管殼式換熱器制造工藝

管殼式換熱器制造工藝［字號(hào)：大中?。荩坳P(guān)閉］2008-12-279:27:55來自網(wǎng)絡(luò)作者：admin瀏覽次數(shù)：204次發(fā)表評(píng)論關(guān)鍵詞：換熱器傳熱管殼式換熱器是應(yīng)用最廣泛的熱交換裝置，與其他類型換熱器相比，其承壓能力高、結(jié)構(gòu)緊固、用材廣泛、維修裝拆方便,在化工、動(dòng)力、食品、輕工、能源等各種工程領(lǐng)域中普遍使用。管殼式換熱器最常用的有固定管板式,浮頭式，填料函式和U型管式等類型。近年來，隨著石油化工設(shè)備的深入研究,管殼式換熱器不僅向著大型化的方向發(fā)展(直徑已超過了4650mm,換熱面積已超過了5000~8000m2),而且在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上也有了許多新的突破，如在高溫高壓下用撓性薄管板代替了傳統(tǒng)的厚管板等。這就為換熱器的制造提出了更高的要求。與此同時(shí)，也對(duì)制造技術(shù)和操作運(yùn)行技術(shù)提出了新的問題。目前，由于制造質(zhì)量和操作運(yùn)行不當(dāng)所引發(fā)的各種安全事故和影響化工產(chǎn)品質(zhì)量的問題時(shí)有發(fā)生，因此提高制造水平，嚴(yán)格制造工藝，就成為換熱器可靠運(yùn)行的先決條件和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文以浮頭換熱器為著重從制造工藝角度探討制造中的幾個(gè)問題對(duì)設(shè)備質(zhì)量的影響。1殼體加工質(zhì)量對(duì)總體質(zhì)量的影響殼體的不圓度和不直度，筒體內(nèi)徑過大引起的縫隙不勻，會(huì)引起殼體介質(zhì)的短路而影響殼程的換熱系數(shù)和換熱器的總傳熱系數(shù)，并且直接影響管束的裝入和抽出的順利程度。1.1圓筒縱、環(huán)焊縫的對(duì)口錯(cuò)邊量(b)和棱角(E)錯(cuò)邊量和棱角的大小，對(duì)一般容器的影響主要是應(yīng)力分布的均勻性,產(chǎn)生一次局部薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。國(guó)內(nèi)外壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)見表1。農(nóng)I詡邊h：小核俏的比膠 mmilASME(TEMA) OB151.(GEL5Q)Jlli'TQ42J-W-￡訃優(yōu)b“1監(jiān)biS；<l.2bG.15bHI■:i■:.盂昭1<2.5G?，：'■:-5<1S.i&d<J;i<i盂i>.1Si：1Vk：：T.5盂 *1：1V；'■5b5^<1.1i>.'1：lV：：3心i.i?.■im:：z2<1■:i■:.盂和1心」：1.%■:i■:.盂昭1<5:-5<1￡ :lV:：2<l051：即逬槍忙E監(jiān)i>.Zii：l< ::2<l^<1.1i>.■2：l ：：d.ii>.■2m::$圖I岬逬小心線偏桟相常邊由于厚薄不同的鋼板對(duì)接所引起的焊縫中心線偏移或由于成型時(shí)尺寸公差所引起的對(duì)接焊

縫錯(cuò)邊（見圖1）,在內(nèi)壓或外壓作用下，將在容器壁上構(gòu)成附加彎曲應(yīng)力而使容器總應(yīng)力增加,且不再沿壁厚基本上均勻分布，而造成明顯的應(yīng)力梯度,這時(shí)承受靜載荷和交變載荷都是不利的。1.2焊縫余高（e或e1）和焊縫咬邊焊縫余高對(duì)最后一層焊道具有保溫http://www.hexcha/img/20061220155617.g與緩冷作用,有利于消除焊接應(yīng)力，改善焊縫組織、性能及成形質(zhì)量，但也帶來應(yīng)力集中。據(jù)國(guó)內(nèi)外研究證實(shí)，它還可能是疲勞斷裂的起源或脆斷的起源。如日本經(jīng)疲勞試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的裂紋均產(chǎn)生于余高邊緣余高打磨后與未打磨者比較，其疲勞壽命提高2.1?2.5倍。各國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)對(duì)余高均有限制，多數(shù)引進(jìn)設(shè)備也將其磨去,以讓焊縫與表面齊平。對(duì)換熱器來說,將焊縫磨平后，還有利于管束順利裝拆,因此,JB/TQ423-90在GB151的基礎(chǔ)上又逐級(jí)提高，見表2。衣2炸縫允許公舟的比膠I2456KL223ASMl：■:Tl：MAjI2456KL223焊縫咬邊不僅削弱焊縫承載面積（見圖2）,更重要的是引起應(yīng)力集中。如果材料延塑性不足而缺乏對(duì)局部高應(yīng)力的再分布能力，則可能以此咬邊為起點(diǎn)向其他部分開裂。當(dāng)材料強(qiáng)度級(jí)別較高、材料厚度較大、載荷帶有交變性質(zhì)、周圍腐蝕環(huán)境或低溫下使用的容器對(duì)咬邊更應(yīng)嚴(yán)格的控制。JB/TQ423-90在評(píng)價(jià)換熱器質(zhì)量等級(jí)時(shí)，較GB150逐級(jí)有所提高，焊縫咬邊的比較見表3。