換熱器管子與管板的焊接與檢驗(yàn)的國外工程標(biāo)準(zhǔn)簡介（一）

1、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范換熱器管子與管板的焊接與檢驗(yàn)的國外工程標(biāo)準(zhǔn)簡介(一董家祥1;李平瑾2;喬偉奇3;石意龍3;何亦華3(11福陸丹尼爾有限工程公司,上海200052;21合肥通用機(jī)械研究院,安徽合肥230031;31巴斯夫有限公司,上海201507摘要:以南京巴斯夫項(xiàng)目(IPS和漕涇巴斯夫項(xiàng)目(IIP在設(shè)計,制造,檢驗(yàn)數(shù)百臺換熱器經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,介紹德國巴斯夫公司換熱器的管與管板焊接、檢驗(yàn)與驗(yàn)收規(guī)范(W N75-100標(biāo)準(zhǔn),該規(guī)范在換熱器的級別分類、管與管板的工藝評定試驗(yàn)與檢驗(yàn)、焊工及焊接操作工技能評定、管與管板的檢驗(yàn)與試驗(yàn)等方面的詳細(xì)要求。關(guān)鍵詞:管子與管板;焊接與檢驗(yàn);工程標(biāo)準(zhǔn)中圖分類號:T Q44文獻(xiàn)

2、標(biāo)識碼:A文章編號:1001-4837(200510-0006-04The Offshore E ngineering Specification I ntroduction for Tube to Tubesheet Welding and Examination of H eat Exchanger(1DONG Jia-xiang1,LI Pin-jin2,QIAO Wei-qi3,SHI Yi-long3,HE Yi-hua3 (11Fluor Engineering C o.,Shanghai200052,China;21Hefei G eneral Machinery Researc

3、h Institute,Hefei 230031,China;3.BASF C om pany,Shanghai201507,ChinaAbstract:Based on the experience of several hundreds heat exchangers at design,fabrication,inspection and examination at Nanjing IPS and Shanghai Caojing IIP projects,introduced the specification(W N75-100of BASF and Bayer for tube

4、to tubesheet welding,inspection and acceptance criteria.Introduced the specifica2 tions detail requirements for the heat exchangers classification,tube to tubesheet m ock up test and examina2 tion,welder and welder operator performance qualification,the inspection and test for tube to tubesheet weld

5、 joints.K ey w ords:tube to tubesheet;welding and examination;engineering specification1前言管子與管板的焊接在換熱器的設(shè)計、制造與檢驗(yàn)中至關(guān)重要,而現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中對管子與管板的焊接工藝評定、焊接、檢驗(yàn)等沒有行之有效的措施或規(guī)定。管與管板的焊縫為未焊透結(jié)構(gòu),其特殊性與檢驗(yàn)手段的限制,致使出現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行有潛在危害的焊接缺陷及假焊。待設(shè)備運(yùn)行一段時間后,不可避免地產(chǎn)生泄漏。為解決這一難題,20世紀(jì)80年代實(shí)施尿素設(shè)備國產(chǎn)化時,引進(jìn)并制訂了尿素設(shè)備管子與管板焊接工藝評定的部頒標(biāo)準(zhǔn),但因其程序復(fù)雜性及局限性,推廣

6、應(yīng)用受到限制。近年來,由于德國巴斯夫、拜耳等公司在國內(nèi)的投資,引進(jìn)并采用了關(guān)于管板的射線探傷技術(shù)以及巴斯夫公司的W N75-100管與管板焊接標(biāo)準(zhǔn),且在國內(nèi)10多個制造廠推廣應(yīng)6用,取得了可喜的成果。管與管板的W N75-100標(biāo)準(zhǔn),是德國巴斯夫公司自20世紀(jì)70年代末逐步發(fā)展至今的由設(shè)計、評定、焊接至檢驗(yàn)與驗(yàn)收的完整規(guī)范,并在世界各地的石油化工項(xiàng)目中成功運(yùn)用。致使由管與管板泄漏造成的換熱器事故率由1976年起的13%降至2000年的1%,取得較好的安全及經(jīng)濟(jì)效益,見圖1 。圖1采用W N75-100標(biāo)準(zhǔn)前后換熱器管與管板事故率統(tǒng)計情況W N75-100共有八章,詳細(xì)闡述了材料、基本要求、設(shè)計

