管殼式換熱器是目前套用較廣泛的一種換熱器。文獻附錄A規定,設計溫度低於或等於-20℃鋼製管殼式換熱器為低溫管殼式換熱器。
基本介紹
- 中文名：低溫管殼式換熱器受壓元件連線及焊接工藝
- 中圖分類號：TU995
- 文獻標識碼：B
- 文章編號：1000-4416(2008)04-0A21-03
簡介,技術參數,連線方式,製造工藝,
簡介
摘要:探討了低溫管殼式換熱器的管子與管板、管板與殼體的連線方式及焊接工藝。
關鍵字: 低溫管殼式換熱器; 受壓元件; 連線; 焊接
中圖分類號: TU995 文獻標識碼: B 文章編號:1000-4416(2008)04-0A21-03
管殼式換熱器是目前套用較廣泛的一種換熱器。文獻附錄A規定,設計溫度低於或等於-20℃鋼製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、管板與殼體的連線是管殼式換熱器質量控制的關鍵。如果連線處發生泄漏,將導致兩種工作介質混合,輕者損失熱量與產品,重者將危及設備與人身安全。本文以唐山化工機械有限公司設計製造的固定管板低溫管殼式換熱器為例,探討受壓元件連線方式及焊接工藝。
技術參數
該低溫管殼式換熱器的主要技術參數見表1,傳熱面積為60 m2。換熱器殼體規格為DN 600mm,材質為16MnDR;管子規格為Φ19×2. 5,材質為16Mn(正火);管板材質為16MnDⅡ。文獻附錄A中對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下使用,並宜採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。若在回火溫度以上熱成形時,應根據需要進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按JB 4708—2000《鋼製壓力容器焊接工藝評定》進行焊接工藝評定試驗,包括焊縫和熱影響區的低溫夏比(V形缺口)衝擊試驗。衝擊試驗的取樣方法和合格指標見文獻。對於普通管殼式換熱器,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構設計應有足夠的柔性,連線應平滑過渡,避免截面的急劇變化以降低局部應力,因此殼體與管板的焊接採用對接方式,見圖2。焊接完畢後,按JB/T 4730—2005《承壓設備無損檢測》進行超音波或表面探傷,比例不少於各條焊縫的50%,合格級別為Ⅱ級。最後按技術要求對整台低溫管殼式換熱器進行整體水壓試驗,水壓試驗是換熱器受壓元件密封連線的最終檢驗。對水壓試驗不合格的接頭應進行補焊,但一個接頭補焊次數不宜超過3次。
圖 2 低溫管殼式換熱器殼體與管板的焊接方式
3 管子與管板的連線方式與工藝
連線方式
管子與管板的連線方式有脹接、焊接、脹接+焊接等。通常,普通管殼式換熱器選用焊接的連線方式,保證管子與管板連線的密封性能及抗拉脫強度。對於規格為Φ19×2. 5的管子,普通管殼式換熱器管子與管板的連線方式見圖3。
對於該低溫管殼式換熱器,由於工作介質和使用條件的要求,管子與管板的連線方式選用脹接+焊接。低溫管殼式換熱器管子與管板的脹接+焊接連線方式見圖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械脹接、爆炸脹接、液壓脹接、脈衝脹接等。機械脹接採用滾珠進行脹管,具有操作簡便、製造成本低等優點,因此得到了廣泛套用。製造該低溫管殼式換熱器時採用了機械脹接。
製造工藝
① 試脹
正式脹接之前應該進行試脹。試脹的目的是驗證脹管器的質量,驗證預定的管子與管板孔的結構是否合理,檢驗脹接部位的外觀質量及接頭的密封性能,測試脹接接頭的抗拉脫強度,尋找合適的脹管率,以制定出滿足質量要求的脹接工藝。試脹應在試脹工藝試板上進行,試板應與產品管板的材料、厚度、管板孔大小一致,試板上管板孔的數量不少於5個。試脹用管子的材料、規格應與產品用管子一致,試脹用管子的長度一般為管板厚度加50 mm。試脹前應根據脹管率計算出管子脹接後的管徑,脹管率可按JB/T 9619—1999《工業鍋爐脹接技術條件》推薦的計算式進行估算。脹管率應在0. 9% ~2. 2%範圍內選取。脹管率小於0. 9%為欠脹,此時管子脹後未產生足夠的塑性變形,不能保證脹接質量。脹管率大於2. 2%為過脹,此時管子脹後產生過大的塑性變形,加工硬化現象嚴重,易導致管子出現裂紋等缺陷,管板也可能產生塑性變形而使脹後的管板不能有效回彈,從而影響脹接接頭的性能。脹管率應根據脹接方式而定,製造該低溫管殼式換熱器時根據試脹結果取脹管率為1%。
脹接過程應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致管子出現裂紋等缺陷,也有利於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
工藝試驗包括密封試驗、拉脫強度試驗、解剖檢驗。密封試驗是在專用裝置上進行水壓密封性試驗,檢查脹接接頭的嚴密性;拉脫強度試驗是檢驗管子與管板脫離強度的試驗;解剖檢驗是把脹接接頭分解後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合狀態是否良好,檢查管子與管板孔外壁接觸表面的印痕和嚙合狀態。
③ 正式脹接
正式脹接之前管子應逐根進行水壓試驗,對管子端部進行清洗,清除鏽蝕、油污等雜物。脹管時應按試脹結果確定合適的脹管率,測量管子端部直徑及管板孔直徑,並進行合理的分組搭配,保證脹接質量。脹接時管子因受擠伸長對管板產生作用力,脹按順序安排不合理易導致管板變形。比較合理的脹接順序是從管板中央區開始脹接,然後放射性向四周脹接。脹接環境也很重要,脹接應在0℃以上進行。脹接時應防止潤滑油流入管子與管板孔的間隙中。正式脹接過程應與試脹過程一致,由初脹和終脹兩步完成,最後進行焊接。
參考文獻:
GB 151—1999,管殼式換熱器[S].
GB 150—1998,鋼製壓力容器[S].
