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螺纹锁紧环换热器制造技术

点击:1022 日期:[ 2014-04-26 21:39:49 ]
                             螺纹锁紧环换热器制造技术                                     包河山1     摘要:阐述螺纹锁紧环换热器制造过程中的技术问题及加工方法。     关键词:螺纹锁紧环;换热器;制造技术     中图分类号:TE965文献标识码:B文章编号:1673-3355(2009)06-0008-03     螺纹锁紧环换热器是炼油厂加氢精制、加氢脱硫和加氢裂化装置中广泛使用的一种换热器。与大法兰式高压换热器相比,具有密封性能可靠、拆装方便、换热面积利用率高、换热效率高、结构紧凑、设备直径大、占地面积小、金属耗量少、泄漏点少等许多优点。但是螺纹锁紧环换热器又有以下缺点:结构复杂、加工件多,各部件间配合精度以及制造装配技术要求高且批量生产难度大。因此,目前国内只有少数几家公司掌握螺纹锁紧环换热器制造技术。本文就高-低压型双壳程螺纹锁紧环式高压换热器、高-高压型螺纹锁紧环式高压换热器、高-低压型螺纹锁紧环式高压换热器的批量制造技术作以下探讨与阐述。     1·结构特点     螺纹锁紧环换热器主要由两大部分结构组成(见图1)。                    (1)螺纹锁紧环密封及承压结构      螺纹的密封及承压结构主要由管、壳程筒体大节距螺纹(即螺纹承压环)、螺纹锁紧环、管板、密封垫片、内外圈压紧螺栓等部件组成。虽然螺纹锁紧环解决了大法兰结构笨重、法兰密封困难两大问题,但是内外圈螺栓的反力和内压载荷全部都由螺纹承压环上粗大的梯形螺纹与螺纹锁紧环上的内螺纹咬合后承担(见图2)。因此整个换热器承压结构与密封结构装配精度要求较高,制造难度大。                    (2)U型管束系统     U型管束系统主要由管板、管束支持板等部件组成。管板与换热管束的连接型式为强度焊与贴胀。因此U型管束的制造技术也至关重要。     2·密封及承压部件的制造     2.1螺纹加工及精度控制     螺纹装配精度与公差应满足以下要求:     (1)便于拆卸,即人工用简单的工具就可以转动螺纹锁紧环;     (2)保证密封并能承受换热器各种工况下的内压载荷与密封性,不会发生泄漏或者螺纹脱开等事故,保证设备安全运行。     基于以上两点要求,在制造过程中螺纹承压锁紧环和管、壳程筒体大节距螺纹必须满足以下制造要求:     ①粗糙度要求     螺纹承压锁紧环和管、壳筒体大节距螺纹必须具有合适的粗糙度。要求既能保证螺纹的使用要求,又要容易加工,保证精度。     ②尺寸精度     螺纹承压锁紧环和管、壳程筒体大节距螺纹在机加过程中必须保证尺寸精度满足设计要求,从而保证有合适的装配间隙。因此必须准确控制螺纹承压锁紧环和壳体管箱的螺纹公差,以保证既不会影响螺纹的拆卸、也不会影响承载力大小。     ③消除热处理影响     螺纹承压锁紧环和管、壳程筒体大节距螺纹的加工必须合理安排加工顺序,以消除热处理对螺纹强度的影响。因此,应在热处理前完成螺纹的粗加工工序,在热处理完成后再进行螺纹的精加工。     2.2内壁堆焊层     应针对螺纹锁紧环换热器操作环境的特殊性,在筒体内壁堆焊合适的不锈钢焊层,选用正确的堆焊方法。要求堆焊方法能够保证生产效率高、堆焊层内部质量均匀、表面平整光滑,而且要求堆焊金属与基体母材之间在结合面处不应产生焊接缺陷和发生质量问题。     从堆焊方法原理上讲,堆焊可以分为埋弧自动堆焊和电渣堆焊两种。电渣堆焊具有焊接熔深浅、稀释率低、堆焊层表面更加平整光滑等优点。但由于其焊接熔深浅,热输入量大,在实际焊接时,堆焊层产生氢剥离的机率也较大。因此,为确保堆焊层质量和容器运行中堆焊层不出现剥离现象,只能在表层堆焊时采用电渣堆焊方法,以保证堆焊层表面平整光滑和最小有效厚度。     2.3热处理方法     由于螺纹锁紧环式换热器操作环境苛刻,压力高、筒体壁厚较厚以及材料冷裂纹倾向大。所以管、壳程筒体锻件在与介质进出口接管组焊后、在换热管束与筒体装配前必须进行整体热处理。     由于结构原因,对换热管和管板的焊接接头需进行局部热处理,以提高焊接接头的焊接性能,防止焊接裂纹的出现。     