螺纹锁紧环式换热器介绍
目
录
一、概述
二、螺纹锁紧环式换热器制造简述
三、螺纹锁紧环式换热器简明工艺流程图
一、概述
1．简要说明
螺纹锁紧环式换热器是当前世界先进水平的热交换设备, 国内外大型炼油企业在加氢裂化和重油加氢脱硫装置中一般均采用此种形式换热器。它具有结构紧凑, 泄漏点少,密封可靠, 占地面积小, 节省材料的特点.一旦运行过程中出现泄漏点, 也不必停车,紧固内、外圈顶紧螺栓即可达到密封要求。但结构复杂,机加工量大, 装配复杂,拆卸需要借助专用工装,随着炼油规模及装置大型化及其装置的更新、增加,对此类设备的年需求量日增。以往此类设备, 均依赖从日本、美国及意大利进口, 国家每年需支付大量外汇, 故早在“七五”期间, 国家将其列入国产化攻关项目, 由中石化总公司、原机械部组织, 洛阳设计院与兰石厂联合攻关。最初,通过引进、吸收、消化国外技术及意大利IMB公司合作生产的方式, 为镇海炼厂“80万吨/年加氢裂化装置 ”生产出两台 (重叠为一组) “H--H”型螺纹锁紧式换热器。在此基础上,又进行了联合攻关的第二步, 即完全国产化一台, 此台也用于此装置中。这三台换热器, 在镇海炼厂未停车运行三年多后进行设备检修至今运行正常, 证明其质量是有保证的。此三台换热器的制造成功, 标志着此类换热器整体制造功关目的已基本达到, 从设计到制造, 已具备国产化的条件。双壳程螺纹锁紧环高压换热器为九十年代国外新一代高科技产品。八十年代中期,各制造厂家就在开发研究 “双壳程螺纹锁紧环高压换热器”上投入了较大的人力、物力, 从材料的采购，结构设计，制造工艺及质量控制等方面进行了大量的工作, 并制定出科学合理可操作的制造工艺方案。此类设备主体材料的焊接和内壁不锈钢层的堆焊,其工艺已相当成熟。单个筒体环缝坡口均采用立车加工，以保证组装后的直线度。为了保证两大段组装后达到图纸的要求, 在两大段对接端口设计了自动定心工装, 大螺纹加工是本设备制造非常重要的一环,各制造公司设计了专用测量工具及样板,编制了专用加工工艺和检检方法,采用了大型数控镗铣床加工, 保证大螺纹一次加工成功,换热管与管板贴胀,采用新开发出的液压涨管技术进行涨结,管壁无机械损伤和减薄, 提高了管壁抗腐蚀能力, 并且大大便利了内部施工,降低了劳动强度.安装管箱内件, 采用新设计旋螺纹工装旋入大螺纹, 确保螺纹环旋到位.这充分说明国内制造厂有条件，有能力制造开发更高参数更新结构的双壳程螺纹锁紧环高压换热器。八十年代,此设备在石油行业一直为国外进口产品,国内于1989年在国内首家与意大利 IMB合作为镇海炼油厂成功生产了三台螺纹锁紧环高压换热器，填补了国内制造领域的空白, 此后又先后为辽化、武石化、天津炼厂、长岭炼厂、镇海炼化等单位提供了近150台此类设备.产品质量完全可替代国外进口。
2.遵守执行的主要标准规范
设备除遵守制造协议的要求外, 尚应符合设计院的图纸及下列规范、规程和标准的规定。
2.1 GB150《钢制压力容器》或JB4732 《钢制压力容器--分析设计标准》 2.2 劳动部颁发的《压力容器安全技术监察规程》。 2.3 JB4730《压力容器无损检验》。 2.4 JB4708《钢制压力容器焊接工艺评定》 2.5 JB4726-4728《压力容器用锻件》。
2.6 ASME BPV Code Ⅷ-
1、Ⅷ-
2、TEMA 标准。
二、螺纹锁紧环式换热器制造简述
螺纹锁紧环式换热器是当前世界先进水平的热交换设备, 国内外大型炼油企业在加氢裂化和重油加氢脱硫装置中一般均采用此种形式换热器.它具有结构紧凑, 泄漏点少, 密封可靠, 占地面积小, 节省材料的特点.一旦运行过程中出现泄漏点, 也不必停车, 紧固内、外圈顶紧螺栓即可达到密封要求.但结构复杂,机加工量大, 装配复杂,拆卸需要借助专用工具。
