集箱

為了提高鍋爐效率，筒式鍋爐逐漸發展為管式鍋爐，以增加傳熱面積。鍋水由鍋筒經下降管流入下面的箱體中，由箱體分配給各管束，這些管束中的水不斷吸收熱能，匯集到上面的箱體中再流回鍋筒內。我們把上、下的箱體稱為集箱或者聯箱。集箱（又稱聯箱），是鍋爐的重要組成部分，分為上集箱和下集箱。

基本介紹

• 中文名：集箱
• 主要作用：是將工質匯集起來
• 又稱：聯箱
• 集箱的作用：讓各個管子裡面的工質在這裡匯合

簡介

主要作用是將工質匯集起來，或將工質通過集箱重新分配到其它管道中，即匯集、混合、分配工質，保證工質均勻分配、均勻加熱。下集箱又稱防焦箱，它位於爐排的兩側，直接與燃燒的煤層接觸，作用是冷卻結焦的爐渣不與側牆壁粘結。

定義

按其所在位置有上集箱和下集箱或進口集箱和出口集箱之分。按所匯集的管束類別分為水冷壁集箱、過熱器集箱、省煤器集箱等。

作用

集箱的作用

集箱是鍋爐工質混合、保證工質均勻加熱的管件。通常工業鍋爐的爐牆是由一排排的管子（水冷壁）拼接起來構成的，但鍋爐體積龐大，結構複雜，不能保證所有的管子裡的工質的吸熱量都是一樣的，不同的部位吸熱量相差很多，安裝集箱可以讓各個管子裡面的工質在這裡匯合，再分配到下一級各根管子裡去，這樣可以減少熱偏差，使得工質的吸熱、流動、鍋爐的冷卻、鍋爐熱效率都得到最佳化提高；另外，鍋爐上、中、下部分各段管子的規格大小、管子數量以及布置方式都不同，集箱就負責連線各段，保證工質的流通順暢。

“防焦箱”由來

鍋爐的下集箱還有一個作用就是防止結焦，它位於爐排的兩側，直接與燃燒的煤層接觸，成為爐膛底部的主要吸熱面。目的是吸收部分熱量，調節燃料層的溫度，防止結焦，並冷卻結焦的爐渣不與側牆壁粘結，故又稱防焦箱。

集箱的製作工藝

結構與材料

在各種型號或等級的鍋爐中，集箱的結構基本相似，大多是由筒體、端蓋、大小管接頭、三通、彎頭、附屬檔案（預焊件或吊耳）等零件組成。典型的集箱結構見圖1所示。

圖1 典型集箱結構簡圖

1-手孔裝置 2-半球形端蓋 3-圓弧板 4-筒體 5-三通

6-包裝預焊件 7-小管接頭 8-導向板

電站鍋爐中集箱的筒體直徑範圍一般為φ89mm～φ914mm，壁厚範圍為7mm～150mm，最大長度約23000mm。集箱的材質為碳鋼（如20G、SA-106B、SA-106C）、低合金耐熱鋼（如15CrMoG、12Cr1MoVG、WB36、SA-335P12、SA335-P22）、中合金耐熱鋼（如SA-335P91），超超臨界鍋爐更用到了SA-335P122、SA-335P92等。集箱製造中常用的設備一般包括坡口機、鑽床、鏜床、環縫自動埋弧焊機、CO2氣體保護焊機、彎管機、水壓機、熱處理爐及柱塞式水壓泵等。

引用標準

200MW及以下的鍋爐集箱，按照30.2000.067（G）製造，300MW及以上的大容量鍋爐集箱按照HG5.2.1.5（1）製造，並同時滿足96版《蒸汽鍋爐安全技術監察規程》的要求，打ASME鋼印的產品滿足ASME法規的要求。

