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板式换热器的制造点击：1939 日期：[ 2014-04-26 21:13:50 ] |
| 板式换热器的制造 窦双云，赵丽辉，秦学忠，金文凯 (天津津滨石化设备有限公司，天津300270) 摘要：通过与法国PACKINOX公司合作完成了板式换热器壳体的国产化制造。换热器板芯为法国PACKINOX公司制造，通过设计工装顺利完成了板芯的插装工作。板式换热器的设计选材、焊接工艺评定、板芯插装、试压等设计制造过程是换热器顺利完成的关键过程，通过对关键过程工序的控制，高效优质的完成了换热器的整体制造出厂。板式换热器的顺利制造为此类换热器的国产化改造积累了经验。 关键词：板式换热器；焊接工艺评定；板芯插装；试压 中图分类号：TG457文献标识码：B文章编号：1001－2303(2012)04－0058－07 0·前言 板式换热器是一种性能高效、结构紧凑的换热设备，与管壳式换热器相比具有使用周期长、换热效率高等特点，广泛应用于石油、化工等行业。某公司制造的联合进料热交换器是一台板式换热器，是装置中的关键长周期设备，结构装配和技术要求高、制造难度大，通过焊接工艺评定以及采取切实可行的制造工艺和措施，顺利完成了产品制造。 1·结构特点和主要技术参数 1．1结构特点 该联合进料热交换器是由外部壳体、内部板芯及连接部分、裙座等组成的立式换热器，装配要求高。外部壳体由球形封头、筒体、进料口、循环进口、喷淋口、物料出口、循环出口等部件组成，内部板芯为法国PACKINOX公司的专利产品，连接部分包括弯头、膨胀节，为法国PACKINOX公司供货，其外观示意如图1所示。 1．2技术参数 联合进料热交换器壳体部分根据法国PACKINOX公司提供的相应技术参数①，依据GB150－1998和《固定式压力容器安全技术监察规程》进行设计，依据GB150－1998和《固定式压力容器安全技术监察规程》确定为Ⅱ类容器。此台设备设计温度较高，其中高温部分为493℃，技术参数如表1所示。 2·设计和制造关键工序 2．1主体材料确定 原联合进料热交换器基本为整体进口或壳体板材进口国内制造，现经国产化改造依据GB150进行设计。因此，为了使选材做到恰当、准确，将选择的国内材料牌号的化学成分和力学性能与国外材料牌号进行了对比，如表2、表3所示。 由表2和表3可知，国产材料14Cr1MoR与国外材料SA387 Gr11 Cl2在化学成分和力学性能上基本相同，且国产材料14Cr1MoR的S、P含量要求远高于国外材料。在475℃以上的力学性能也优于国外材料。国产材料14Cr1MoR的设计温度为493℃。 根据上述比较，最终确定板式换热器壳体的主体材料选用14Cr1MoR。为确保质量，参考法国PACKINOX公司提供的材料技术条件①，对板式换热器壳体的主体材料提出比标准更为严格的要求，以达到设备设计工况下的使用要求。 2．1．1钢板交货状态 正火后加速冷却＋回火处理，回火温度大于等于710℃。 2．1．2钢板化学成分 按GB／T223进行分析，并符合如表4所示规定。 钢板的回火脆化敏感性系数应符合如下要求： J＝(Mn＋Si)×(P＋Sn)×104≤150，元素含量以百分数表示。 X＝(10P＋4Sn＋5Sb＋AS)／100≤15×10－6，元素含量以10－6表示。 元素Mn、Si的含量在满足性能要求和GB713标准的前提下，尽可能接近规定范围的下限。 2．1．3力学性能 (1)钢板应逐张进行力学性能试验，如表5所示。 