1.结构特点
1.1 设备由壳体、管箱、管束、盖板、端盖及螺纹锁紧环等组成。
1.2 壳程采用双壳程, 可大大提高换热效率, 为保证上、下壳程不串漏, 对壳体直线度、圆度均提出严格要求, 加大了制造难度。
1.3 管箱内部采用双层不锈钢堆焊, 管箱内件均为不锈钢。
1.4 管箱两进、出口大接管, 增加一段不锈钢过渡段, 大大便利用户现场管线装配焊接。 1.5 大螺纹采用美国ANSI B1.8-1977标准的短齿梯形螺纹。
1.6 管程密封面改以往凹凸面密封为平面密封.以避免因长期高温工况下使用,不锈钢大盖板变形,凸面不能扣合凹面之弊端。
2.主要部件的制造
2.1壳体
由于本设备结构为双壳程, 因此对壳体、圆度、直线度要求极严格, 壳体内壁需机加工才能满足设计要求, 故我们对其制造采用以下工艺措施加以控制。
2.1.1 筒节: 单个筒节环缝坡口均采用立车加工, 以保证组装后的直线度。
2.1.2 壳体分为两大段组装,分别机加工两段内壁,边加工边测厚。
2.1.3 两大段最终组成一体, 为了保证两大段组装后仍能满足图纸要求, 我们在两大段对接端口设计了自动定心工装。由于采用了上述工艺措施, 克服了我厂对4M多长壳体无法整体加工
难题, 从而用工艺方法保证了设计图纸要求。 2.2 管束
本设备管束与通常U型管换热器不同: ①因双壳程,中间插入一密封隔板，②管板厚, 钻孔、胀管困难。我们在制造中采用了下述工艺.2.2.1 密封隔板
密封隔板与壳体内壁之间间隙控制的好坏, 直接影响是否能将上、下壳程有效密封, 是此设备制造关键之一。 因此,在制造中, 根据已加工好壳体内径尺寸, 采用机加工手段, 严格控制了隔板的宽度、长度尺寸.隔板上的压条与之配钻,从而使0.1厚不锈钢纸与隔板之间可靠连接,保证了密封的可靠性。 2.2.2 U形管
2.2.2.1 一般U型管最小R 管的煨制难度大, 需做大量工艺验证,以满足壁厚减薄量要求, 制造厂还增做逐根通球试验。 2.2.2.2 为保证U型管质量,专用U形管转运架和划线专用胎。 2.2.2.3 U形管R端部, 利用美国进口专用设备, 进行固熔化热处理, 以彻底消除残余应力。
2.2.2.4 穿管前, 逐根U形管进行了两倍设计压力的水压试验。 2.2.3 折流板
该管束因独特结构, 如工艺不当,极易造成U形管无法穿,我们采用下述工艺。
2.2.3.1 使用专用钻模, 保证孔间距公差。
2.2.3.2 折流板与中间隔板接触部位采用机加工.由于上述措施及U形管良好的成型尺寸,使后序穿管很顺利。
2.2.4 管箱及管板
管箱的制造是本设备制造过程中的又一关键。其内部采用双层不锈钢堆焊，堆焊后需机加工内表面, 内件多, 装配尺寸要求严格,管箱上两个安放式大接管焊接在制造上均有一定难度, 工艺还需考虑合理装配顺序,为此我们制定了以下制造工艺: 2.2.4.1管箱壳体单独堆焊,单独加工。
2.2.4.2 管板钻孔, 采用进口的数控钻床钻孔,保证孔的垂直度和光洁度要求。
2.2.4.3 为保证堆焊层厚度, 工艺安排边加工边测量。
2.2.4.4 管箱内件均焊后加工, 这样保证了内件的顺利装配及可能因内件焊后变形造成管、壳程分隔不好, 使之串漏。
2.2.4.5 两大安放式接管, 采用单面焊, 背面机加工清根办法。
2.2.5 管束组装
2.2.5.1 换热管与管板焊接采用焊两遍, 保证焊脚高度。
2.2.5.2 换热管与管板贴胀, 采用新开发出的液压涨管技术。