大容量鍋爐集箱還引用以下標準：

94-0433 集箱環形對接焊縫

30.97.247 鍋爐對接焊縫超音波檢測規程

30.2001.322 焊縫射線檢驗規程

30.2001.323 焊縫超音波檢驗規程

30.2001.327 液體滲透檢驗規程

30.2001.328 濕粉連續法磁粉檢驗規程

30.2003.343 鍋爐管接頭角焊縫超音波檢驗規程

HG30.97.050 坐式接管管座焊縫超音波檢驗規程

HG30.2000.003(D) 大容量鍋爐油漆包裝技術條件

HG30.2003.005(B) 大容量鍋爐受壓部件焊接技術條件

HG30.2003.006(C) 大容量鍋爐焊接接頭力學性能檢驗標準

HG30.2004.008(D) 大容量鍋爐焊接接頭金相檢驗方法

HG30.2003.012(B)大容量鍋爐部件焊後熱處理技術條件

HG30.2003.053(C) 大容量鍋爐集中下降管角焊縫超音波檢驗規程

HG2.4.6.7(3) 大容量鍋爐水壓試驗技術條件

HG4.1.1.1(2) 大容量鍋爐鋼材熱切割前預熱及鋼板切割零件技術條件

HG5.1.1(2) 大容量鍋爐用外徑小於或等於101.6mm(4″)的管子製造技術條件

HG5.2.1.6(1) 大容量鍋爐外徑大於101.6管子、管道和連線管件的製造技術條件

HG5.3.7.1(1) 大容量鍋爐鍋筒、集箱、減溫器、管路系統、連線管、泵入口集箱、啟動分離器和貯水箱的清理技術條件

HG6.13.2.2(2) 大容量鍋爐母材表面和焊縫表面的目視檢查和修磨

HG-D-980-052 分段集箱製造公差

HG-D-980-053 不分段集箱製造公差

HG-C-980-543 集箱耳板裝配公差

200MW及以下鍋爐集箱還引用以下標準：

30.96.243 鍋爐水壓試驗技術條件

30.1999.044 鍋爐受壓元件焊接技術條件

2000-0080 產品材料代用規定

30.96.230 熔化焊對接接頭射線照相檢驗規程

30.94.040 200MW鍋爐產品油漆、包裝及發貨技術條件

1999-0201 鍋爐管孔中心距尺寸偏差

96-0249 中低壓鍋爐焊接管孔尺寸

30.2000.286（E） 金屬材料入廠驗收和檢驗標準

30.98.274 額定蒸汽壓力P≤2.5MPa蒸汽鍋爐及熱水鍋爐的集箱製造技術條件

98-0730 關於原材料、焊縫、熱處理和無損檢驗產品識別標記的規定

30.96.271 關鍵部件清潔度標準

2000-3473 管接頭

56-0228 手孔尺寸公差

製造工藝簡介

(一)筒體下料

集箱筒體全部採用大直徑無縫鋼管。筒體下料一般採用磁輪氣割機進行氣割下料，此種方法是在磁輪小車上加裝火焰氣割槍，由磁輪小車吸附在管壁上帶動氣割槍做圓周運動，將管子割斷，在切割厚壁管時，需要在割前預鑽φ7mm的孔，如圖4所示。這種下料方法具有操作簡便、速度快、割口整齊的特點，切割前應根據筒體的壁厚和材質附加預熱措施。但對於P91等級材料的筒體，由於其熱切割性能極差，可選用大型帶鋸床進行鋸切下料，如圖3所示。

圖3 大直徑管的大型帶鋸床下料

1-帶鋸機機頭 2-帶鋸 3-固定夾塊 4-大直徑管 5-送料輥道

圖4 大直徑管的磁力氣割下料

1-磁力氣割機 2-大直徑管 3-支架

（二）彎頭的壓制

集箱或管道中的彎頭大部分為大直徑厚壁彎頭，彎曲半徑等於管徑的1倍，採用壓制的工藝。大直徑厚壁彎頭的彎曲角度有90°、75°、40°或45°、30°等，其中90°彎頭最為常用。

在壓制彎頭時，一般分為兩種壓制方法：一種是毛坯全部採用大直徑無縫鋼管，通過多次壓縮擠壓的方法來製成彎頭，主要用於加工厚壁短半徑彎頭，為保證彎頭橢圓度及減薄量的要求，必須控制每次壓制前預變形的壓扁量，最後採用精整模進行精校成形，如圖5 a）所示；另一種是毛坯採用鋼板，先壓成兩個彎曲的半圓瓦片，然後對接焊制而成，其焊縫採用全焊透結構，焊前背面加襯環，焊後清除襯墊，彎頭兩側無直段，此種壓制方法適用於壁厚較薄的彎頭，如圖5 b）所示。

