第六章加工工艺及装配程序.docx

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第六章加工工艺及装配程序

第六章加工工艺及装配程序

本换热器的型号BEM1400-0.5/0.58-860-6000/19-1Ⅰ

6.1概述

设计确定后，制造质量是重沸器最终建造质量的重要组成部分。

因此，重沸器制造单位必须按照《压力容器安全技术监察规程》（1999版）的规定具备健全的质量保证体系，并持有国家主管部门颁发的批准书和许可证。

在全国制造过程中接受安全监察机构（或其授权的检验机构）的全面监督。

如果建造主要制造监理时（监理内容在合同中商定）制造单位还应配合业主做好监理。

制造完成后，制造单位必须向业主提供完整的制造出厂资料，资料应符合国家标准的规定，并附有安全监察机构的监督检验报告。

还应向业主提供监督检验机构打好钢印的产品铭牌。

6.2流程图

该设备制造简明工艺流程见图6-1。

6.3材料验收

选择材料应考虑使用条件，焊接性能，制造工艺以及经济合理性，符合相应的标准。

制造单位从材料生产单位获得材料时，应取得材料质量证明书，其内容必须齐全、清晰、并有材料生产单位质量检验章。

在材料的明显部位有清晰、牢固的标，至少包括材料制造标准代号、材料生产单位名称及检验印鉴标志。

从非材料生产单位获得材料时，应同时取得材料质量证明书原件或加盖供材单位检验公章合经办人章的有效复印件。

如果采用国外材料时，应选用国外压力容器规范允许使用且国外以有使用实例的材料，其使用范围应符合材料生产国相应规范合标准的规定，技术要求一般不得低于国内相应的技术指标，并有该材料的质量证明书。

6.4筒体的制造

筒体有两种制造方式：

一种时用锻件筒节加工而成，另一种是用钢板卷制而成。

通

常采用的是钢板卷制的筒体。

6.4.1筒体的下料

钢板卷制的筒体成形前板厚应在设计图纸最小壁厚的基础上增加工艺减薄量。

工艺减薄量包括热成形时的减薄量、多次热处理时的烧损量、保证筒体圆度的内壁加工量及必要的工艺打磨量等。

筒节的下料展开长度尺寸：

式中Di——筒节中径；

△L1——筒节在卷制工艺过程中的伸长量；

△L2——焊缝收缩；

△L3——筒体内壁堆焊时的圆周收缩量。

6.4.2筒节的成形

筒节的程序根据筒体钢板的厚度和卷板设备的能力，可分为冷卷、中温卷板、高温卷板三种。

冷卷成形通常在室温下完成，对Cr－Mo钢材料，成形时温度应不低于10℃。

中温卷板成形通常温度控制在680℃左右。

高温卷板成形通常温度控制在960℃左右，但高温成形的筒节在成形后应进行正火+回火热处理，并同炉带母材试板，待母材试板性能合格后，筒节才能进行下一工序的生产，若不合格需对该筒节重新正火+回火热处理。

筒节纵缝按工艺施焊完成后，还需要进行校圆，校圆后筒节的圆度应符合GB151规定的要求值。

6.4.3筒节的组对

由于换热器的直线度在GB151中要求较高，为了保证其直线度，其环缝坡口应在筒节校园后采用专业立式车床进行加工，在组对时应使用自动定心工装。

6.4.4筒节的焊接

筒节上主焊缝的焊接是关系到产品整体质量的关键之一，焊缝的返修会使焊缝金属的组织构成发生变化，因此，采用可靠的焊接设备和先进的工艺手段是不可忽视的问题，国内的大型制造厂目前均采用埋弧自动焊进行焊接，并严格控制返修次数。

筒体与接管的焊接，由于其采用立式结构如图6-2，特点是焊接厚度大，且为全焊透结构，焊图6-2筒节于接管间焊接坡口

肉填充量大，如有返修操作困难，因此应选派有经验的焊工进行施焊。

并应及时焊后消氢和退火消除应力。

6.4.5筒体主焊缝的检测

对于立式热虹吸换热器的筒体焊缝的检测主要通过无损检测完成的，包括MT（磁粉检测）；UT（超声检测）；RT（射线检测）；CT（化学成分分析）；HB（硬度检测）。

MT检测主要是在ISR热处理前后、PWHT后和水压试验后对设备A、B和D类焊接接头内外表面进行检测，按JB4730第四篇“磁粉检测”进行，缺陷显示累积长度Ⅰ级合格。

UT检测主要是在ISR热处理、PWHT后和水压试验后对设备A、B和D类焊接接头进行100％检测，一般按JB4730第三篇“钢制压力容器焊缝超声检测”进行，缺陷等级Ⅰ级为合格。

