合成塔内部换热器的制造

　　大庆石油化工机械制造公司张雪峰大庆高新技术开发区侯青山大庆石化研究院何国栋

　　1前言某公司化肥厂合成氨装置是20世纪70年代从美国凯洛格公司引进的,其中合成塔内部换热器是合成氨装置中最关键的设备。1999年8月合成氨大检修发现合成塔内部换热器高温侧换热管有明显纵向裂纹,且管板鼓起,割开两端封头,对壳程进行水压试验,发现换热管与管板接头泄漏严重,对合成氨的产量影响很大。　　

　　2设备技术特性及结构简介2 1技术特性合成塔内部换热器主要技术特性见表1。

　　2 2结构特点合成塔内部换热器为高精度不锈钢换热器,其结构特点:(1)外形尺寸为864×10100×6;(2)换热管为12.7×1.245,长度7055～7057mm,共1882根。换热管材质为SA213-TP321;(3)上管板厚度108mm,下管板厚度为82mm,材质为1Cr18Ni9TiⅣ级锻件;(4)换热管与管板采用强度焊加贴胀连接;(5)合成塔内部换热器壳体上部与管板有一段152mm的敞开环带,是合成气出口;壳体下部均布8个108×152长方形开孔,是合成气的入口,见图1。

　　3制造难点及质量控制项目3 1制造难点内部换热器装在合成塔内部,同时它的A、B、C三个平面分别与合成塔配合连接,其尺寸偏差及形位偏差要求特别严格。附加技术要求中规定,整个筒体直线度偏差≤1mm,筒体圆度及圆柱度偏差≤0 5mm,A、B、C三个平面必须相互平行,且与设备轴线垂直,三平面同轴度偏差≤1 58mm;管板及折流板加工精度高,换热管与管板及折流板的管孔之间间隙较小,最小间隙为0 05mm,穿管非常困难;换热管规格特殊,焊接及胀接无成型经验;设备壳程敞口部位多,壳程水压试验及氨渗漏试验困难。

　　3 2控制项目(1)控制换热管进货质量及管板加工质量制定严格的订货条件,对成品换热管外观尺寸进行检查,且对其力学性能进行复验,穿管前对换热管外观尺寸进行检查,将外径超出尺寸偏差允许值的换热管淘汰。管板上的管孔尺寸为12.9±0.05mm,加工难度非常大。由于换热管与管板最小间隙仅为0.05mm,因此管板加工前需采用等厚度同材质锻件试板先后钻试验管孔93个,通过反复试验,对刀具进行改进,从中找出最佳加工工艺参数。管板孔加工后用过规和止规逐孔检查,管孔尺寸均在12.85～12.90mm之间。(2)控制换热管与管板连接质量合成塔内部换热器换热管与管板采用强度焊加贴胀连接形式。由于换热管外径尺寸小,壁厚薄,为确保换热管与管板连接质量,模拟制造一个微型固定管板式换热器,试验装置组装后,分别进行强度焊、不同顺序的强度焊加贴胀、不同胀度的胀接试验。然后对管接头进行水压试验、着色检查、剖析检查、拉脱力试验等项目检查,从中确定出合适的焊接工艺、焊接与贴胀的顺序、贴胀胀度。通过试验得出:换热管与管板采用手工钨极氩弧焊,焊材选用H0Cr20Ni10Ti,焊接电流90～100A,焊接电压11～14V,焊速为4～8cm/min,执行此焊接工艺时焊接质量较好;先胀后焊时焊肉内有气孔,先焊后胀效果更为理想;胀度为1.1%～1.2%,即贴胀量为0.05～0.15mm时,贴胀效果较好,此时拉脱力均大于1MPa,符合《压力容器安全技术监察规程》的规定。(3)控制换热管尺寸偏差及形位偏差制造过程中从封头等单个部件到各组装工序制造精度要求严格。封头分别与管板及引伸管对接焊接,它的形状偏差对保证换热器的尺寸偏差及形状偏差极为关键。封头作为热压成形件,其顶部开孔与底部直边开孔同轴度偏差很难保证图样规定的不大于0.4mm要求值。封头厂压制封头时,尽管特制了高精度的胎具,封头热处理后尺寸还是超差,在车床上找正检查,一件封头上下开孔偏心4mm,另一件偏心达12mm,对封头进行矫正处理,最后偏心量达到1mm,剩余超标偏心量靠焊缝组对时允许的对口错边量找回。(4)控制水压试验质量合成塔内部换热器壳体敞口较多,要想检查换热管接头连接质量,需将壳体开口封堵,设计制造试压壳体,对壳体开孔进行局部封堵。试压壳体与合成塔内部换热器无一处焊接连接,保证了合成塔内部换热器壳体表面质量不受损。经壳程水压试验检查,接头处无渗漏,保证了换热器的管接头质量。