2.3 不锈钢大密封盘加工密封板是本设备关键另件之一, 其质量好坏, 直接影响到产品密封可靠性及产品使用安全性.其具有直径大、壁薄、加工时变形不易控制、尺寸精度要求高、不易装卡等难点.针对上述问题, 我们根据以往加工经验, 设计了专用装卡工装, 加工出合格另件。
2.4 大螺纹的加工
大螺纹加工是本设备制造非常重要的一环, 在技术准备时,认真分析图纸, 研究各部位尺寸,设计了专用测量工具及样板, 编制了专用加工工艺和检查方法, 采用大型落地数控镗铣中心加工, 壳体与管箱整体热处理后最终一次性加工出合格螺纹。 2.5 产品最终装配及水压试验
由于前期严把各工序质量, 各另、部件制造均符合图纸要求,这就为产品最终组装奠定了良好的基础。
2.5.1 壳体水试, 此次水试, 重点检验管板与管头的焊接质量。 2.5.2 安装管箱内件, 采用新设计旋螺纹工装, 旋入大螺纹, 旋螺纹仔细测量尺寸, 以确保螺纹环旋到位。
2.5.3 管程水试, 按图纸要求, 管、壳程同时升压, 管程升压到保压1小时, 水试一次合格通过.根据工艺方案,利用从ESAB等购置的窄间隙焊接装置和带板堆焊装置等, 可完成管箱、壳体和大接管内壁的带极埋弧堆焊 (或带极电渣堆焊) 和TIG自动堆焊, 厚板窄间隙埋弧自动焊和换热管头的TIG焊.----储备有“γ射线机”和直线加速器,探伤厚度达250毫米。可对管箱安放式接管的马鞍型焊缝作100%的RT.串列式等UT设备齐全, 可按设计院提出的UT技术条件或按国标及美国的有关标准作堆焊层的UT.----根据原设计要求, 自制了“烘干处理装置”。堆焊设备备完工后内部充N2保证了设备运输和放置期间的质量要求.----此外, 还设计、制造和配备有全套工装.如U形管单根高压试压装置,管束起吊工具;穿装管束装置(变滑动为滚动)，装拆大螺纹锁紧环的工装等，保证了产品质量, 提高了工作效率。
3. 焊接
3.1 管箱堆焊
3.1.1 管箱的堆焊, 堆焊加工后, 都能满足图纸要求, 我们采取的工艺措施是: 3.1.1.1 堆焊过渡层时, 对管箱进行均匀加热达到堆焊予热温要求，
3.1.1.2 堆焊时采用进口钢带, 较小焊接规范，
3.2 管箱、壳体间的环缝焊接
采取的焊接方法为内手工单面焊双面成型, 埋弧自动焊,这样就可以解决由于管箱内部清根操作困难,焊后环缝径向内缩量大的问题, 在产品实际施焊时, 我们将选派水平较高且具有相应焊工资格的焊工进行焊接, 均能保证100%UT、100%RT、100%MT一次合格，
3.3 接管与管箱的焊接
接管与管箱的焊接, 由于管箱壁较厚, 为了减少由于焊接填充量大引起焊接应力增大而造成的焊接变形, 以保证管箱椭圆度的要求,选择了最佳坡口, 焊接采用手工电弧焊,国内已完全掌握了这种焊接技术, 可保证接管与管箱焊缝100%UT、100%RT、100%MT一次合格
4、热处理
4.1 管箱、筒体
管箱采用2.25Cr-1Mo及1.25Cr-0.5MoSi钢锻件制造管箱，内壁堆焊防腐不锈钢层,管箱壁厚不均匀, 形状不规则, 在焊后消除应力过程中, 我们采取了较慢的升降速度, 并根据技术条件要求在管箱环缝上布置了热电偶, 准确的测量并控制了工件的退火温度。
换热器对筒体的直线度和椭园度有很高的要求, 直线度不大于±1mm, 椭园度不大于2.5mm。因此, 我们采用冷卷成型, 纵缝组焊后经过消除应力热处理, 再进行冷校, 这样就保证了筒体加工前的尺寸精度.在焊后热处理中,在筒体外壁加支撑圈固定,并合理摆放了热处理支座的位置, 保证筒体在热处理过程中无较大变形.根据技术条件要求, 在焊后热处理过程中, 在筒体纵缝和环缝上布置热电偶, 测控工件本身温度。 4.3 U型管固溶化处理