其中筒体与接管的D类焊缝，由于厚度差大，给探头的声耦合带来困难，标准上又无明确的规定，制造厂需经检测工艺模拟试验，“K”值选择计算，编制相应检测工艺，采用多探头、多角度的方法进行，并选派有经验的检测工进行操作。

RT检测主要是在ISR热处理后对设备A、B和D类焊接接头进行100％检测，一般按JB4730第二篇进行，Ⅱ级合格，RT透照质量不低于AB级。

由于壳体的厚度较大，通常用直线加速器进行。

CT化学成分分析是在设备主体焊缝（A、B、D类）上按相关规定提取试样进行化学成分检测。

HB硬度检测是设备最终热处理之后和密封面最终加工后对主体焊缝和密封面硬度是否合格进行检验。

焊缝硬度检测包括焊缝金属、热影响区和母材3个部分。

6.5封头的制造

换热管在材料进厂验收合格后，主要的制造工序为划线气割坡口加工加热冲压切除余量检查。

封头成形一般有两种方式，一种是旋压，一种是冲压，而冲压又分为整体冲压和分瓣冲压。

在本设备中的封头采用整体冲压成形。

封头成形过程可分为一次冲压成形，二次冲压成形及多次冲压成形。

封头成形过程中的加热温度及成形后的热处理温度推荐如下。

封头冲压时加热温度：

950℃

20℃。

封头正火温度：

920

℃。

封头回火温度：

690

℃。

为了控制好封头的成形尺寸，冲压时应注意以下几点：

a．封头冲压前，模具安装要真确，无偏心现象。

b．冲压过程中模具要清理干净，控制好压边力的大小。

c．控制终压温度和脱模温度。

椭圆形、无折边锥形封头冲压时的壁厚减薄量应不大于毛坯壁厚的10％。

冲压封头表面不允许有裂纹、刻痕和降低强度的皱纹，椭圆形的直边部分上的纵向皱褶深度应不大于1.0mm。

封头成形后对母材必须进行全面积100％UT检测，封头表面进行100％MT检测。

重沸器的上封头为无折边锥形封头，下封头为椭圆形封头。

封头冲压过程中须带封头母材试板。

试板随封头正火+回火后，取1/2模拟热处理后送检。

待试板各项性能合格后，封头才能进行后序工作。

6.6管板的制造

管板是固定管子作用的，其加工工艺随毛坯材料来源的不同而有所不同。

用作管板的材料是00Cr7Ni14Mo2，采用锻件坯料，在毛坯在精车之前，按JB755-85《压力容器锻件技术条件》的规定，对材料还需作超声波探伤和机械性能检验。

锻件的机械性能检验试样必须在同炉、同罐、同牌号和同一锻压工艺（包括热处理工艺）的饼形锻件上的切向方向取样，如图6-3所示中的1/3R处切削试样。

管板是属于典型的群孔结构。

单孔质量的好坏决定了管板的整体质量，有时甚至会影响整台换热器的制造和使用。

因此管板孔的加工是非常重要的一道工序。

要有专用的加工工艺，需要多工序、多刃具进行图6-3锻件的取样位置加工，否则很难达到相应管孔垂直度和合格的小桥尺

寸。

推荐采用数控钻床及专用的深孔钻技术。

6.7管束的制造

换热管在材料进厂验收合格后，主要的制造工序为：

固溶化热处理酸洗钝化逐根水压试验待组装。

换热器管子的表面积即为传热面积，通常以其外径上的表面积作为计算传热导面积的依据。

当管径和管子根数确定之后，管子越长，传热面积也就越大。

一般常用的管子长度为2000、3000、6000mm等。

为了安装和检修方便以及降低制造费用，制造厂根据需要大都按定尺长度进行材料定货。

否则会因管子对接焊缝的加长而可能出现焊接质量问题，并使制造成本提高。

a．固溶化热处理是将需固溶化的零件加速加热至1050℃，经短暂保温后，快速冷却到其材料的敏化温度以下的一种工艺。

固溶化热处理后其金相组织为奥氏体，晶粒度不低于7级，硬度直大于或等于22HRC。

固溶化热处理国内通常有两种方法：

一种是在工业炉内进行的热处理，这种方法工艺陈旧，温度和工艺不易控制，故效果不好；另一种方法是利用电阻法（焦耳效应），温度控制采用红外线温度检测仪与电脑程序控制相连。