试件从满足交货状态的钢板上制取，且试件需经模拟最大或最小焊后热处理后进行试验，钢板取样部位、数量符合表6的规定。 (2)壳体用钢板模拟焊后热处理的条件为： a．最大模拟焊后热处理PWHT(max)———热处理温度690℃±10℃，保温时间10 h； b．最小模拟焊后热处理PWHT(min)———热处理温度690℃±10℃，保温时间2．5 h； c．升温速度和降温速度小于等于100℃／h。 2．2焊接 确定材料的化学成分和性能要求后，为满足焊接接头对性能和成分的要求[1]，对焊接用材料提出了相应要求，并进行产品生产所需要的焊接工艺评定。 2．2．1封头拼板用焊接工艺评定 试板材料为舞阳钢铁有限公司生产的14Cr1MoR、δ＝26 mm板材，焊接材料为哈尔滨威尔焊接材料有限责任公司生产的焊丝H08CrMoG，焊剂SJ110；焊接完成试板经正火＋回火热处理后，试板分两部分进行模拟焊后热处理：最大模拟焊后热处理、最小模拟焊后热处理，然后分别评定，力学性能取样数量和试验结果满足表5、表6的相关要求，试验结果如表7所示。 2．2．2主体用埋弧自动焊焊接工艺评定 试板材料为舞阳钢铁有限公司生产的14Cr1MoR、 δ＝24 mm板材，焊接材料为哈尔滨威尔焊接材料有限责任公司生产的焊丝H08CrMoG、焊剂SJ110；焊接完成后试板分两部分进行模拟焊后热处理：最大模拟焊后热处理、最小模拟焊后热处理，然后分别评定，力学性能取样数量和试验结果满足表5、表6的相关要求。试验结果如表8所示。 2．2．3末环缝用手工焊焊接工艺评定 母材材料为舞阳钢铁有限公司生产的14Cr1MoR、δ＝16 mm板材，焊接材料为哈尔滨威尔焊接材料有限责任公司生产的焊条R307G；试板分两部分进行模拟焊后热处理：最大模拟热处理、最小模拟热处理，然后分别评定，力学性能取样数量和试验结果满足表5、表6的相关要求。试验结果如表9所示。 2．3板芯插装 板芯质量62 t。为了顺利地将板芯插入壳体内，并实现板芯在壳体内的微量调节，需设计专用工装，包括外部平台、内部平台和滑动平台三部分。具体布置如图2所示。首先按计算高度摆放并固定壳体；然后摆放外部平台和内部平台，要求两平台平直，并施焊连接在一起；最后将滑动平台放置在外部平台上，并将板芯放在滑动平台上，就完成了所有准备工作。检验板芯固定平稳后，可缓慢推动板芯和滑动平台，使滑动平台沿外部平台和内部平台进入壳体。在壳体内用千斤顶实现板芯的微量调节。 2．3．1外部平台 外部平台布置在壳体外部，与内部平台相连，应保证两平台上面平齐、中心线重合。外部平台的高度(960 mm)是根据壳体外径(φ3 076 mm)、壳体支撑高度(760 mm)和内部平台高度计算得到。 外部平台的作用：在壳体外部支撑滑动平台和板芯；调节板芯的位置(使板芯中心线与外部平台中心线在同一竖直平面内)；过渡滑道，使滑动平台平稳顺利的移动到内部平台上。 2．3．2内部平台 内部平台布置在壳体底部(180°)位置，作用是在壳体内部支撑滑动平台及板芯，使板芯能在壳体内部平稳顺利移动，两侧各用四块支板固定，避免在壳体内左右蹿动。最前端设有挡板，避免滑动平台滑出轨道。 2．3．3滑动平台 滑动平台位于外部平台和内部平台的上端，起支撑板芯并携带板芯移动的作用。在滑动平台上端放五根枕木用于支撑板芯；在下端焊接四个方盒，用于固定小车(小车带动滑动平台在外部平台和内部平台的轨道上移动)。 2．4试压 板式换热器试压分三步进行：(1)水压强度试验，试验压力1．54 MPa；(2)水压压差试验，试验压力0．344 MPa；(3)气压压差试验，试验压力0．02 MPa。