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隔膜密封式高压换热器试制技术总结点击：2305 日期：[ 2014-04-26 22:05:58 ] |
| 隔膜密封式高压换热器试制技术总结 王 辉 （中国石油化工股份有限公司荆门分公司供应处，湖北荆门 448039） ［摘要］为适应炼油行业的快速发展，先进的炼油工艺在生产中不断得到应用，试制成功了加氢工艺使用的隔膜密封式高压换热器，分析其结构组成及特点，如何保证设备管程和壳程的密封性是其制造的关键。 ［关键词］ 隔膜密封式高压换热器；试制；加氢工艺 1 前言 随着炼油行业的发展，先进的炼油工艺在生产中不断得到应用，环 保法规日趋严格也要求炼油厂生产的油品更加清洁，加氢工艺是提高油 品质量的重要手段。在加氢装置中，高温、高压换热器的数量在逐步增 多，这要求高压换热器在保证高效换热和操作安全可靠的前提下，尽量 节省单台设备的投资、降低制造及加工难度、缩短制造周期等。 当今，在国内加氢装置中使用的高温、高压换热器主要有螺纹锁紧 环式换热器和Ω环密封环式换热器两种，但国外的加氢装置中已经使 用了一种新型的高压加氢换热器———隔膜密封式高压换热器。这种高压 换热器与螺纹锁紧环式高压换热器和Ω环密封式高压换热器相比具有 较多优点。它以往是依靠进口，为了使这种新型高压换热器能够尽快国 产化，并减少资金外流。2006年由中石化物装部重大办立项、SEI中 国石化工程建设公司开发并设计了首台隔膜密封式高压换热器。 2 隔膜密封式高压换热器的结构组成及特点 2.1 隔膜密封式高压换热器的结构组成 该隔膜密封式高压换热器的设计条件及规格参数如表1。设备公称 直径为Φ1400mm，主体材料：外壳为2.25Cr-lMo+堆焊；管束为 0Cr18Ni10Ti。基本结构由外壳部件和管束部件两部分组成，其中管束 部件与普通高压换热器中管束的结构相同，而外壳部件是这台产品制造 的关键和难点。 外壳部件主要由以下各零部件组焊装配而成： 设备端部法兰盖———2.25Cr-lMo（Ⅳ） 隔膜密封盘———UNSNO8825 管箱法兰———2.25Cr-lMo+堆焊 管箱筒体———2.25Cr-lMo+堆焊 管板———2.25Cr-lMo+堆焊 接管法兰———2.25Cr-lMo+堆焊 Ω环密封环———Incol825 壳体法兰———2.25Cr-lMo+堆焊 壳程筒体———2.25Cr-lMo+堆焊 封头———2.25Cr-lMo+堆焊 设备管程和壳程的程数均为两程，壳程的主要密封元件是Ω环密 封环（Incoloy825），密封是通过两瓣的Ω环密封环之间的密封焊实现 的；管程的主要密封元件是隔膜密封盘（UNSNO8825），密封通过隔 膜密封盘与管箱法兰密封面之间的密封焊实现的。这两个密封元件不仅形状特殊，而且材料的加工制造难度也相当高，是这台产品的制造难点之一。 2.2 隔膜密封式高压换热器的特点 隔膜密封式高压换热器是设备在操作压力低于10MPa以下工况优 选的结构形式。它与螺纹锁紧环式高压换热器和Ω环密封式高压换热 器相比具有很多优点，它具有结构简单、密封可靠、使用寿命长、投资 成本减少、制造难度相对降低及制造周期的相对缩短的特点（详细内容 如表2所示）。 从表2中可以看出：这种新型的隔膜密封式高压换热器是设备在操 作压力低于10MPa以下工况优选的结构形式。该换热器的开发及研制 价值非常可观。 3 试制过程及制造难点 这台隔膜密封式高压换热器的制造关键是如何保证设备管程和壳程 的密封性。通过结构分析，对制造工艺中的难点采取了必要的工艺措 施，具体有以下几点： 3.1 在结构形式方面 设备壳程由管束中的纵向隔板及其两侧的密封带将壳体分为上、下 两程，为了保证壳程隔板的密封性，对组成壳体各筒节的圆度及直径偏 差进行了严格控制：一是在筒节卷圆合口时，通过测量及打磨的方法修 证钢板因火切下料引起的误差，把尺寸偏差控制在图样要求的范围内； 二是将各筒节组焊在一起，对整个壳体内表面进行一次连续堆焊完成， 通过工艺控制保证堆焊层表面的平整性，并对堆焊的搭接处及隔板两侧 的壳体表面进行修磨至图样要求。 