螺紋鎖緊環式換熱器的制造

                               吳　淳,張永梅

                 (撫順機械設備制造有限公司,遼寧撫順　113006)

    摘要:介紹了螺紋鎖緊環式換熱器的結構型式、制造工藝及關鍵部位的加工控制。

    關鍵詞:換熱器;螺紋鎖緊環;制造;焊接;熱處理

    中圖分類號: TQ 051·501　　　　文獻標志碼: B

    文章編號: 1000-7466(2007)增刊-0050-03

    螺紋鎖緊環式換熱器是用于高溫、高壓工況下的熱交換設備,國內外大型煉油企業在加氫裂化及重油加氫脫硫裝置中均采用這種型式的換熱器。它不僅具有耐高溫、耐高壓、結構緊湊、泄漏點少及密封可靠的特點,而且還具有設備占地面積小、節約材料的優點。螺紋鎖緊環式換熱器在操作運行過程中,如果出現了泄漏現象,不需要停車,只需緊固內、外壓緊螺栓即可達到密封效果。但該種設備也存在結構復雜、內件較多、機加工量大、裝配困難和拆卸時需要專用工具的不足之處。其結構見圖1。

    

1.墊片　2.管板　3.盤根壓環Ⅱ　4.盤根　5.盤根壓環Ⅰ　6.箱內套筒　7.頂壓螺栓　8.分合環　9.壓環　10.支架11.外密封圈　12.密封盤　13.內壓圈　14.外壓圈　15.螺紋承壓環　16.外壓桿　17.內壓桿　18.外壓緊螺栓　19.內壓緊螺栓　20 .壓蓋

                         圖1H-H型螺紋鎖緊環換熱器結構簡圖

    1·設計參數及結構特點

    螺紋鎖緊環換熱器適用范圍較廣,據不完全統計,其管程設計壓力為9.0~20.0 MPa,殼程設計壓力為2.5~20.0 MPa。管、殼程的設計溫度均在220~435℃。管、殼程的操作介質一般為H2、油氣(含H2S)等。設備公稱直徑一般在Φ600~Φ1 600mm,設備主體材料通常選用2.25Cr-1Mo、1.25Cr-0.5Mo-Si、15CrMo和16Mn,換熱器管束部件通常選用0Cr18Ni10Ti或15CrMo。

    螺紋鎖緊環換熱器的管板置于管箱筒體內,管箱壓蓋由螺紋承壓環固定,筒體上的開孔采用整體補強結構,管束采用U型管結構可以減少密封點,管程和殼程介質是純逆向流動,殼程的密封是通過緊固內圈壓緊螺栓—內壓桿—內壓圈—壓環—頂壓螺栓—分合環—管箱內筒—盤根壓環I—盤根—盤根壓環II—管板—墊片的順序逐漸進行傳遞至壓緊,從而保證設備的密封性;管程密封是通過緊固外圈壓緊螺栓—外壓桿—外壓圈—密封盤—外密封墊圈的順序逐漸進行傳遞至壓緊,從而保證設備的密封性。

    此結構特點是管程由內壓引起的軸向力通過管箱蓋板、螺紋承壓環、管箱本體、管束承受;殼程由內壓引起的軸向力通過管板、管箱內套筒、分合環、頂壓螺栓及殼體本體承受。

    2·制造特點

    為了保證產品質量達到設計文件的要求,需要制定出正確、合理、可靠的制造工藝,并要求對以下關鍵工序的質量進行特殊的控制。

    2.1　筒體成型

    設備筒體由管程筒體和殼程筒體兩部分組成。一般情況下,管程筒體選用鍛件制作;殼程筒體選用板材制作,鋼板厚度在40~120 mm。組成殼程圓筒的各筒節采用自動切割機火切下料,同時制備出縱縫坡口,然后在卷板機上完成卷制成型,焊接筒節的縱焊縫及進行消除應力熱處理,機械加工筒節的內表面及其環縫坡口,再將尺寸加工合格的各筒節組焊在一起,完成殼程筒體的制作。

