1000mw超超臨界高壓加熱管系設計

1000mw超超臨界高壓加熱管系設計

0臥式高壓加熱器1000w超級過載高壓多功能裝置是由日本東野高加技術設計和制造的1000w開放式高壓多功能裝置。該項目在總結(jié)和吸收技術的基礎上改進了一種新的結(jié)構(gòu)形式。技術要求高，制造難度高。為此我們制定了嚴密的工藝方案,嚴格控制了各個關鍵工序,攻克了制造過程中各制造難點,最終使產(chǎn)品的制造質(zhì)量全部達到了設計和相關技術條件要求。1超級別高壓加熱的結(jié)構(gòu)和性能1.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。1.2產(chǎn)品的技術特性產(chǎn)品的技術特性如表1所示。2產(chǎn)品主要部件的材料和規(guī)格3.93%1半球式水室密封頭材質(zhì)P355GH,規(guī)格:SR1000×140mm。22入口和出水口管理材質(zhì)20MnMoⅣ鍛件。31人類孔座材質(zhì)20MnMoⅣ級鍛件。41管理費用材質(zhì)20MnMnⅣ級鍛件,規(guī)格￠2160×H635mm。5熱轉(zhuǎn)換材質(zhì)SA556GrC2,規(guī)格￠15.88×2.2/￠15.88×2.4mm。61外殼套筒短筒身材質(zhì)P355GH,規(guī)格￠2126×38mm。長筒身材質(zhì)16MnR,規(guī)格￠2094×22mm。3水室管系設計特點1)逆流過熱段及內(nèi)置三段式傳熱結(jié)構(gòu)設計。2)管端凹型內(nèi)角焊接結(jié)構(gòu),具有優(yōu)良的流體力學性能。3)深碗型管板結(jié)構(gòu)增大了水室空間。4)管系采用先進的防振設計,結(jié)構(gòu)精巧且剛性良好。5)輕巧牢固的支座結(jié)構(gòu)使設備重量降低。6)管系包殼結(jié)構(gòu)緊湊,保證了隔板的裝配精度。4關鍵設備的制造工藝4.1管架的安裝及裝配工藝管系主要由管板、短筒身、包殼板、U型管、隔板、接管、滑板及支腿等件組成(見圖2)。本臺超臨界高加管系滑板外徑尺寸?2090±1mm、外殼內(nèi)徑尺寸為?2100mm,從數(shù)據(jù)中可看出管系與外殼單側(cè)間隙為4.5～5.5mm,要保證管系與外殼順利臥式套裝,必須從管系、外殼整體裝配尺寸等幾個方面加以控制,否則套裝難度大,對此以下介紹從管系零部件制作到管系整體裝配等所采取的工藝措施:1)管板。管板孔區(qū)有效厚度為530mm,管孔數(shù)量及孔徑5330-?16.08±0.05mm,兩孔中心節(jié)距為20.64mm,布孔為正三角形排列,管孔表面粗糙度不大于1.6μmm,為保證管系順利穿管,要求管孔的相鄰兩孔及任意兩孔中心間距允差在±0.3mm以內(nèi),還要保證管孔的垂直度不大于0.28mm,以最終滿足順利穿管和管系套裝的要求。工藝上采用三軸數(shù)控深孔鉆床鉆孔,管板在數(shù)控深孔鉆床上裝卡時要用表找正,以保證鉆孔的垂直度要求,同時確定合理的鉆孔切削參數(shù):轉(zhuǎn)速1600～1650r/min、進刀量70～80mm/min。鉆孔過程中要對孔徑進行100%檢查,防止孔徑超差,經(jīng)實際檢驗最終管孔合格率為99.2%。2)隔板。管系有大小不同的20塊隔板,為保證管系順利穿管,要求隔板管孔精度和垂直度同樣重要,為此隔板采用數(shù)控氣割下料,分別將過熱蒸汽段、疏水段、凝結(jié)段形狀相近隔板疊裝(厚度一般不超過80mm為宜)在一起,先用鉆模板進行定位鉆,并檢查布孔位置和數(shù)量,合格后再進行鉆擴孔,最后用專用檢驗工具檢查隔板孔徑合格后拆開隔板待裝配。3)管系包殼(過熱蒸汽段、疏水段)。包殼材料為16MnR,厚度δ=8mm,長度分別為L=1724/2113mm(包殼截面圖見圖3)。過熱蒸汽段包殼采用整塊鋼板壓制成型,疏水包殼在長度L=2113mm方向分兩段壓制成型,為保證包殼板的成型精度,同時也為保證高加管系的裝配精度,對兩種折邊角度進行測定,端部折邊角度為150°,底部折邊角度為120°,兩種角度均采用一次成型的方法進行壓制,為此制造了專用成形模具和整體壓制樣板,壓制前劃壓制成型線時要保證尺寸精度,壓制時保證模具壓制準確,樣板統(tǒng)一。