U型管为无缝钢管,材质符合SA213标准.为了避免管子弯曲部分在使用过程中引起腐蚀, 我们采用意大利进口设备对 U型管的变曲部分进行固溶处理, 固溶处理范围包括U 型管煨弯的部分及相连至少300mm长的直管段,处理前将这部分管子用丙酮擦试干净, 整个固溶处理过程中采用光学高温计来测定、校对处理温度, 管子固溶化处理完毕后, 对其逐根进行试压。U型管固溶处理工艺为:1050±20℃:10秒保温后,管内充气冷却, 3分钟内降到300℃以下，经实际认真检测,多项指标均可符合图纸要求, 工艺是合理可行的。
5.2 在投料前对每个关键部位的工艺方案进行论证, 所有工艺评定要为生产留有足够的裕量。
5.3 在制造过程中执行质控负责人制。要对产品质量进行全过程监控, 实行技术准备、材料采办、工艺措施、工序检验、设备保障分工负责制, 以确保各部门工作质量.产品质量必须在受控状态下运行。 5.4 为保证产品按期交货, 炼化设备厂领导班子个人交纳风险抵押金, 按期完成奖励, 否则扣罚。
5.5 与驻厂劳动监检部门和代表用户的第三方检验人员建立密切合作关系, 配合他们完成监检大纲的编制和对产品的监造工作。 5.6 加强与原设计单位联系, 主要技术问题的处理须得到原设计的确认。
5.7 产品交货后, 按产品\"三包\"规定, 积极做好售后服务工作。
三、螺纹锁紧环式换热器简明工艺流程图
┌────┐
材检
超探
下料
冲压成形
正火+回火热处理
探伤
二次下料
加工坡口
│封
头├----○------○------○--------○--------------○------------○---------○-----------○----------→
A
└────┘
┌────┐
材检
初加工
超伤
精加工
堆焊过渡层
退火热处理
着色探伤
加工堆焊层
堆焊表层
探伤
加工开孔
│管箱筒体├---○-----○-----○-----○--------○----------○---------○---------○---------○------○------○-------─┐
└│
加工螺纹
探伤
退火热处理
组焊接管
│
B ←-------○-----------○----------○------------○-----┘
─
─
─
─
┘
┌────┐
材检
初加工
探伤
精加工
↑
│壳程筒体├---○------○------○------○-----→
C
D
└────┘
┌────┐
材检
初加工
探伤
精加工
堆焊过渡层
退火热处理
堆焊表层
加工堆焊面
探伤
加工成形
│接
管├---○------○------○------○---------○-----------○----------○----------○--------○------○-----→
D
└────┘
┌────┐
组装管束骨架
穿U形管
管头焊接
着色探伤
管头胀接
│管
束├-------○------------○--------○---------○---------○-----→
E
└────┘
A ─┐
┌────┐
│壳体与封头组焊
探伤
退火热处理
探伤
组焊管箱筒体
探伤
退火热处理
探伤
装管束
装内件
│总
装│
│-----○----------○--------○-------○--------○--------○-------○-------○-----○------○-─┐
└───
─
┘
│
↑
│
B
─
┘
B
│
│
发运
包装
油漆
表面清理
管、壳程同时水压试验
安装锁紧环
管头水压试验
│
←----○--------○-------○-------○----------------○----------------○------------○------┘