7、和實(shí)施總則、管與管板的設(shè)計與焊接、管與管板的工藝評定、焊縫的外觀檢驗(yàn)、滲漏檢驗(yàn)、無損檢驗(yàn)的方法、工藝及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等。本文基于參與南京揚(yáng)巴項(xiàng)目,上海漕涇巴斯夫兩項(xiàng)目近數(shù)百臺換熱器的設(shè)計、制造與檢驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)與體會,對上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳敘,以期對國內(nèi)的換熱器制造、管子與管板焊接與檢驗(yàn)提供借鑒。2換熱器的分類及對管與管板焊接的檢驗(yàn)要求211換熱器的分類原則管與管板焊接時質(zhì)量要求高,無焊接缺陷是基本要求。但確定對管與管板的檢驗(yàn)內(nèi)容是基于換熱器的類別分類,依據(jù)不同工作狀態(tài)的換熱器。表1中將分為三類的各類換熱器的管與管板焊接檢驗(yàn)內(nèi)容列出。其分類原則是:(1假定管與管板焊接產(chǎn)生泄漏時的后果;(2工藝因素的影響,即對管

8、與管板產(chǎn)生應(yīng)力因素。212管與管板的基本檢驗(yàn)要求表1換熱器依據(jù)對管與管板假定泄漏時產(chǎn)生的影響而確定的換熱器類別等級應(yīng)力載荷狀態(tài)檢驗(yàn)要求接頭分類換熱器工作時所受應(yīng)力狀態(tài)工作溫度和不同壓力假定工作時產(chǎn)生泄漏的影響不影響在一定期間影響不大影響極大類類類A B C D靜態(tài)應(yīng)力由壓力/溫度產(chǎn)生的交變應(yīng)力由應(yīng)力產(chǎn)生的震動10bar 和200所有不同壓力所有不同溫度E +VT ,LT 或S 1+VT ,LTS 1+VT ,LTS 2+VT ,LT S 2+VT ,LT ,FK S 2A +VT ,LT 1MT/PT ,FK 或S 3+VT ,LT ,MT/PT ,FKS 2+VT ,RT ,LT ,MT/P

9、T ,FKS 3+VT ,RT ,LT ,MT/PT ,FKS 3+VT ,RT ,LT ,MT/PT ,FK S 3A +VT ,RT ,LT ,MT/PT ,FK注:S 1t =110114mm 不少一層焊道。t 115mm ,不少兩層焊道;S 2t 115mm ,不少兩層焊道;S 3t 210mm ,不少兩層焊道。S 2AS 2換熱管增加脹管(A ,S 3A S 3換熱管增加脹管(A ,E:機(jī)械脹管或液壓脹管,VT:外觀檢驗(yàn),RT:射線檢驗(yàn),LT:氣體滲透檢驗(yàn),MT/PT:表面磁粉/著色檢驗(yàn),MT:表面磁粉,PT:著色檢驗(yàn),FK:制造期間檢驗(yàn)。根據(jù)表1的分類,確定不同類別換熱器的管與管板

10、焊接后的檢驗(yàn)與試驗(yàn)的要求。同時,附加以下要求:(1當(dāng)制造廠第一次采用本標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計與制造換熱器時,應(yīng)對第一臺換熱器的管與管板的焊縫進(jìn)行射線檢驗(yàn),不論換熱器是何種類別或圖樣與數(shù)據(jù)單的要求;(2當(dāng)管周圍有腐蝕及應(yīng)力腐蝕傾向時,不推薦采用機(jī)械或其它方式脹管;鈦管換熱器不在此列,相反,鈦管則要求先貼脹后固定后焊接。實(shí)踐證明,即使脹接后經(jīng)一段時間的運(yùn)行,這一脹接也由于鈦的“記憶”而失效;(3換熱管的管壁厚則為管與管板的最小穿透焊縫半徑,焊喉尺寸(r ;(4當(dāng)管程作防腐處理時,管與管板的焊縫應(yīng)作射線無損檢驗(yàn)。由圖2所示,管與管板的最小穿透焊縫半徑即以管與管板的焊根為圓心,以管壁厚為半徑畫圓,在此圓內(nèi)所有的焊縫

