低溫管殼式換熱器受壓元件連接及焊接工藝

該低溫管殼式換熱器的主要技術(shù)參數(shù)見表1,傳熱面積為60 m2。換熱器殼體規(guī)格為DN 600mm,材質(zhì)為16MnDR;管子規(guī)格為Φ19×2. 5,材質(zhì)為16Mn(正火);管板材質(zhì)為16MnDⅡ。文獻(xiàn)附錄A中對(duì)主要受壓元件的要求為:殼體、封頭、管板等鋼板及換熱管、接管用管材在正火狀態(tài)下使用,并宜采用冷成形或回火溫度以下的溫成形,須避開鋼材的回火脆性區(qū)。若在回火溫度以上熱成形時(shí),應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行與母材相同或相類同的熱處理。

2　殼體與管板的焊接工藝

低溫管殼式換熱器施焊前應(yīng)按JB 4708—2000《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn),包括焊縫和熱影響區(qū)的低溫夏比(V形缺口)沖擊試驗(yàn)。沖擊試驗(yàn)的取樣方法和合格指標(biāo)見文獻(xiàn)。對(duì)于普通管殼式換熱器,殼體與管板的焊接方式見圖1。

考慮到低溫管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)有足夠的柔性,連接應(yīng)平滑過渡,避免截面的急劇變化以降低局部應(yīng)力,因此殼體與管板的焊接采用對(duì)接方式,見圖2。焊接完畢后,按JB/T 4730—2005《承壓設(shè)備無損檢測》進(jìn)行超聲波或表面探傷,比例不少于各條焊縫的50%,合格級(jí)別為Ⅱ級(jí)。最后按技術(shù)要求對(duì)整臺(tái)低溫管殼式換熱器進(jìn)行整體水壓試驗(yàn),水壓試驗(yàn)是換熱器受壓元件密封連接的最終檢驗(yàn)。對(duì)水壓試驗(yàn)不合格的接頭應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)焊,但一個(gè)接頭補(bǔ)焊次數(shù)不宜超過3次。

圖 2　低溫管殼式換熱器殼體與管板的焊接方式

3　管子與管板的連接方式與工藝

①　試脹

正式脹接之前應(yīng)該進(jìn)行試脹。試脹的目的是驗(yàn)證脹管器的質(zhì)量,驗(yàn)證預(yù)定的管子與管板孔的結(jié)構(gòu)是否合理,檢驗(yàn)脹接部位的外觀質(zhì)量及接頭的密封性能,測試脹接接頭的抗拉脫強(qiáng)度,尋找合適的脹管率,以制定出滿足質(zhì)量要求的脹接工藝。試脹應(yīng)在試脹工藝試板上進(jìn)行,試板應(yīng)與產(chǎn)品管板的材料、厚度、管板孔大小一致,試板上管板孔的數(shù)量不少于5個(gè)。試脹用管子的材料、規(guī)格應(yīng)與產(chǎn)品用管子一致,試脹用管子的長度一般為管板厚度加50 mm。試脹前應(yīng)根據(jù)脹管率計(jì)算出管子脹接后的管徑,脹管率可按JB/T 9619—1999《工業(yè)鍋爐脹接技術(shù)條件》推薦的計(jì)算式進(jìn)行估算。脹管率應(yīng)在0. 9% ~2. 2%范圍內(nèi)選取。脹管率小于0. 9%為欠脹,此時(shí)管子脹后未產(chǎn)生足夠的塑性變形,不能保證脹接質(zhì)量。脹管率大于2. 2%為過脹,此時(shí)管子脹后產(chǎn)生過大的塑性變形,加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重,易導(dǎo)致管子出現(xiàn)裂紋等缺陷,管板也可能產(chǎn)生塑性變形而使脹后的管板不能有效回彈,從而影響脹接接頭的性能。脹管率應(yīng)根據(jù)脹接方式而定,制造該低溫管殼式換熱器時(shí)根據(jù)試脹結(jié)果取脹管率為1%。

脹接過程應(yīng)由初脹和終脹兩步完成,這樣可防止一次脹接變形量過大導(dǎo)致管子出現(xiàn)裂紋等缺陷,也有利于提高脹接接頭的脹緊度。初脹是消除管子與管板孔間隙的脹接過程,終脹是把管子脹到要求尺寸的脹接過程。

②　工藝試驗(yàn)

工藝試驗(yàn)包括密封試驗(yàn)、拉脫強(qiáng)度試驗(yàn)、解剖檢驗(yàn)。密封試驗(yàn)是在專用裝置上進(jìn)行水壓密封性試驗(yàn),檢查脹接接頭的嚴(yán)密性;拉脫強(qiáng)度試驗(yàn)是檢驗(yàn)管子與管板脫離強(qiáng)度的試驗(yàn);解剖檢驗(yàn)是把脹接接頭分解后檢查脹接處是否存在起皮、皺紋、裂紋、切口和偏斜等缺陷,檢查脹接過渡部分是否有突變以及喇叭口根部與管壁的結(jié)合狀態(tài)是否良好,檢查管子與管板孔外壁接觸表面的印痕和嚙合狀態(tài)。

