大型不銹鋼冷凝器制造工藝方法

1、大型不銹鋼冷凝器制造工藝方法張建趙剛狄才法（江蘇省溧陽(yáng)市云龍?jiān)O(shè)備制造有限公司，溧陽(yáng)213311）摘要：通過(guò)對(duì)大規(guī)格薄殼不銹鋼冷凝器結(jié)構(gòu)的分析，對(duì)影響/整臺(tái)設(shè)備制造質(zhì)量的重要部件加工質(zhì)量采取有效的措施，并在制造過(guò)程中加強(qiáng)過(guò)程控制、檢驗(yàn)檢測(cè)等方面的工作，從而保證了整臺(tái)設(shè)備的最終產(chǎn)品質(zhì)量。關(guān)鍵詞：冷凝器制造工藝過(guò)程控制1、引言熱交換器廣泛應(yīng)用于化工、石油、動(dòng)力制冷等行業(yè)中，隨著近年來(lái)裝置大型化的發(fā)展，大規(guī)格換熱器的需求在增加，其中設(shè)有大開(kāi)孔薄殼冷凝器制造技術(shù)有一定的難度，我公司為某化工廠制造的設(shè)有大開(kāi)孔薄殼不銹鋼冷凝器，規(guī)格DN1800×11000×12/16，設(shè)備總重約4400

2、0kg，其中不銹鋼42000kg，設(shè)備結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1表1：設(shè)備主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)殼程管程設(shè)計(jì)規(guī)范GB151-1999設(shè)計(jì)壓力(MPa)0.860.7設(shè)計(jì)溫度()10075程數(shù)14操作介質(zhì)環(huán)氧乙烷循環(huán)水管子管板連接形式強(qiáng)度焊+貼脹焊接接頭系數(shù)10.85管、殼程材料S30408Q245R，16Mn2、設(shè)備結(jié)構(gòu)特征：2.1冷凝器形式為BJM，容器類別為類；公稱直徑DN1800，換熱管共4068根，規(guī)格19×2，長(zhǎng)度為9000mm，換熱面積2154.5m2；殼程中心入口處接管直徑DN700，中間分流板一塊，兩側(cè)折流板各11塊，為加強(qiáng)殼體的剛度，殼程上增設(shè)了兩道角鋼外加強(qiáng)圈；管板

3、、換熱管、殼體等殼程材料為全不銹鋼，材質(zhì)S30408，管箱材料為16Mn/Q245R，設(shè)備總重約44000kg， 其中不銹鋼42000kg。3、制造過(guò)程控制要點(diǎn)：針對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)影響設(shè)備制造質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析：首先是控制殼體制造的圓度、直線度和兩端面的平行度，以保證管束順利裝入；其次是減少管板與殼體、換熱管焊接后的變形，保證管板與殼程筒體的垂直度、兩管板的平行和同心符合圖紙要求；第三是控制管子與管板的焊接質(zhì)量以及所采用的檢驗(yàn)、試驗(yàn)方法。通過(guò)以上的分析，有針對(duì)性的制定出合理的制造工藝和質(zhì)量控制計(jì)劃 TSG R0004-2009 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程，加強(qiáng)對(duì)各工序的質(zhì)量控制和檢

4、驗(yàn)，以保證整臺(tái)設(shè)備的制造質(zhì)量。3.1殼體的圓度和直線度殼體制造公差（直徑公差、圓度、直線度）和折流板的直徑公差決定了管束能否順利裝入和保證設(shè)備的使用性能，為此我們采取了如下的工藝和檢驗(yàn)措施，并加強(qiáng)制造過(guò)程中的質(zhì)量控制： 按GB1511999 GB151-1999 管殼式換熱器嚴(yán)格控制每節(jié)筒體的下料尺寸。在下料時(shí)，按周長(zhǎng)允許上偏差10mm的原則，確定下料、刨邊尺寸，保證每節(jié)筒體板對(duì)角線誤差不超過(guò)2mm； 所有的縱、環(huán)焊縫采用GTAW打底、SMAW中間層焊接，SAW蓋面的焊接工藝，采用此焊接工藝，既可以減少焊接變形、又可以提高工效；縱、環(huán)焊縫組對(duì)時(shí)，保證對(duì)口錯(cuò)邊量不大于0.5mm。 各筒節(jié)經(jīng)卷圓、