11、厚度,即焊喉尺寸應(yīng)等于管壁厚,這是管與管板焊接時的基本原則。當(dāng)焊縫厚度大于管壁厚時,并沒有多大的意義,這是因?yàn)楣鼙诤竦倪x擇即決定了換熱器的壽命。焊喉尺寸的增加則無助于換熱器壽命的提高。213材料管與管板材料分為碳鋼、300不銹鋼,其他材料必須單獨(dú)進(jìn)行焊接工藝評定。7第22卷第10期壓力容器總第155期 圖2管與管板焊接時的最小穿透焊縫,焊喉尺寸(r 綜上所述,將換熱器劃分為三個等級(級、級、級。對各等級的換熱器,在是否進(jìn)行工藝評定、管與管板的試驗(yàn)和檢驗(yàn)方式方法有不同的要求。3管與管板的接頭形式與坡口為滿足不同類型換熱器對管與管板焊接的要求,表2中列出五種類型接頭和坡口,以供設(shè)計者選擇 。由表2

12、可見,當(dāng)管子的伸出高度小于或等于2mm 時,管與管板的焊縫可進(jìn)行射線探傷。但當(dāng)其伸出高度大于3mm ,管與管板的射線探傷受到限制。因此,該標(biāo)準(zhǔn)不推薦這種接頭形式。實(shí)踐表明,當(dāng)管頭伸出高度為-1mm 時,管與管板的手工焊接、機(jī)械焊接的操作性最佳,焊縫中的缺陷出現(xiàn)率降為最低,因而此坡口和焊接接頭得到廣泛的應(yīng)用。4管與管板的焊接工藝評定試驗(yàn)與檢驗(yàn)如何進(jìn)行管與管板的焊接工藝評定,在TE M A和G B151中均有規(guī)定,但與AS ME 和G B 4708相比相差甚遠(yuǎn),從而使其失去指導(dǎo)法規(guī)的基本作用。W N75-100標(biāo)準(zhǔn)中,制訂一套完整的如何進(jìn)行管與管板焊接工藝評定的工藝及方式和方法。411焊接工藝評定

13、試板的制備管與管板的焊接工藝評定試板制備應(yīng)與換熱器管板的管子實(shí)際分布一致,即分為三角形與矩形分布兩種形式。管子的數(shù)量在1012根之間。管板的厚度應(yīng)在1540mm 之間。試管的長度在100mm 左右。具體的要求見圖3和表3 。(a (b 圖3管與管板焊接工藝評定的試樣示意圖及尺寸表3中依據(jù)換熱器主要部件實(shí)際尺寸,加之焊接工藝的不同所確定的管與管板焊接工藝評定試樣的尺寸要求。規(guī)定管板試樣的厚度上限為35mm ;但另一種看法是19mm 已足夠,筆者同意這種意見,并希望在版本修改中對此作修訂。412管與管板的焊接工藝8CPVT 換熱器管子與管板的焊接與檢驗(yàn)的國外工程標(biāo)準(zhǔn)簡介(一V ol221N o10

14、2005表3管與管板焊接工藝評定的試樣尺寸要求及評定范圍管板換熱器的實(shí)際尺寸(mm評定試樣中所用的尺寸(mm手工焊接機(jī)械焊接管板厚度t b <35016t b2t b 3535換熱管外徑d a <25d a2d a d a 25018d a換熱管壁厚t <3018t112t3t2t019t111t管間距T全部T注:復(fù)合板的管板,復(fù)層厚度應(yīng)等于或厚于試樣復(fù)層的厚度。管與管板的焊接工藝,常用并推薦的為鎢極氣體保護(hù)焊(G T AW,用手工焊或機(jī)械焊均可。有的情況下手工電弧焊尚可接受,其它焊接工藝方法不推薦和不批準(zhǔn)來焊接管與管板。413焊接位置管與管板的焊接推薦位置為立向上焊接,立向