    殼程筒體上的封頭采用整張鋼板在水壓機上熱沖壓成型,成型后進行恢復狀態熱處理,然后加工環縫坡口。

    2.2　焊接

    螺紋鎖緊環式換熱器的主體材質大部分采用Cr-Mo鋼,鑒于此鋼種對焊接熱裂紋敏感性較強、加之焊縫溶氫和焊接應力等因素的影響,在焊接過程中易產生焊接裂紋及焊后產生延遲裂紋,因此,在焊接過程中必須采用焊前預熱、控制層間溫度、焊后消氫處理及焊后消除應力熱處理等措施,其具體工藝參數見表1。

   

    所有焊縫在進行消除應力熱處理前,焊縫坡口及其兩側(1倍壁厚)范圍內的母材溫度應始終維持不低于預熱溫度且不高于層間溫度,焊接過程中如果必須間斷,應維持焊縫坡口及兩側各1倍壁厚范圍內處于預熱溫度狀態,直至重新焊接,否則在暫停工作后應立即進行消氫處理。

    2.3　管束加工

    管束材質絕大多數都采用0Cr18Ni10Ti,管板厚度一般介于215~320 mm。為保證管板鉆孔后換熱管中心線與管板密封面的垂直度,及管板上各管橋寬度達到圖樣要求,管板上的全部管孔采用數控鉆床加工。

    U型換熱管采用整根鋼管煨制,對彎管部分(包括300 mm直管)進行固溶及酸洗鈍化處理,并在用于組裝管束前進行單根水壓試驗,試驗壓力為2倍設計壓力且不大于19 MPa。

    2.4　螺紋加工

    管箱、承壓環螺紋采用進口數控鏜銑床加工,并使用經一次磨刀即可完成全長螺紋線加工的成型銑刀,以保證整個螺紋的加工精度。螺紋可以先選用三面刃銑刀開槽,再用螺紋成型銑刀精銑的方法達到圖樣要求的尺寸。

    2.5　熱處理

    Cr-Mo鋼焊接及熱處理按照相關圖樣及技術條件執行即可。為保證設備內部零件的加工尺寸達到圖樣要求,對分程管箱部件增加了穩定化處理,即隨爐加熱至870℃后,保溫3~4 h后空冷。對支架部件增加了定型熱處理,即隨爐加熱至430℃,保溫2~3 h后空冷。

    2.6　設備螺栓緊固

    整個設備的螺栓緊固應使用帶有能控制預緊力的液壓扳手或可調力矩的手動扳手進行操作,緊固前應將每個螺孔內及螺栓表面清理干凈,并在螺紋表面涂上耐高溫咬合劑,所有螺栓采用對稱預緊和對稱緊固的方法進行操作,緊固時用力要均勻。螺栓力矩值可按M=Fμd×10-3計算。其中,F為螺栓預緊力,N;μ為系數,常規可取μ=0.2;d為螺栓直徑,mm。

    2.7　其它注意事項

    (1)由于設備結構上的限制,在管束裝配時需要使用專用的胎具,保證管束與殼體裝配后的尺寸精度要求。

    (2)保證管箱筒體內部堆焊后的所有加工尺寸、垂直度、傾斜度及粗糙度達到圖樣要求。

    (3)保證盤根壓環內、外徑與相鄰件之間的間隙小于2 mm。

    (4)在管板下部兩側各30°方位上焊定位點,以保證管束與設備的同軸度。

    (5)殼程水壓試驗時如果出現滲漏,應首先檢查調整各內構件,再緊固頂壓螺栓,直至合格。

    3·結語

    螺紋鎖緊環換熱器生產的經濟效益和社會效益非常可觀,與進口同類型國外產品相比,在國內制造可節約費用近50%。目前,國內制造該類高壓換熱器的工藝及質量水平已達到國際水平。(許編)