③　正式脹接

正式脹接之前管子應(yīng)逐根進(jìn)行水壓試驗(yàn),對(duì)管子端部進(jìn)行清洗,清除銹蝕、油污等雜物。脹管時(shí)應(yīng)按試脹結(jié)果確定合適的脹管率,測量管子端部直徑及管板孔直徑,并進(jìn)行合理的分組搭配,保證脹接質(zhì)量。脹接時(shí)管子因受擠伸長對(duì)管板產(chǎn)生作用力,脹按順序安排不合理易導(dǎo)致管板變形。比較合理的脹接順序是從管板中央?yún)^(qū)開始脹接,然后放射性向四周脹接。脹接環(huán)境也很重要,脹接應(yīng)在0℃以上進(jìn)行。脹接時(shí)應(yīng)防止?jié)櫥土魅牍茏优c管板孔的間隙中。正式脹接過程應(yīng)與試脹過程一致,由初脹和終脹兩步完成,最后進(jìn)行焊接。

參考文獻(xiàn):

GB 151—1999,管殼式換熱器[S].

GB 150—1998,鋼制壓力容器[S].2100433B

摘要:探討了低溫管殼式換熱器的管子與管板、管板與殼體的連接方式及焊接工藝。

關(guān)鍵詞:　低溫管殼式換熱器;　受壓元件;　連接;　焊接

中圖分類號(hào): TU995　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B　文章編號(hào):1000-4416(2008)04-0A21-03

管殼式換熱器是應(yīng)用較廣泛的一種換熱器。文獻(xiàn)附錄A規(guī)定,設(shè)計(jì)溫度低于或等于-20℃鋼制管殼式換熱器為低溫管殼式換熱器。一般管殼式換熱器是在圓筒形殼體中放置由許多管子(換熱管)組成的管束,管子的軸線與殼體的軸線平行,管子兩端固定在管板上。管殼式換熱器的管板、管子及殼體是主要受壓元件。管板與管子、管板與殼體的連接是管殼式換熱器質(zhì)量控制的關(guān)鍵。如果連接處發(fā)生泄漏,將導(dǎo)致兩種工作介質(zhì)混合,輕者損失熱量與產(chǎn)品,重者將危及設(shè)備與人身安全。本文以唐山化工機(jī)械有限公司設(shè)計(jì)制造的固定管板低溫管殼式換熱器為例,探討受壓元件連接方式及焊接工藝。

管子與管板的連接方式有脹接、焊接、脹接 焊接等。通常,普通管殼式換熱器選用焊接的連接方式,保證管子與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度。對(duì)于規(guī)格為Φ19×2. 5的管子,普通管殼式換熱器管子與管板的連接方式見圖3。

對(duì)于該低溫管殼式換熱器,由于工作介質(zhì)和使用條件的要求,管子與管板的連接方式選用脹接 焊接。低溫管殼式換熱器管子與管板的脹接 焊接連接方式見圖4。脹接可消除縫隙腐蝕和提高焊縫的抗疲勞性能。脹接按工藝的不同可分為機(jī)械脹接、爆炸脹接、液壓脹接、脈沖脹接等。機(jī)械脹接采用滾珠進(jìn)行脹管,具有操作簡便、制造成本低等優(yōu)點(diǎn),因此得到了廣泛應(yīng)用。制造該低溫管殼式換熱器時(shí)采用了機(jī)械脹接。

受壓元件是指壓力容器(包括承壓鍋爐）中按幾何形狀劃分的基本承壓單元。其設(shè)計(jì)強(qiáng)度取決于介質(zhì)壓力，例如殼體、封頭、接管、法蘭、螺栓和管板等。

該類元件的強(qiáng)度直接關(guān)系到壓力容器的安全性，一旦破壞或失效會(huì)造成很大危害，所以對(duì)它們的材料選用、設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)等均有嚴(yán)格的要求，必須依據(jù)國家有關(guān)部門頒發(fā)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。 2100433B

鍋爐及壓力容器受壓元件強(qiáng)度直接關(guān)系到設(shè)備的安全性和經(jīng)濟(jì)性。因

此，世界各國都制訂了強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。清華大學(xué)蔣智翔、楊小昭兩教授長期從

事該領(lǐng)域的研究和教學(xué)，并參與了我國標(biāo)準(zhǔn)的制訂，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的闡釋，他們

是絕對(duì)權(quán)威。此書填補(bǔ)了我國這類圖書長期斷檔的空白，既介紹國外強(qiáng)度計(jì)

算標(biāo)準(zhǔn)，又落實(shí)貫徹我國標(biāo)準(zhǔn)。其內(nèi)容包括受壓元件材料的力學(xué)性能、典型

受壓元件應(yīng)力及穩(wěn)定性分析、典型受壓元件的強(qiáng)度計(jì)算和受壓元件應(yīng)力及

強(qiáng)度分析的一般方法等四大部分。

本書可供鍋爐及壓力容器行業(yè)工程技術(shù)人員、勞動(dòng)監(jiān)察部門的檢驗(yàn)人

員、大專院校相應(yīng)專業(yè)師生使用，也可作培訓(xùn)教材。

分汽缸主要受壓元件為：封頭，殼體材料等。