对于高-高型螺纹锁紧环式高压换热器的管箱与壳程筒体也应该采取局部热处理的办法,并且对管箱螺纹部分应做好防护,以保证管箱螺纹的精度不受热处理的影响。     2.4密封面加工     由于管、壳程的密封是靠内、外圈把合螺栓的压紧力实现的。这种结构不仅要求密封面平面度较高,同时要求密封面与设备轴线具有较高的垂直度。为此所有密封面均应安排在焊后进行。     3·管束系统的制造     3.1厚管板管孔加工由于螺纹锁紧环换热器设计压力高,对于高-高型换热器管板即使采用压差法进行设计,管板依然很厚。     厚管板的换热管孔加工主要存在以下问题:     (1)加工效率低、速度慢;     (2)管孔一次加工精度不高,容易出废品。因此,应注意采取以下方法:     ①在管孔加工过程中采用专用数控机床,其优点在于只需对中一次,每次进行多孔加工,并按程序自动换位加工下一组孔,即节省工时、又能提高精度;     ②采用粗、精加工分开,中间加人工时效的方法来控制粗加工后的变形,保证管板孔的加工精度和粗糙度要求。     3.2换热管胀接技术     目前管板与换热管的胀接主要有两种方法:柔性胀接与机械胀接。由于柔性胀接劳动强度低、生产效率高、胀接质量均匀可靠、胀管介质对接头无污染、胀后管子残余应力低、对换热管的尺寸精度要求低以及可对任意管板厚度的换热器进行全程胀接。因此柔性胀接越来越多的应用在管板的胀接生产中。     液袋式胀接技术是柔性胀接中最常用的方法,主要具备以下特点:     (1)可对各种规格和各种材料的换热管进行可靠的全程胀接。特别适用于对厚管板换热器和大口径管的胀接;     (2)利用液袋封闭胀管介质,可防止胀接过程中胀管介质对接头的污染,有利于避免焊接缺陷;     (3)液袋式液压胀接胀头的外径尺寸可以在工作现场根据管子的孔径通过磨削加工进行调整,因此适用于国产管内径尺寸偏差较大的实际供货现状;     (4)胀接加工过程极其简单。管子与管板进行组装完毕后,将胀头插入管孔中,按下胀接按钮,胀管机即可自动根据设定的胀接压力完成胀接的加压和卸压操作过程;     (5)液压胀接质量均匀可靠、胀后管子残余应力低、可有效的消除间隙腐蚀,因此用该方法装配的换热器比用机械胀接所装配的换热器具有较长的使用寿命。     4·焊接变形和应力控制     为了承受高内压载荷,螺纹锁紧环换热器密封结构和承压结构的管壁厚、刚度大,在焊接过程中会产生不均匀温度场,从而导致焊件不均匀的膨胀和收缩,使焊件内部产生焊接应力并容易引起焊接变形。     4.1焊接变形的控制     (1)焊接变形的影响因素     ①焊缝面积的大小的影响焊接面积越大,冷却时收缩引起的塑性变形量越大,因此,在板厚相同时,坡口尺寸越大,收缩变形越大;     ②焊接热输入的影响焊接热输入越大,加热的高温区范围就越大大,使焊接接头塑性变形区也增大;     ③焊接层数的影响多层焊接时,每层焊缝的热输入比一次完成的单层焊时的热输入小得多,加热范围窄,冷却快,产生的收缩变形就越小,而且前层焊缝都对后续焊层焊缝形成约束,阻碍后续焊层的进一步收缩。因此,多层焊时的收缩变形比单层焊时小得多,而且焊层越多,变形越小。     (2)控制变形的措施     ①尽量采用窄间隙坡口。在得到完整、无超标缺陷焊缝的前提下,应尽可能采用较小的坡口尺寸;     ②优先采用热输入较小的焊接方法;     ③厚板焊接应尽可能采用多层焊代替单层焊;     ④双面均可焊接操作时,要采用双面对称坡口,并在多层焊时采用与构件中轴对称的焊接顺序;     ⑤T形接头板厚较大时采用开坡口角对接焊缝;     ⑥采用构件预留长度法补偿焊缝纵向收缩变形;     ⑦采取合理的焊接顺序;     ⑧设计上要尽量减少焊缝的数量和尺寸,合理布置焊缝。     4.2焊接应力的控制措施     (1)减小焊缝尺寸;     (2)减小焊接拘束度;     (3)采取合理的焊接顺序;     (4)降低焊件刚度;创造自由收缩的条件;     (5)焊后消除应力热处理。     5·结语     综上所述,在施工过程中,一定要针对换热器的结构特点,采用合理的焊接方法和控制措施,减少和消除焊后残余应力和残余变形。同时为保证螺纹锁紧式换热器能够顺利安装和使用,对关键零件的加工质量和加工顺序一定要严格控制,并有必要采取专门的工艺和设备以提高生产效率,适应批量生产的需要。
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