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换热器制造检验中的几个问题点击：1979 日期：[ 2014-04-26 21:39:48 ] |
| 换热器制造检验中的几个问题 李金萍 (天津市化学公司职工大学,天津 300151) 摘要:对固定管板式换热器制造过程中容易发生的制造问题,影响换热器成品质量的环节及如何强化工艺技术控制进行探讨。 关键词:换热器;管板;压力试验 中图分类号:TQ051. 5 文献标识码:C 文章编号:1008-021X(2009)11-0058-03 在化工生产中,各种介质的热量交换频繁。加热能使化学反应达到最佳工艺条件,而化学反应产生的热量也需要其他介质吸收,化工反应吸热或放热都在换热容器中进行。电解生产,盐水经过处理后由盐水预热器蒸汽加热进入电解槽电解;烧碱生产,顺流和三效四体蒸发都是在蒸发汽箱由蒸汽加热成品液碱;氯乙烯生产过程中,干EDC经过E203炉子进料预热器、E213裂解炉进料预热器、E201EDC汽化器等加热后进入F201裂解炉,以最佳的温度裂解产生VCM。由此可见,换热器在化工生产中有着不可或缺的作用。 换热器如此重要,换热器的制造质量直接影响用户生产安全、稳定、长周期运行,因此必须加强对换热器的技术质量管理,确保换热器安装后不发生影响生产稳定的问题。 换热器的制造是制造厂按照设计图纸要求,根据国家相关的制造标准,选用正确的材料,卷制焊接壳体、管箱,加工管板、折流板等部件,组装管束完成换热管与管板的连接,无损检测、换热器组装,进行压力试验,成品出厂。中间检验就是发现换热器制造过程中主要部件的缺陷和不符合图纸及制造标准要求的、对以后工序施工质量有直接影响的问题。成品检验验收则是换热器管束组装完成按图纸和国家标准进行的最终检验。 1 管板、折流板的制造检验 1. 1 管板 管板如为拼接,拼接对接焊缝应作100%射线或超声波探伤,合格标准为JB 4730,射线不低于Ⅱ级,超声波不低于Ⅰ级。并且拼接后管板应作消除应力热处理(不锈钢除外)。复合管板,应按设计图纸和国家标准选用,复合板应在热处理后供货、且100%超声波检测,以保证两种材料复合良好,合格标准为JB 4730Ⅰ级。图纸标注复合层厚度应为管板加工后的厚度。 1. 2 管板孔 按图纸要求检查管板孔排列方式,孔中心距、管板孔直径及允许偏差。我公司外购换热器,换热管一般采用GB 9948《石油裂解用无缝钢管》。图纸设计为Ⅰ级管束。管板孔中心距,直径及允许偏差应符合设计图纸要求,并且不低于GB 151《管壳式换热器》标准中Ⅰ级管束(适用于碳钢、低合金钢和不锈钢换热管)管板管孔直径及允许偏差的规定。铜镍合金等材质换热管的换热器管板,我们认为应在设计时对管板孔直径和允许偏差,要比GB 151标准中Ⅰ级管束还要严格,以防止换热管与管板连接采用强度胀+密封焊结构时出现过胀现象。或者在设计时,按GB 151标准中铜和铜合金换热管的管板孔直径及允许偏差的规定,而不必标注为Ⅰ级管束。检查应抽查不小于60°管板中心角区域内的管孔,在这一区域内允许有4%的管孔上偏差比GB 151规定的数值大0. 15mm,但不应超过5处。 1. 3 管板孔桥宽度偏差 检查应抽查终(出)钻侧表面(背面)不小于60°管板中心角区域内的孔桥宽度。合格标准为设计图纸上标注的要求,且不得低于GB 151标准中钢制Ⅰ级管束孔桥宽度的规定。合格率应不小于96%,最小管板孔桥宽度应控制在4%以内,且不能超过5处。超过合格率,则应全管板检查。 管板孔应严格垂直于管板密封面,允差0. 05mm,并且管板孔表面不允许存在贯通的纵向或螺旋状条痕,管板孔表面粗糙度Ra值不大于12.5μm(换热管与管板胀接或强度胀+密封焊时),拉脱槽检查按图纸要求;管板密封面及其他几何尺寸,按图纸要求。 对于换热器来讲,管板的加工精度是换热管与管板连接组装管束的关键,管板孔孔心距尺寸偏差的大小直接影响焊管、胀管的施工质量。限制钻孔背面孔桥宽度偏差主要是考虑管板厚度对钻孔的影响,管板孔的垂直度、光洁度高可以防止装管时损伤换热管,保证胀接的质量。现国内生产厂家,在机械制造行业有使用数控钻床,根据管板孔排列方式和孔径、孔中心距,一次钻出24个管板孔或36个管板孔,加工精度相对较高,而在化工机械制造行业,很少见到使用数控钻床,管板孔的加工精度和质量还有很大的提升空间。 1. 4 折流板 折流板检查按设计图样要求,折流板管孔直径及允许偏差应符合图纸要求,并且不低于GB 151中Ⅰ级管束折流板和支持板管孔直径及允许偏差的规定;铜镍合金折流板除符合图纸要求外,也不能低于GB 151标准中铜和铜合金换热管的折流板和支持板管孔直径及允许偏差的规定,不能执行Ⅰ级管束折流板管孔直径及允许偏差规定。允许超差0.1mm的管孔数不得超过检查范围的4%,且不得超过5处。折流板外圆表面粗糙度Ra值不大于25μm,外圆面两侧尖角应倒钝。