整个升温、保温和冷却均为程序控制，效果较好，但工作效率较低，该方法为国际先进水平，国内所用的设备均为国外引进的，目前该方法国内只有少数制造厂掌握。

对上述两种方法处理后的残余应力进行测定，根据金属材料的线性弹性理论，采用内应力释放、常温下电测残余应力，结果为：

工业炉内进行的固溶化热处理，消除40.4％的内应力；电阻法程序控制固溶化热处理，消除73％的内应力。

b．酸洗钝化是不锈钢零件表面处理的常用手段之一，其目的是为了洗掉零件表面氧化物和污物，以使零件表面产生一层保护膜。

酸洗钝化的工艺配方是有严格要求的，各制造厂都有专用的酸洗工艺。

为了保证管子在制造后的水压试验时，以及使用运行中不致发生泄漏，还必须对管子数的5％、且不少于2根作拉力和硬度以及扩口等抽样检验。

此外，用作换热器管束的管子还应逐根地进行水压试验，其试验压力为0.84MPa，合格者方可使用。

6.8接管的制造

堆焊结构法兰与外管线连接有两种方式：

一是对接（焊接）形式，另一种是法兰连接形式。

结构内壁的堆焊分为两层：

一层为过渡层，通常堆焊309L；一层为面层，通常堆焊347L。

过渡层堆焊时需要进行预热，焊后需进行中间消除应力或消氢处理。

接管内壁一般都采用焊条电弧堆焊，对制造工艺较先进的制造厂接管内壁的堆焊均采用二氧化碳药芯自动堆焊，堆焊质量较好。

对接形式的接管对外管线连接的坡口出堆焊一层镍基焊条隔离层，见图6－4。

通常图6-4接管坡口堆焊隔离层

堆焊的是Ni182或INCONEL112焊条，目的是现场组焊时不需加热直接冷焊和减小在设备运行中由于异种材料温度变化产生的应力。

该堆焊隔离层的厚度至少应不少于4mm。

法兰连接形式的接管密封面的面层通常先不堆焊，待产品最终热处理后在堆焊和加工，以减少产品使用过程中密封面的应力腐蚀。

6.9折流板的制造

考虑到装夹和外圆切削加工的方便，弓形折流板下料时，除在直径方向上留放一定的加工余量外，还要求按整圆下板坯料。

由于折流板上各对应孔都将被同一根管子所穿过，所以要求各折流板的对应孔应有一定的尺寸和位置精度。

为此，在加工过程中常常将圆板坯按8～10块组成一叠，其边缘点焊固定，待划线或钻模钻孔后，以群孔定中心并夹紧而切削加工折流板的外圆。

为使穿管作业能顺利进行，各折流板按组叠的顺序，分别将其对应剪切成弓形（如图6-5所示），以避免孔间相对位置改变而造成的较大安装误差。

图6-5折流板的剪切

折流板的管孔直径及管桥间距的允差见第三章的3.25折流板的管孔。

折流板应矫平后加工，平面度允差为3mm，钻孔后应去除折流板上的任何毛刺，折流板外圆面两侧的尖角应倒钝。

6.10装配

6.10.1筒体、法兰的组装与焊接

筒体装焊端法兰时，除注意使筒体纵缝的布置符合立式容器的规定外，还应以法兰端面基准来保证法兰与筒体轴线的垂直度，及法兰螺孔的方位。

法兰螺孔一般应以轴线成对称分布（亦称跨中分布），其偏差不得大于5°角。

为了防止平焊法兰密封面的变形，应先焊接法兰背面，不然再进行端口焊；当然也可以两面兼顾施焊。

6.10.2管箱的组装、焊接与加工

管箱的组焊过程是，先将焊好并经验合格的筒节两端分别与已粗加工过的法兰按要求装焊。

待环焊缝或其它焊缝经过无损探伤检验合格后。

由于管板焊缝密集，焊接应力较大，当其投入使用运行后，随着高温下材料强度极度的降低而应变松弛，使密封连接处出现泄漏。

6.10.3管束的组装

管束的组装要在专用的工装架上进行（如图6－6所示），组装前对要组装的零件进行检查，合格后方能组装，装配时要注意一下几点：

a．要保证折流板与管束轴线垂直；

b．保证折流板组装方向与钻孔方向一致，且管孔同心；

c．严格按图纸要求控制管束的尺寸和折流板的方向。

图6－6管束的组装

1－管子；2－支座；3－固定管板；4－定距管；

5－折流板；6－螺母；7－拉杆；8固定螺栓螺母

穿管是一项简单而繁琐的作业，目前大多数制造厂还必须进行人工穿管。

对于有条件大批量生产换热器的制造厂，可采用穿管机械穿管。

根据管子旋转推进机构形式的不同，穿管机可以分为两种类型：

一种是管子往复旋转的平移机构，如图6-7所示。

通过两排胶棍夹紧管子，随着胶棍的往复旋转和平行移动，使管子进给和旋转。

胶棍装在一个能作升降移动和左右运动的小车上，这样便可使管子能迅速地对准待穿的孔口。

图6-7往复旋转穿管示意图

1－管子；2－胶棍；3－导向头

图6-8转动式穿管示意图

另一种是转动式机构，如图6-8所示。

它是通过几对轴线相互交错的双曲线棍子的转动，带动管子进给的。

若管子轴线与双曲线棍子的交角为α，当棍子旋转时，它与管子接触点的速度为V，假设无相对滑动，则管壁在该接触点的速度也为V，故管子的切向速度Vt和轴向速度Vn分别为：