要求整个试验过程中管、壳程压差不大于0．344 MPa，并且充水顺序为：壳体→板芯进料循环→板芯出料循环，同时设备内不能留有空气。考虑以上要求、放水情况和制造的实际情况，设计了试验工装，如图3所示。 试验程序和步骤如下： (1)除了E1口外，封闭所有接管。 (2)除了V1和V3，打开所有阀门。 (3)经接管E1对壳体和进／出料循环进行充水。水经由A1和A2间的连接管路进入出料循环。 (4)继续充水至水从E1中溢出。 (5)封闭E1口。 (6)连接阀V1上的泵。 (7)打开阀V1，用泵加压，阀V4、V5仍就打开，以保证排气。 (8)当水由通气口和阀门V4和V5处溢出后，关闭阀V4、V5和V1。 (9)对壳体内增压到压力P1。 ①最大增压速度0．1 MPa／min。每5 min递增的压力值为ΔP。 ②加压期间注意，压力表Ma4的读数总是小于Ma3的读数，但压差不应大于设计压差ΔP。 ③仅在加压末期，如果增压速度超过0．1MPa／min，应增加梯级来保持中等速度。 ④保持试验压力P1至所有目视检查结束，保压时间至少1 h。 (10)保持壳体、进料循环和出料循环的连通。打开阀V4，通过出料循环的开放使压力降到检查压力P2。最大减压速度0．1 MPa／min。每5 min递减的压力值为ΔP。 (11)当达到压力P2时，关闭阀V4。 ①试压时检查所有焊缝和连接处。检查时的压力不得低于P2。 ②试压期间的目视检查包括所有焊缝、接管连接处和所有受载荷处。 (12)保持壳体、进料循环和出料循环的连通。打开V4阀，通过开放出料循环，使压力降到大气压。最大减压速度0．1 MPa／min。每5 min递减的压力值为ΔP。 (13)关闭V2阀，打开V4阀，使出料循环是独立的并与大气相通，壳体、进料循环连通。 (14)打开V1阀通过对壳体内加压，使压力升到P3。 ①最大增压速度0．1 MPa／min。每5 min递增的压力值为P3／2。 ②压差试验时可使用不同于水压试验时的压力表。 (15)当压力达到P3后，关闭阀V1，保持试验压力P3至少30 min。 如果压力P3不能维持，通过泵对壳体／进料循环内加压。(16)保压时间达到后，缓慢打开壳体＋进料循环和出料循环间的连接阀V2，使壳体／进料循环内减压，使所有循环为大气压。 最大减压速度0．1 MPa／min。每5 min递减的压力值为P3／2。 (17)打开所有的阀门。拆除E1、S2、A1和U2的盲板。为完全排净，应倾斜换热器，热端在高处，冷端在低处。 ①换热器的排净必须从出料循环开始，然后是进料循环，最后是壳体内的排净。 ②板束的两个循环未排净前不允许进行其他操作。 ③如有必要可使用泵对壳体内进行排空。 (18)安装E1和U2的盲法兰。 (19)打开V1阀，给壳体／进料循环加压到＋20 Pa，每10～15 min增加5 Pa，直到稳定在＋20 Pa。 (20)关闭增压阀，20 min后记录U型管式压力计的数值。 ①U型管式压力计必须安装在壳体／进料循环上。 ②封闭壳体／进料循环，让出料循环与大气环境相通，保持常压。 ③气压压差完成后，缓慢降低压力至环境压力，每10～15 min降低5 MPa。 3·结论 通过对板壳式换热器壳体的设计，以及换热器整体的制造、组装、试压关键步骤的控制和工艺措施的实施，保证了产品质量和制造的顺利进行。为进一步完善板式换热器的制造提供了参考。 参考文献： [1]焊接手册·材料的焊接(第2版)．北京：中国机械工程师学会焊接学会，2003． |
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