壳程的主要密封元件是Ω密封环（Incol825），其中的一瓣Ω密 封环与壳体法兰的凹形密封面组焊；另一瓣Ω密封环与管板的凹形密 封面组焊。为了保证两瓣Ω密封环之间的焊接质量，图样中还要求两 瓣Ω环密封环之间的组对错边量小于0.3mm，为了满足这一要求，我 们将管箱组件和壳体组件中与Ω环密封环装配的部位均安排了组焊并 经最终焊后热处理后进行整体机加工，从而消除法兰密封面的焊后变 形，保证两瓣Ω环密封环组对的对口错边量满足图样要求。 设备管程的主要密封元件是隔膜密封盘（UNSNO8825），隔膜密 封盘与管箱法兰凹形密封面装配后进行密封焊。管箱法兰密封面图样要求堆焊ENiCrMo-3，厚度是11mm，并要求表层的堆焊及加工在组件 最终热处理之后进行。针对上述要求，我们将管箱法兰密封面ENiCr- Mo-3的堆焊分两次来完成，即先堆焊两层ENiCrMo-3，厚度约4 mm，经消氢及管箱组件最终热处理后再堆其它各层，然后进行整体机 加工此法兰密封面至图样要求，从而保证此处的尺寸精度和焊接质量。 3.2 对825合金部件的机加工 这台隔膜密封式高压换热器的主要密封元件是隔膜密封盘和Ω环 密封环，它们不仅形状上特殊，而且材料全部选用825合金，这两点就 使得两零件的加工难度相当大。虽然我公司对于不锈钢材料的密封盘和 Ω环密封环已有比较成熟的加工工艺，但对825合金材料的加工还是 首次，而且825合金材料昂贵，必须一次加工成功，为此公司对两零件 的制造进行了特殊控制。由于825合金的零件需要在特别洁净的环境中 进行加工，首先挑选出精度高的车床，并对车床、刀具及装卡工具进行 了彻底清理，指定一名技术水平高的技工进行操作，操作前对技工进行 特殊的培训，并制作了专用的工装卡具，从而保证了隔膜密封盘和Ω 环密封环的尺寸及加工精度满足图样要求。 3.3 焊接 由于这台隔膜密封式高压换热器外壳的主体材料全部为 2.25Cr-lMo，筒体内表面采用双层堆焊 （E309L+E347），由于 Cr-Mo钢在焊接过程中淬硬倾向大，焊缝中容易形成淬硬组织，在足 够高的氢浓度和一定的拘束残余应力作用下容易产生冷裂纹，为了防止 这些缺陷的产生，我公司始终对Cr-Mo钢材料的焊接非常重视，焊接 操作严格执行公司内运行的《Cr-Mo钢材料产品制造工艺守则》，按焊 接工艺施焊，做到焊前预热，焊后立即消应或消氢处理，施焊时控制层 间温度，并使用红外线测温仪随时进行温度检查，从而保证Cr-Mo钢 材料的焊接质量。这台产品的纵、环焊缝全部采用埋弧自动焊，焊缝质 量高，外观成形美观。筒体内表面的堆焊采用带极双层电弧堆焊，接管 内壁采用手工电弧焊双层堆焊，控制焊接时规范参数，使堆焊层表面平 整，保证复层有效厚度不小于3mm，满足图样对耐蚀层厚度的要求。 合金825的焊接是这台产品制造的关键和难点，首先我们挑选出 四名焊接操作技能较高的焊工，对他们进行手工氩弧焊和手工电弧焊的 焊接技能培训和焊工技能考试，由培训合格后的四名焊工依据合格的焊接工艺评定来施焊。管箱法兰密封面的堆焊及与密封盘之间的角焊缝， 采用手工电弧焊，焊条为法国SAF进口的ENiCrMo-3；Ω环密封垫 圈与管板及法兰密封面的焊接，采用手工氩弧焊，焊丝为法国SAF进 口的ENiCrMo-3。Ω环环缝之间的对接焊接采用手工氩弧焊，焊丝为 法国SAF进口的ENiCrMo-3。焊接前、焊接中及焊接后注意保持施焊工件及焊接环境的洁净，防止铁离子及其它杂质的污染，保证合金825 的焊接一次合格。 4 结语 由于这台设备制造的各道工序都能严格按照设计图样及工艺文件的要求进行，最后整台设备经过水压试验、气密性试验以及各项检查为合格。 |
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