5、焊接、校圓、RT、組對(duì)、縱環(huán)焊縫磨平后，認(rèn)真仔細(xì)的測(cè)量殼體的形位尺寸，經(jīng)測(cè)量，l 殼體各截面的最大最小直徑差測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2，測(cè)量位置見(jiàn)圖2；l 殼體兩端面平行度測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3，測(cè)量位置見(jiàn)圖3；l 各段筒體的外周長(zhǎng)測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4，測(cè)量位置見(jiàn)圖4；l 各縱焊縫的棱角度為12mm，環(huán)焊縫的棱角度為22.5mm。l 通過(guò)沿圓周0°、90°、180°、270°四個(gè)方位測(cè)量，殼體直線度最大3mm，最小1mm。表2、各截面的最大最小直徑差單位：mm測(cè)量點(diǎn)C1B1B2B3B4I1I2C20°-180°1795179017941792179417981

6、798179545°-225°1799179717991799179918051803179790°-270°18011796180017971797180218011800135°-315°17951792179517911794179717981797最大最小直徑差67675755平均直徑1797.51794.817971794.817961800.518001797.3 表3：筒體兩端面平行度測(cè)量數(shù)據(jù)表測(cè)量位置尺寸(mm)J1J19052J2J29050J3J39050J4J49050表4：各段筒體外周長(zhǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)表截面Z1Z2Z

7、3Z4Z5Z6周長(zhǎng)573457355762576057355734壁厚121216161212當(dāng)量直徑1801.21801.51802.11801.51801.51801.2測(cè)量數(shù)據(jù)分析：l 從表2中可看出，各檢測(cè)面的最大最小直徑差均小于等于7mm，符合GB1511999中不大于7mm的規(guī)定。l 比較表2和表4的測(cè)量數(shù)據(jù)，因焊縫收縮，環(huán)縫處的平均直徑小于殼體按外周長(zhǎng)測(cè)量換算的當(dāng)量直徑，這與環(huán)縫處棱角度測(cè)量數(shù)據(jù)相吻合。其他截面的測(cè)量值均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。l 從表3中可以看出，殼體兩端面的平行度誤差僅為2mm，為管束裝入后，另一側(cè)管子的引出和管板定位后與殼程筒體的垂直度、兩管板的平行和同心度提供了保證

8、。l 從表4中可看出，各測(cè)量面外周長(zhǎng)換算的殼體當(dāng)量直徑在GB151-1999標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的范圍內(nèi)，且各當(dāng)量直徑最大最小偏差僅為0.9mm，說(shuō)明各筒節(jié)制造過(guò)程中的質(zhì)量得到了有效控制。3.2大開(kāi)孔的工藝要求：7 / 7為減少DN700大開(kāi)孔接管焊接時(shí)，造成殼體變形超差而影響管束的安裝，經(jīng)討論，采用了具有焊材填充量少、焊接變形小優(yōu)點(diǎn)的不對(duì)稱K形坡口焊接接頭，見(jiàn)圖5。焊前先在筒體內(nèi)側(cè)安裝撐圓工裝，防止筒體變形；焊接時(shí)，采用TIG方法，先焊接接頭內(nèi)側(cè)焊縫，并經(jīng)PT檢測(cè)合格，焊后將焊縫磨至與母材平齊，待管束裝入、管子與管板、管板與殼體等焊縫焊接結(jié)束后再焊接接管的外側(cè)焊縫。接管內(nèi)側(cè)焊縫焊接前后筒體開(kāi)孔處尺寸測(cè)