去除折流板上的任何毛刺,铜镍合金换热管的折流板管孔两端面还应倒角30°×1mm,防止划伤换热管。 对于管板和折流板,中间检验都易发现加工缺陷,主要有复合管板,复合层没有足够的加工余量,加工后复合层变薄,或为了保证复合层厚度而改变管板密封面的几何尺寸,造成安装困难;钻管板孔时,中途更换钻头,使管板孔径及允差超标,胀管时换热管过胀,影响换热器使用寿命;管板管孔、折流板管孔两端面不按图纸要求倒角、去毛刺,组装管束时划伤换热管,而管板上表面管孔没有倒角或达不到图纸倒角的要求,使强度焊变成密封焊,密封焊变成表面贴焊。这些缺陷的存在,都会使换热器的使用寿命缩短。 2 换热管与管板的连接及管束组装 (1)连接部位的换热管和管板孔表面应清理干净,不应有影响胀接或焊接质量的毛刺、铁屑、锈斑、油污、氧化皮等;碳钢、低合金钢换热管管端外表面应除锈;不锈钢、铜镍合金换热管管端应清除外表面附着物及氧化层。用于焊接时,管端清理长度应不小于管外径且不小于25mm,用于胀接时,管端应呈现金属光泽,其长度应不小于二倍的管板厚度;焊接时,焊渣及凸出换热管内壁的焊瘤均应清除掉,返修焊接缺陷,应先磨掉、清除缺陷,后焊补;胀接时,胀接长度不应伸出管板背面(壳程侧),胀接部分与非胀接部分应圆滑过渡,不应有急剧的棱角。 (2)管束组装时,拉杆上的螺母应拧紧,以免装换热管时,因折流板窜动而损坏换热管,穿管时不应强行敲打,换热管表面不应出现凹瘪或划伤;除换热管与管板可以焊接外,其他零件均不得与换热管焊接,以防止损伤换热管。 (3)换热管与管板的连接方式有:强度焊,强度胀,强度焊+贴胀和强度胀+密封焊。四种方式的差异主要反映在管孔是否开槽、管板孔焊接坡口及管子伸出长度等方面。焊接,强度焊与密封焊差别在于管子与管板的焊接时,管子伸出长度和管板孔坡口深度的和值,当值大于或等于2/3管壁厚时,称为强度焊,否则为密封焊;强度焊必须是填丝的氩弧焊,而不填丝的熔化焊最多只能作为密封焊。胀接,管子与管板的胀接有非均匀胀接(机械滚珠胀)和均匀胀接(液压胀接、液袋胀接、橡胶胀接、爆炸胀接);滚珠胀方法简便,但需要用油润滑,油的污染不能保证胀接后焊接的质量,而非均匀的碾轧使管径扩大会产生较大的应力,不利于应力腐蚀的场合。 换热器一般采用强度焊、强度胀、强度胀+密封焊的连接方式。盐水预热器管子与管板采用强度焊连接,影响使用周期的是电化学腐蚀管板,不应发生管子接口泄漏,我们认为最好的强度焊方法应该是填丝氩弧焊,至少焊二遍,以保证管子与管板孔连接焊缝不泄漏。蒸发汽箱管子与管板采用强度胀连接,如果采用均匀胀接(液袋胀)的方法,相信能够避免或减少应力腐蚀,延长蒸发汽箱的使用寿命。强度胀+密封焊的连接方式,在VCM换热器中广泛采用,尤其是铜镍合金材质换热管的换热器,必须采用强度胀+密封焊的方式。 对于换热管束胀、焊结合的连接方式,先焊后胀还是先胀后焊历来就有很大的争议。我们认为这两种方式各有优点,尤其是液压胀在国内化工机械制造厂普遍采用。但对于多数制造厂来讲,还是应采用先胀后焊的连接方式。先焊后胀,即先进行密封焊接,试压合格,再进行强度胀接、压力试验,这样虽然焊接质量较好但无法保证强度胀接的质量,有的厂家只是贴胀或不胀,换热器安装使用,由于介质的腐蚀作用,很快就发生泄漏,甚至试车时就发生泄漏。先进行强度胀接,试压合格后,清理换热管管端和管板表面,必要时用丙酮等清洗,然后再进行密封焊接,耐压试验,可以保证换热器管束连接的质量,安装后可长周期稳定运行。 3 换热器组装和成品验收 换热器组装按GB 151标准和设计图纸要求进行。成品检验验收的标准是我公司"外购换热类容器中间及成品验收标准"和设计图纸。成品检验验收主要是检查压力试验的情况,一般检查水压试验,在试验时检查管子与管板连接焊口,如发现焊口存在表面裂纹、砂眼、焊瘤、焊疤、焊接飞溅物等表面缺陷均应清除,表面裂纹、砂眼应磨掉缺陷后焊补;凸出于换热管内壁的焊瘤更应清除。然后按试压程序试压。不泄漏、不变形、无异常情况为合格。我们认为,如果在成品检验验收时发现胀接、焊接情况不很理想,就应该要求制造厂压力试验合格后做氦气检漏试验,以发现管子和管板连接的细微泄漏,氦气检验可以在充压静置4h后进行一次,再静置12h以上做一次,如无异常,可以认为合格。 总之,换热器的制造过程中,管板、折流板等部件制造加工精度和质量,换热管与管板连接的方式和步骤,是换热器成品质量的关键,有的制造厂家质检部门有否决权,中间工序检验严格,换热器制造质量相对有保证,但制造交工工期没有保障。少数厂家由于种种原因质检不很严格,甚至有的制造厂擅自更改设计图纸和制造工艺,换热器就容易在安装运行中出现问题。这就需要我们在换热器制造中间检验和成品检验验收中认真对待,以确保换热器的成品质量。 (本文文献格式:李金萍.换热器制造检验中的几个问题[J].山东化工, 2009, 38(11): 58-60. ) |
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