單位各不相同。本公司在制作脹焊并用換熱器時也先后曾用過以下幾種制作順序與方法:脹+焊:先脹接,脹接好后再焊接。焊+脹:先焊接,焊接好后再脹接。脹+焊+焊:先脹接,脹接好后再焊接二道。焊+脹+焊:先焊接,再脹接,最后再焊接。焊+焊+脹:先焊一道,再焊一道,二道焊好后再

5、脹接。2.3 各種制作順序結果比較根據(jù)我公司近十年來所制作的換熱器試壓泄漏率、運行一年和三年后泄漏率的不完全統(tǒng)計,換熱器管板脹焊并用時的脹接與焊接順序對換熱器管板的質量有很大的影響,見表1。按脹+焊或焊+脹的制作順序和工藝生產的換熱器泄漏率高,使用12年后已基本無法再使用而淘汰。這些換熱器管板角焊縫只焊一道,角接接頭的實際H值偏小,焊縫較薄弱,有些焊縫缺陷也無法從再道焊縫中得到有效彌補,因而泄漏率高。使用一段時間后,角焊縫被部分腐蝕,泄漏率就更高。按脹+焊+焊和焊+脹+焊的順序制作的換熱器,克服了角接接頭H值偏小的缺陷,但因脹接部位與焊縫間有一段15mm不脹的密封空氣柱,在焊第二道時,密封空氣受熱膨脹,從熔池中沖出,把空氣柱中的氫、氮、水蒸氣等帶入熔池,形成析出型氣孔。這類氣孔有一部分是浮在上表層而又外觀未顯現(xiàn)的“皮下氣孔”,在使用一段時間表層焊縫被腐蝕后顯露出來,因而造成泄漏。按焊+焊+脹的順序制作的換熱器,既克服了角接接頭H值偏小的缺陷,又避免了析出型氣孔的產生,泄漏率低。3 結束語在化工生產中換熱器管板角接接頭受載復雜,介質又有腐蝕