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      哈雷釬焊板式換熱器
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      管殼式換熱器制造工藝對總體質量的影響

      點擊:1678 日期:[ 2014-04-26 22:32:01 ]
                   袁翠竹(大連長風機械制造有限公司,遼寧大連 116045)   管殼式換熱器是應用最廣泛的熱交換裝置,與其他類型換熱器相比,其承壓能力高、結構緊固、用材廣泛、維修裝拆方便,在化工、動力、食品、輕工、能源等各種工程領域中普遍使用。管殼式換熱器最常用的有固定管板式,浮頭式,填料函式和U型管式等類型。近年來,隨著石油化工設備的深入研究,管殼式換熱器不僅向著大型化的方向發展(直徑已超過了4650mm,換熱面積已超過了5000~8000m2),而且在設計結構上也有了許多新的突破,如在高溫高壓下用撓性薄管板代替了傳統的厚管板等。這就為換熱器的制造提出了更高的要求。與此同時,也對制造技術和操作運行技術提出了新的問題。目前,由于制造質量和操作運行不當所引發的各種安全事故和影響化工產品質量的問題時有發生,因此提高制造水平,嚴格制造工藝,就成為換熱器可靠運行的先決條件和關鍵環節。本文以浮頭換熱器為例,著重從制造工藝角度探討制造中的幾個問題對設備質量的影響。 1 殼體加工質量對總體質量的影響     殼體的不圓度和不直度,筒體內徑過大引起的縫隙不勻,會引起殼體介質的短路而影響殼程的換熱系數和換熱器的總傳熱系數,并且直接影響管束的裝入和抽出的順利程度。 1.1 圓筒縱、環焊縫的對口錯邊量(b)和棱角(E)     錯邊量和棱角的大小,對一般容器的影響主要是應力分布的均勻性,產生一次局部薄膜應力和彎曲應力。國內外壓力容器的標準見表1。       由于厚薄不同的鋼板對接所引起的焊縫中心線偏移或由于成型時尺寸公差所引起的對接焊縫錯邊(見圖1),在內壓或外壓作用下,將在容器壁上構成附加彎曲應力而使容器總應力增加,且不再沿壁厚基本上均勻分布,而造成明顯的應力梯度,這時承受靜載荷和交變載荷都是不利的。 1.2 焊縫余高(e或e1)和焊縫咬邊     焊縫余高對最后一層焊道具有保溫       焊縫咬邊不僅削弱焊縫承載面積(見圖2),更重要的是引起應力集中。如果材料延塑性不足而缺乏對局部高應力的再分布能力,則可能以此咬邊為起點向其他部分開裂。當材料強度級別較高、材料厚度較大、載荷帶有交變性質、周圍腐蝕環境或低溫下使用的容器,對咬邊更應嚴格的控制。JB/TQ423-90在評價換熱器質量等級時,較GB150逐級有所提高,焊縫咬邊的比較見表3。   1.3 殼體的圓度和直線度     殼體公差(直徑公差,圓度和直線度)和折流板的直徑與公差決定了兩者之間徑向間隙的大小,直接影響流體短路的程度。此間隙為4~8mm左右時,旁路流體可達10%左右,傳熱性能會明顯下降。據日本有關資料介紹按JP17S-33制造的換熱器,其最大間隙值時的殼程換熱系數和總傳熱系數與標準值比較,分別下降18%~8%和13%~4%。標準比較見表4。   