4)管系組裝及穿管。管系的管架由三部分組成,即過熱段管架、疏水段管架、凝結(jié)段管架,三種管架分別獨立裝配成型,然后再裝成整體管架,再與管板、拉桿、包殼板等組裝成整個管系。為保證各管架的裝配精度,利用管架裝配工裝進行裝配,調(diào)整管架(水平度、垂直度)裝配精度,保證管架形位公差?？刂乒芟蹈鞲舭蹇讖酵亩?在管架裝配的同時,穿一些相同規(guī)格的換熱管進行定位,實踐證明,采用這種定位方法簡單有效,定位管穿入時一定要保證輕松自如,不能強行穿入,這樣才能使穿換熱管時不發(fā)生卡住和劃傷等現(xiàn)象。三種管架組成管系時,用準直儀測量整個管架,保證管架的水平度及垂直度均要達到±0.1mm,以便管系套裝順利進行。穿管時需水平抬起U形管,穿管過程中始終保持換熱管水平狀態(tài),防止換熱管變形,換熱管前端裝有引導頭,保證穿管順利進行。4.2確定筒體下料尺寸和分區(qū)外殼主要由長筒身、橢圓封頭、管接頭等件組成(見圖4)從圖中可以看出外殼較長,為保證管系與外殼順利臥式套裝,必須控制外殼整體裝配尺寸及精度,工藝從筒身等方面控制如下:控制筒身整體的同心度、直線度對整體裝配至關重要,為此單節(jié)筒體下料時嚴格控制尺寸及對角線誤差,考慮到焊接筒體縱縫時收縮變形,為防止筒身產(chǎn)生縮腰,筒體下料按正公差4～5mm考慮,對角線公差控制在0～1mm范圍內(nèi)。嚴格控制預彎半徑,保證預彎半徑不小于最小半徑,并與樣板相吻合,筒體校圓時保證筒體橢圓度不大于2mm,不允許內(nèi)壁有大于1mm的局部突變。筒身環(huán)縫焊接時利用準直望遠鏡對殼體直線度及垂直度進行校驗,通過以上措施筒身整體的直線度達到2mm以內(nèi),滿足圖紙及有關技術要求。4.3產(chǎn)品總成本產(chǎn)品的總裝工藝包括管系與外殼套裝及裝焊、換熱管管端密封焊、換熱管脹接、管系與水室封頭裝焊、整體熱處理、水壓試驗等關鍵工序。4.3.1管系組裝方法管系與殼體的套裝是這個裝配工藝中最關鍵工序之一,要安全順利準確的將10m多長管系套入外殼,不僅有技術上的難度,還要保證安全生產(chǎn),結(jié)合我公司實際情況,通過分析,我們采用臥式方法進行套裝。管系套裝前首先分別檢查管系整體外徑及外殼內(nèi)徑,保證管系與外殼裝配尺寸,管系套裝時保證管系與外殼四中心線對正,管系引入時保證緩慢引入,避免管系引入過程中變形;為防止管系起吊過程中變形。管系中用合成纖維吊帶(吊帶寬度200mm)、起吊圓弧板、起吊梁等輔助工具進行起吊,起吊過程及管系引入過程保持管系始終處于水平狀態(tài)(見圖5),最終使管系與外殼一次套入成功。4.3.2更換管道連接和腫脹1公司管式-管板的連接管子-管板接頭承受系統(tǒng)運行中各種因素變化所產(chǎn)生的交變應力,需確保換熱管管端的密封性,避免產(chǎn)生間隙腐蝕和振動疲勞破壞,我公司管子-管板的連接采用強度焊加液壓脹接形式。換熱管焊接采用法國POLYSOUDE的管端TIG自動焊機,進行兩遍填絲焊接,為避免產(chǎn)生氣孔、未溶合等缺陷,焊前用布砂輪將待焊區(qū)打磨呈金屬光澤,并用丙酮擦洗干凈,為保證焊縫內(nèi)在的質(zhì)量及密封要求,我們在第一遍和第二編添絲焊后分別對管端進行100%PT和壓縮空氣檢查,由于措施得當,所有焊口經(jīng)最終水壓試驗驗證一次全部合格。2液壓脹接選擇管子與管板采用液壓脹接,脹接長度為L=505mm(見圖6),脹管后按照檢驗規(guī)程要對所有脹管位置的尺寸進行100%檢查并做好記錄,防止有漏脹的管子。選擇液壓脹接是因為液壓脹具有施脹均勻、不會發(fā)生欠脹、脹接與非脹接過渡區(qū)呈流線型圓滑過渡等優(yōu)點。我公司液壓脹管設備為德國產(chǎn)HYTEX-3000型液壓脹管機,產(chǎn)前我們模擬產(chǎn)品進行脹接試驗,經(jīng)計算確定合適的脹接壓力,最終測量脹后管徑計算脹管率在0.35～0.5之間,并按高壓加熱器產(chǎn)品整體熱處理實際過程對脹接試樣進行模擬熱處理600～630℃、保溫3h,熱處理后進行拉脫力試驗,拉脫力在28.52～30.68KN之間,均滿足設計要求。5工程實踐運行證明1)在制造過程中嚴格控制了管系及外殼整