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内孔焊接在进出料换热器中的应用情况点击：1810 日期：[ 2014-04-26 22:00:53 ] |
| 内孔焊接在进出料换热器中的应用情况 刘斌 国德文 邢芳 薛宪彬 杨鹏举 (大庆石油化工机械厂,黑龙江大庆163711) 摘要:内孔焊接是为改善端面焊接的缺点而采取的较先进的工艺方案,是一个全焊透的接头,没有 缝隙,没有应力集中点,抗应力腐蚀和抗疲劳强度高,缺点是对管板加工,装配以及焊接设备及技术要求 较高,返修困难,成本较高。用内孔焊结构代替传统的管对管板角焊缝结构是提高换热管与管板连接焊 缝抗应力腐蚀能力和间隙腐蚀能力的根本途径。本文以苯乙烯装置进出料换热器中的内孔焊结构为例, 详细介绍了内孔焊的实施,通过大量工艺试验最终在正式产品焊接中获得了令人满意的结果。 关键词:内孔焊结构;工艺难点;焊接工艺试验 中图分类号:TG 456.7 文献标志码:A 换热器在石油化工领域应用十分广泛,而换热管与管板焊接质量的好坏直接影响了整台换热器的质量和使用寿命。就换热管与管板的焊接连接形式而言,可分为端面焊接和内孔焊接两种方式,端面焊接具有焊接方便,易外观检查和修补等优点。其缺点是换热管与管板之间存在间隙,容易产生腐蚀,而且由于自身的局限性,使得焊接质量难以保证,特别 是无法进行直观判定其优劣。 内孔焊接是为改善端面焊接的缺点而采取的较先进的工艺方案,他是1个全焊透的接头,没有缝隙,没有应力集中点,抗应力腐蚀和抗疲劳强度高缺点是对管板加工,装配以及焊接设备及技术要求较高,返修困难,成本较高。 1 问题的提出 在苯乙烯装置中,三联换热器中的进出料换热 器(TT-2202)是该工艺流程中的核心设备。该换热 器为立式结构,总高度9 321 mm,总重29 540 kg,材质为304H,规格 为DN2000×16 mm;换 热管材质为TP304H, 规格为31. 75 mm× 2.11 mm,数量1 932根。换热管与上管板连接形式为内孔焊接。换热管与管板连接形式见图1。内孔焊检测要求如下: 1) 100%RT检测,符合Ⅱ级合格要求; 2)内窥镜内表面宏观检测; 3) 0.5 MPa气密检测; 4) 0.98 MPa水压试验。 2 内孔焊的实施 “内孔焊”的焊接是一项自动化程度较高的技术,焊接影响因素比较多。每个焊接接头的焊接过程是自动进行的。焊接电弧是在很深的管板孔内燃烧,与常规焊接相比,操作者无法直接观察焊接的全过程,焊接结果完全取决于预先调试确定的焊接工艺参数和焊工的操作技能水平。 这种结构制造工艺条件苛刻,焊缝返修极为困难。为了确保1932根换热管焊接一 次成功,我们进行了大量的工艺试验,对焊前组装顺序、清理方式、焊接工艺参数进行了反复调整,并在满足设计图样的前提下对其接头形式、接头尺寸进行了更为严格的规定。通过前期工艺试验最终对管板结构尺寸进行了微调,调整后管板结构形式见图2。 2.1 内孔焊焊接工艺评定 按照外方提出的工艺试验要求,我们进行了工 艺评定。 1)试件要求 a·管板试件材质应与实际设备使用管板一致 (F304HⅣ,δ=100 mm)。 b·换热管数量为12根(31.75 mm×2.11 mm),布管形式如图3所示。 2)工艺评定要求 a·焊接采用内孔 焊专用焊机———钨极 自动气体保护焊,不 填丝。 b·焊接位置为2G (即换热管轴线应垂直 放置,焊缝轴线处于水平面内)。 c·焊接工艺评定的12根管子,6根(图3中编 号为1#~6#)做环境温度下的拉伸试验,拉伸强度不得小于母材要求;其余6根做焊缝内外表面宏观检查,然后剖开焊缝做焊缝断面的缺陷和焊缝厚度检验。 3)焊前准备 a·换热管与管板组对端必须采用机械加工的 方法加工平齐; b·所有换热管与管板组对的管端(内外壁) 50mm范围内用丙酮或酒精擦去油污,清理干净; c·管板孔、管板凸台、管板衬垫内外侧用丙酮 或酒精清洗干净; 4)焊接参数确定 通过前期大量的焊接工艺试验,最后确定合理 的焊接工艺参数(表1)。 5)焊缝检验 a·射线检测 按JB/T4730.2标准对焊接接头进行射线检 测,12根焊接接头满足Ⅰ级合格标准。 b·拉伸强度检测 经过对试件的拉伸试验,断口处均发生母材处, 且抗拉强度都大于母材(换热管抗拉强度为σb≥515 MPa),拉伸强度检测结果见表2。 c·焊缝表面及厚度检测 经过对其余6根换热管进行焊缝内外表面宏观检测及厚度检测,结果表明内外部焊缝无任何影响质量的缺陷存在,表面检测合格,焊缝测厚结果见表3。 2.2 正式产品焊接 按照上述焊接工艺参数我们进行了实际产品的焊接,1932根换热管焊接一次合格,合格率达到 100%,其中I级口合格率达到99.84%。 焊接完成后,理化检测人员采用直角探头内窥镜(OLYM- PUS IF6C5X1- 30)对内部焊缝进行了宏观检测,结果表明内部焊缝无任何影响质量的缺陷存在, 表面检测合格。 焊接接头的气密试验是在宏观检测合格后进行的,由于结构的特殊性,只能焊完一根就进行气密试 验,我们通过保压和刷肥皂水进行焊缝的致密性检 验。按照设计要求气密试验压力为0.5 MPa,我们 采用压缩空气作为气密介质,并设计了专用工装,经过气密检测无一渗漏,合格率达100%。 3 内孔焊接过程需注意几点问题 1)由于内孔焊自身结构的局限性,焊接过程不允许出现任何异常,任何缺陷都将会造成无法返修; 2)由于内孔焊属于自熔焊接不填丝,整个焊接过程没有焊丝的搅动,任何油污及杂质的存在都将造成气孔的产生,而且无法对气孔缺陷进行返修,所 以对母材清理要求格外严格; 3)对操作人员应严格要求,整个焊接过程必须按制定的工艺执行,不允许有一丝懈怠; 4)焊接设备应有专人管理,建议每一次正式产品焊接前,先进行试件的焊接,确认无异常后方可进行正式产品焊接。 4 结语 1)按照图样要求对换热器壳程进行了0.98 MPa水压试验,试验结果无任何渗漏及异常。 2)内孔焊接是一项全新的换热管与管板连接 技术,这种结构解决了常规换热管与管板连接接头 的间隙腐蚀、应力腐蚀等缺陷,从而延长了换热器使 用寿命,给用户带来了很大的经济效益。 [参考文献] [1]中国机械工程学会焊接学会,焊接手册.第1卷.北京: 机械工业出版社,157-159. [2]中国机械工程学会焊接学会,焊接手册.第2卷.北京: 机械工业出版社,391-397. [3]洪学立.管子管板内孔焊的实际应用[J].压力容器.第 22卷. [4]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社, 2002.10-164,10-2691. |
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