9、量結(jié)果見(jiàn)表5，測(cè)量位置見(jiàn)圖6。表5：大開(kāi)孔焊接前后尺寸測(cè)量表測(cè)量點(diǎn)焊接前焊接后G117951794G217961795D117951791D218001797對(duì)比焊接前后的測(cè)量數(shù)據(jù)，開(kāi)孔處的筒體直徑雖有減小，但不明顯，表明所采用的工藝方法和防變形措施是可行且有效的。3.3 管板和折流板的加工管板管孔采用數(shù)控鉆床鉆孔，嚴(yán)格控制管孔直徑、垂直度及管孔間距。為利于穿管，管板和折流板的鉆孔方向與穿管方向保持一致。按圖樣和151規(guī)定對(duì)每塊管板的管孔進(jìn)行檢驗(yàn)。3.4 折流板的加工0-1.2 按圖紙要求，折流板外徑為1790，結(jié)合表2中對(duì)各環(huán)縫的測(cè)量結(jié)果，因環(huán)縫處的內(nèi)徑均偏小，為既能保證管束能順利裝入，又符

10、合圖紙中對(duì)折流板外徑尺寸的要求，以保證換熱器的使用性能要求，決定將折流板外徑按1789.2尺寸加工，加工后經(jīng)逐件測(cè)量，折流板外徑尺寸在1789.21788.6之間，符合設(shè)計(jì)圖紙要求。 因折流板數(shù)量較多，在加工折流板管孔時(shí)，需將折流板分成4次疊鉆，按鉆孔方向逐塊做上順序號(hào)和正、反面的標(biāo)記。為防止穿管時(shí)損傷換熱管的外表面和利于穿管，每塊折流板正、反面的管孔均按0.5×45°要求倒角，清除毛刺；折流板外圓邊緣打磨成0.5×45°的倒角，以利于管束裝入并減輕折流板對(duì)殼體的磨擦損傷。3.5管束與殼體的組裝由于換熱管數(shù)量多，重量達(dá)35000Kg，如果將管束全部穿好后

11、裝入筒體，必將導(dǎo)致入筒困難，且在裝入過(guò)程中易損壞換熱管。因此在施工過(guò)程中，先將固定側(cè)管板、拉桿、定距管和折流板先行固定，以梅花形將部分換熱管先穿入，調(diào)整好折流板與管板的同心度，并保證整個(gè)管束有足夠的剛度，再將管束裝入殼體內(nèi)，之后再穿剩余的換熱管；因換熱管超長(zhǎng)，且是在盲穿狀態(tài)下穿管，因此穿管時(shí)，在換熱管入筒前端裝上導(dǎo)向，以便于穿管。3.6管子與管板的焊接管子與管板之間的焊接接頭采用鎢極氬弧焊。焊接時(shí)，采用分區(qū)梅花形焊接，以防止不銹鋼管板的焊接變形。在焊接過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)管板的溫度測(cè)量，當(dāng)管板溫度超過(guò)100，立即停止焊接，直至冷卻到室溫后，再繼續(xù)焊接。管頭第1道焊縫焊接后，以0.05MPa壓力的壓縮空

12、氣對(duì)管頭進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，無(wú)泄漏后，再焊接第2道焊縫，管頭焊縫表面進(jìn)行100%PT檢查。3.7管板與殼體連接焊縫的焊接管板與殼體之間的連接焊縫如圖7所示。由于管板和筒體均為S30408不銹鋼，線膨脹系數(shù)大，焊接后管板極易產(chǎn)生焊接變形，從而影響管板的密封性能，對(duì)此我們采用了如下焊接工藝：l 采用鎢極氬弧焊打底焊接兩道，以保證根部焊透； l 蓋面采用藥芯焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，相比焊條電弧焊，二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊具有熔敷效率高，焊接應(yīng)力和焊后變形小等優(yōu)點(diǎn) 劉云龍 CO2氣體保護(hù)焊技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社，且CO2氣體對(duì)焊縫金屬還具有冷卻作用。焊后經(jīng)測(cè)量，管板密封面平面度公差僅為0.5mm ANSI/API STANDARD 660-2007Shell-and-tube Heat Exchangers。3.8 管子與管板的帖脹管頭焊縫焊接結(jié)束后，經(jīng)外觀和PT檢查合格后，采用液袋進(jìn)行液壓脹接。脹接前，預(yù)先劃出區(qū)域，分片脹接，對(duì)每一個(gè)脹過(guò)的管頭，做好標(biāo)記，防止因管頭數(shù)量多而造成漏脹現(xiàn)象。3.9 壓力試驗(yàn)首先按圖樣壓力進(jìn)行殼