15、下工藝方法被禁止。對有些制造廠,有的設(shè)備平焊位置也可以接受。414焊接技術(shù)焊接坡口及試管與管板的組對尺寸與定位、焊接層道的安排施焊;焊接填充金屬的選擇、保護(hù)氣體的選擇及輔助保護(hù)氣體的保護(hù)措施等。415焊工技能評定和焊接操作工的評定由于管與管板焊接的特殊性,很難制訂另一標(biāo)準(zhǔn)對焊工進(jìn)行技能評定。為此,W N75-100標(biāo)準(zhǔn)中將工藝評定與焊工的技能評定結(jié)合在一起,具體的執(zhí)行方法是:管與管板的焊接工藝評定的同時,同一試板也可以進(jìn)行焊工技能評定;每一參與技能評定的焊工,至少應(yīng)焊接兩個管接頭,每一焊工的標(biāo)記應(yīng)清楚地標(biāo)注在試驗(yàn)和記錄報告中;工藝評定應(yīng)檢驗(yàn)的所有項(xiàng)目,應(yīng)為每一參與焊工技能評定的所有焊接頭逐一進(jìn)

16、行檢驗(yàn),有任何一項(xiàng)檢驗(yàn)不合格,則認(rèn)為該焊工評定失敗;當(dāng)焊接工藝為機(jī)械焊時,任一焊接操作工評定失敗則認(rèn)為該管與管板的工藝評定失敗;焊接工藝評定報告中不僅應(yīng)注明所評定的工藝是否合格,還應(yīng)注明該工藝評定是由哪幾名焊工或焊接操作工執(zhí)行并評定合格的。416焊接工藝評定試板的檢驗(yàn)項(xiàng)目焊接工藝評定試板的檢驗(yàn)與AS ME和G B4708相仿,其檢驗(yàn)項(xiàng)目如下:(1外觀檢驗(yàn)焊后焊縫應(yīng)立即進(jìn)行100%的外觀檢驗(yàn),外觀檢驗(yàn)的要求(見表4。主要有:表4管與管板焊縫外觀檢驗(yàn)合格判定標(biāo)準(zhǔn)序號缺陷名稱DI N E N IS O52-1參考號碼缺陷外形缺陷判定合格標(biāo)準(zhǔn)1裂紋100所有裂紋的表現(xiàn)不合格2表面氣孔焊縫內(nèi)固體夾延伸至

17、焊縫表面2017600不合格3管壁熔透600僅適用于當(dāng)管壁厚t>216mm管深出長度x6mm不合格4焊縫余高與內(nèi)瘤啟弧缺陷600對d a25mm,x015mm 對d a>25mm,x1mm不合格5管端熔化(角焊縫600僅適用于當(dāng)管壁厚t>216mm管深出長度x6mm不合格6咬肉501深度應(yīng)小于011mm管壁厚7弧傷601不合格8飛濺602不合格9減薄貫壁厚打磨痕跡604鏟除痕跡605低于管壁表面606不合格10焊道布置不合理600第二層焊道未完全覆蓋第一層焊道不合格(下轉(zhuǎn)第43頁23Liu Z Q,et al.S tructure N oise Reduction of Ul

18、tras onic S ig2nals Using Artificial Neural Netw ork Adaptive FilteringJ.Ultras onics,1997,35(4:325-328.24張鵬,王金城.自適應(yīng)濾波算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)J.計算技術(shù)與自動化,2003,21(1:21-23.25Muhammad A fzal,Satish Udpa.Advanced S ignal Processingof Magnetic Flux Leakage Data Obtained from Seamless G asPipelineJ.NDT&E Internationa

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