显然切向速度Vt使管子旋转，而轴向速度Vn则使管子推进运动，从而完成穿管。

用穿管机械穿管时，为方便管子的引人，还需在管端装上一个圆锥形的导向头，当穿管完成后再将取出。

换热管与管板的连接通常采用强度焊+贴胀的连接方式，具体结构见第四章4-1强度焊+贴胀结构形式及尺寸图。

换热管与管板之间的焊接方法一般采用钨极惰性气体保护焊，焊接次数为两层，第一层自熔，第二层填丝。

由于管板表面是316L（00Cr17Ni14Mo2）材料，故整体焊接过程都为冷焊。

每层焊接完成后，焊缝表面都要按JB4730进行PT检测，Ⅰ级合格。

换热管与管板之间的贴胀方法一般有以下几种方法。

a．机械胀接法是通过一台程控机械胀管仪和外接1台三相电钻来完成胀接的，程控胀管仪可根据胀接的电流或功率来控制胀紧率。

该设备通用性强，使用灵活，适用于各种结构的胀接。

但工作效率低。

b．液压胀接法是通过液压泵站及与之相连液压胀头来完成胀接的，其胀紧率是间接换算成液压泵站的压力指示来达到要求的。

该设备的液压胀头成本较高，适用性差，通常一种规格的胀头只对应一种结构。

但它可以实现多头胀接，工作效率较高。

c．爆炸胀接法是利用“爆炸胀管弹”直接引爆来完成胀接的，“爆炸胀管弹”主要由塑料弹壳、传压介质、芯管、炸药、引爆药、桥丝和脚线等组成。

适用与胀接长度较大的结构，其胀紧率是靠多次实验得来的该装置的胀接成本高，，但工作效率高。

所有胀接都应有相应的胀接工艺评定，胀紧率一般控制在3％～8％之间。

根据各种条件选择机械胀接法。

6.10.4管束、壳体及内件装配

首先必须确定所有药装配的零部件均是合格的，并对壳体内部和零、部件表面清理干净。

（1）竖起一块管板作为基准；

（2）装拉杆；

（3）在拉杆上装定距管和折流板；

（4）穿管；

（5）把管束穿进壳体；

（6）装另一块管板点焊上；

（7）在棍轮架上焊接管板与筒体；

（8）管子在管板的固定；

（9）装接管和支座；

（10）作壳体的水压实验（检查管子和管板是否连接好），水压试验试，水温不得低于15℃，并控制试压水的氯离子含量≤25mg/L；

（11）装上两侧的管箱；

（12）作管程水压试验（检查管箱和管板的连接情况和法兰的连接情况），试压合格后应立即放净设备内的试压用水，对管、壳程分别用热压缩空气导流，将设备内的水吹干；

6.11油漆、包装

设备制造完成后，标兵应进行喷砂处理，表面粗造度应达到GB/T8923中Sa2.5级的要求。

表面应喷一遍底漆和一遍面漆，设备的油漆、包装、运输应符合JB2536的规定。

设备发货前内部还应充以0.1～0.2MPa的氮气。

6.12重沸器在使用中常见故障及处理

6.12.1原因

1．操作不当，温度剧烈变化，严重热胀冷缩。

2．管、壳程设备汽蚀、腐蚀严重。

3．密封垫损坏，检修质量差。

6.12.2现象

1．内漏：

a．管程压力高于壳程时，则管程介质漏入壳程，管壳程压力、温度变化大。

b．壳程压力高于管程时，壳程介质漏入管程，管壳程压力、温度变化大。

c．有可能导致下游设备内温度、压力变化大，或夹带液体、介质浓度变化。

2．外漏:

a．设备外壳有渗漏或蒸汽喷出，壳程压力降低。

b．管程出口温度简单，或温度变化大。

6.12.3处理

1．介质走副线，关管壳程入口、出口阀。

2．采用单体设备停用检查法，按停工步骤处理。

3．全面切出设备，进行解体处理。

4．通知检修单位进行检修。