2.2 管束制造工藝對質量的影響 2.2.1 折流板(支持板)管孔直徑及公差     折流板管孔直徑及公差決定了與換熱管之間的間隙,當該間隙為0.4和0.8時旁路的流體可達15%~30%,間隙過大,不僅降低了換熱器的傳熱性能,而且因換熱管支撐削弱而對管束防震不利,間隙過小又給換熱管穿管和換管造成困難,當該間隙由1mm增加到1.4mm時,殼程給熱系數和換熱器的總傳熱系數分別降低3%~7%和2%~6%,間隙值下降到0.6mm時,給熱系數和總傳熱系數分別增大4%~11%和3%~9%。 2.2.2 管板孔直徑及公差     管板孔直徑及公差的大小決定了與換熱管之間的間隙,該間隙過大,將增加脹接管端的冷作硬化程度,易產生應力腐蝕。由于脹緊度過大也易使換熱管脹不牢,甚至脹裂,同時也不利于換熱管與管板的對中和焊接。間隙過小易導致脹管困難。在特殊情況下,例如,為減輕奧氏體不銹鋼管的應力腐蝕傾向,必須采取緊配合(使間隙值更小的特殊配合)。 2.2.3 換熱管與管板的連接工藝     換熱管與管板連接接頭的泄漏問題比較普遍,據統計約占換熱器總泄漏數的84.1%,接頭泄漏點的99.3%,其中脹緊度控制不當是主要原因之一。 ⑴脹接工藝     管子脹接連接的機械強度主要與管孔結構和脹管率大小有關,管孔結構有以下3種形式:光孔—不開槽; 1槽孔—用于管板厚度≤25mm; 2槽孔—用于管板厚度>25mm。 (Ⅰ)脹緊度的選取  不同的管徑有不同的脹緊度要求,欠脹不能保證連接密度的可靠性和必須的拉脫力,過脹又因管板的塑性變形或管子的嚴重減薄帶來連接的松弛,甚至有時造成管子脹裂。脹接度的大小一般是以管子減薄率來表示的。ε=[di′-(di+c)]/2t×100式中:ε為管子壁厚減薄率(%);di′為脹后管內徑(mm);di為脹前管內徑(mm);t為管子壁厚(mm);c為脹前管孔與管子之間的間隙(mm)。脹緊度的選取,對于中低壓設備取ε=1.3%~1.9%,高壓設備可選取ε=2%~2.3%,如管子直徑較大或管子剛度較好,材料較硬,脹緊度可適當提高一點。 (Ⅱ)脹接順序脹接前,應先檢查管孔與管端的結合表面是否有油漬和異物存在,管端硬度是否低于管板的硬度(硬度差約為HB26左右),脹接的環境溫度不低于-10℃,脹接合金鋼管時還應提高環境溫度。管子脹在管板上后,由于管子的伸長,在管子連接處會產生附加應力,如脹接順序不合理,將會導致接頭上過大的附加應力和管板過大的變形,從而降低脹接接頭的質量,在脹第二塊管板時,一般認為合理的順序是從管板最外層管子開始,逐步脹到中心,否則中心部位管子拉應力增加很多,甚至破壞。脹接潤滑劑,目前大多采用煤油和機油,美國金屬學會規定,脹接時可以使用不含硫的礦物或豬油,含硫的潤滑油有脆化作用(特別是對于鎳管),也不能使用含鉛的油,因為鉛難于清洗干凈。⑵焊接工藝焊接不僅密封可靠,而且不存在脹接的高溫目前多采用先焊后脹。如采用先脹后焊,則在焊接收弧時由于空氣排不出去會引起氣孔,夾渣等缺陷,影響管子接頭的質量。 2.3 主要部件的熱處理工藝     目前浮頭式換熱器,由于浮頭、管箱、外頭蓋焊后存在較高的殘余應力,其殘余應力分布見圖3,通過合理的熱處理工藝,可以最大限度地降低殘余應力,為設備正常運行創造條件。        在編制熱處理工藝時,還應參照有關標準把握主要參數,如入爐溫度、出爐溫度、升降溫速度、被加熱條件、保溫期間各單位溫差等。只有這樣才能切實降低和消除焊接殘余應力。 3 結  論    通過對上述部分工藝的分析和換熱器制造的實際操作發現,要保證換熱器制造的總體質量,首先要控制好單個環節的施工質量,嚴格質量監督和檢查,才能使整臺設備達到質量合格。
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