衣1炸縫允i乍吹邊的比膠milASMISOE151(OHL5O)JB/TQ=123-網(wǎng)f'J茂桿逬應(yīng)'心冬桿逛f：i燈液一背遅fill；植&論止V、桿卅g（<j乂起或I'-i陥肉」邈上白-J1'+.高強(qiáng)i；q-crMu制-奧亍偉訓(xùn)-■丄扯桿逬眾細(xì)I厲桿逬衣亡汴咬込一1【託亡汴仃?花的坨匹-」ii注反、連怎仃氐制￡訃：坨辿沈￡5J；:匸匸一或辻連注1；￡、5<1匸匸-桿逬1用潮坨匹厲總⑴□￡!過減連辻桿逬5&5%優(yōu)'?*詁：人亡汴心卜吃込1.3殼體的圓度和直線度殼體公差（直徑公差，圓度和直線度）和折流板的直徑與公差決定了兩者之間徑向間隙的大小，直接影響流體短路的程度。此間隙為4?8mm左右時(shí)，旁路流體可達(dá)10%左右，傳熱性能會(huì)明顯下降。據(jù)日本有關(guān)資料介紹按JP17S-33制造的換熱器，其最大間隙值時(shí)的殼程換熱系數(shù)和總傳熱系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)值比較，分別下降18%?8%和13%?4%。標(biāo)準(zhǔn)比較見表4。衣4苗"折沆板ZI同的間陶俏比膠JliIf■加TEMAGil151t-j-HhVlJliJ；1fLt-j-HhlfiMJ；1fLJi；Jdfi4CJCJ?37.ISJ7AASKJA.764..554..51.15(16用9.S6.151.0.65?5i.01..02.2管束制造工藝對(duì)質(zhì)量的影響2.2.1折流板(支持板)管孔直徑及公差折流板管孔直徑及公差決定了與換熱管之間的間隙，當(dāng)該間隙為0.4和0.8時(shí)旁路的流體可達(dá)15%?30%，間隙過大，不僅降低了換熱器的傳熱性能，而且因換熱管支撐削弱而對(duì)管束防震不利,間隙過小又給換熱管穿管和換管造成困難，當(dāng)該間隙由1mm增加到1.4mm時(shí)，殼程給熱系數(shù)和換熱器的總傳熱系數(shù)分別降低3%?7%和2%?6%,間隙值下降到0.6mm時(shí)，給熱系數(shù)和總傳熱系數(shù)分別增大4%?11%和3%?9%。2.2.2管板孔直徑及公差管板孔直徑及公差的大小決定了與換熱管之間的間隙,該間隙過大,將增加脹接管端的冷作硬化程度，易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。由于脹緊度過大也易使換熱管脹不牢，甚至脹裂,同時(shí)也不利于換熱管與管板的對(duì)中和焊接。間隙過小易導(dǎo)致脹管困難。在特殊情況下,例如,為減輕奧氏體不銹鋼管的應(yīng)力腐蝕傾向，必須采取緊配合(使間隙值更小的特殊配合)。2.2.3換熱管與管板的連接工藝換熱管與管板連接接頭的泄漏問題比較普遍，據(jù)統(tǒng)計(jì)約占換熱器總泄漏數(shù)的84.1%，接頭泄漏點(diǎn)的99.3%，其中脹緊度控制不當(dāng)是主要原因之一。⑴脹接工藝管子脹接連接的機(jī)械強(qiáng)度主要與管孔結(jié)構(gòu)和脹管率大小有關(guān)，管孔結(jié)構(gòu)有以下3種形式：光孔一不開槽；1槽孔一用于管板厚度＜25mm;2槽孔一用于管板厚度＞25mm。(I)脹緊度的選取不同的管徑有不同的脹緊度要求，欠脹不能保證連接密度的可靠性和必須的拉脫力,過脹又因管板的塑性變形或管子的嚴(yán)重減薄帶來連接的松弛，甚至有時(shí)造成管子脹裂。脹接度的大小一般是以管子減薄率來表示的°￡=[di'-(di+c)]/2tx100式中￡為管子壁厚減薄率(％)；di'為脹后管內(nèi)徑(mm);di為脹前管內(nèi)徑(mm);t為管子壁厚(mm);c為脹前管孔與管子之間的間隙(mm)。脹緊度的選取，對(duì)于中低壓設(shè)備取￡=1.3%?1.9%,高壓設(shè)備可選取￡=2%?2.3%，如管子直徑較大或管子剛度較好，材料較硬，脹緊度可適當(dāng)提高一點(diǎn)。(II)脹接順序脹接前，應(yīng)先檢查管孔與管端的結(jié)合表面是否有油漬和異物存在,管端硬度是否低于管板的硬度(硬度差約為HB26左右)，脹接的環(huán)境溫度不低于-10°C,脹接合金鋼管時(shí)還應(yīng)提高環(huán)境溫度。管子脹在管板上后，由于管子的伸長(zhǎng)，在管子連接處會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力,如脹接順序不合理，將會(huì)導(dǎo)致接頭上過大的附加應(yīng)力和管板過大的變形,從而降低脹接接頭的質(zhì)量，在脹第二塊管板時(shí),一般認(rèn)為合理的順序是從管板最外層管子開始,逐步脹到中心，否則中心部位管子拉應(yīng)力增加很多，甚至破壞。脹接潤(rùn)滑劑，目前大多采用煤油和機(jī)油，美國(guó)金屬學(xué)會(huì)規(guī)定，脹接時(shí)可以使用不含硫的礦物或豬油，含硫的潤(rùn)滑油有脆化作用（特別是對(duì)于鎳管），也不能使用含鉛的油，因?yàn)殂U難于清洗干凈。⑵焊接工藝焊接不僅密封可靠，而且不存在脹接的高溫目前多采用先焊后脹。如采用先脹后焊，則在焊接收弧時(shí)由于空氣排不出去會(huì)引起氣孔，夾渣等缺陷，影響管子接頭的質(zhì)量。2.