圖5 大直徑管壓制彎頭

通常彎頭毛坯尺寸的確定方法有如下公式：

1.毛坯管外徑的計算公式：D=D0+δ

式中：D－毛坯管外徑，單位mm；

D0－彎頭名義外徑，單位mm；

δ－外徑餘量，詳見表7.2-1，單位mm。

表7.2-1 彎頭毛坯管外徑餘量 （單位：mm）

D0	φ324	φ356	φ406	φ457	φ508	φ559	φ610	φ762	φ813
δ	32	50	51	51	51	51	75	113	117

2.毛坯管壁厚的計算公式為：T=tmin+5

式中：T－毛坯管壁厚，單位mm；

tmin－彎頭理論最小壁厚，單位mm。

3.毛坯管長度的計算公式為：L=kαπR/180

式中：L－毛坯管下料長度，單位mm；

α －彎頭角度，單位°；

R－彎頭名義半徑，單位mm；

K－修正係數，K=1.4左右。

(三)大口徑三通的製造

三通大體分為：鍛造擠壓三通（以下簡稱鍛壓三通）、焊接三通、沖焊三通。 幾種三通的結構如圖6所示。

圖6 三種三通結構示意

a）腰鼓形鍛壓三通 b）等徑焊接三通 c）等徑沖焊三通

鍛壓三通是使用最多的型式，其具有流通阻力小等特點，鍛壓三通的毛坯是採用大直徑無縫管，經過開孔、預變形、翻邊、精整、縮徑等多次熱壓過程而成形。三通的結構一般要設計成等徑三通，或支管直徑小於主管直徑，受到模具的限制，一般主管長度不超過1200mm、支管高度不超過200mm。

焊接三通只是在對流通阻力要求很小的省煤器系統中採用，焊接三通的支管端部加工成馬鞍形坡口，焊縫外表面要求打磨成圓滑過渡，主管內孔稜角打磨出半徑為r≥8mm的圓角，焊縫在熱處理前後進行100%RT+100%UT+100%MT。

沖焊三通只是在壁厚較薄的再熱器系統中採用（現在已逐步減少套用），沖焊三通採用厚壁鋼板，先衝壓出三通的上下半圓瓦片，然後在上半瓦片上開孔、衝壓翻邊、精整，製造出三通的支管，最後將上下半瓦片對接，可採用窄間隙埋弧焊工藝方法拼接兩條縱縫。

無論採用何種三通，其任何部位的實際壁厚必須大於理論最小壁厚，作為坯料的無縫鋼管或鋼板必須經過100%超音波檢查。

（四）筒體鑽孔

管孔的加工採用搖臂鑽床或數控多軸鑽床，採用數控多軸鑽床加工管孔，具有生產效率高、管孔節距尺寸精確、設計的鑽孔刀具可一次性加工出管孔的坡口等特點。

（五）管接頭的裝焊

集箱筒體上的管接頭一般有兩種，一種是直徑超過101.6mm的大直徑管接頭，如集箱端蓋和環縫附近開設的手孔管接頭和閥座。另一種是直徑小於101.6mm的小直徑管接頭，用於集箱與省煤器、過熱器和再熱器等管屏組焊。在集箱筒體全長度上焊有大量密排的小直徑管接頭，有的是長度小於300mm的短管接頭，也有的是彎成一定形狀長度為300～1700mm的長管接頭。

大管接頭的接頭形式為馬鞍形，通常採用採用氬弧焊（包括手工和自動兩種工藝）打底，焊條電弧焊或CO2氣保焊填充蓋面的焊接工藝，其中CO2氣保焊，配以藥芯焊絲，是近些年新興的焊接技術，具有焊接效率高、焊縫成形美觀的特點，其焊接效率可達到手工電弧焊的2倍以上。

小管接頭在集箱中數量最多，結構形式也最複雜，由於要與受熱面管屏相接，為吸收管屏受熱產生的膨脹量，一般小管接頭均彎曲成一定形狀，所以在裝焊時，小管接頭的定位將十分關鍵。小管接頭的裝配採用定位多孔板的方法，即首先將位於集箱端部的各排小管接頭裝配定位，然後在管端拉線，並裝配定位多孔板，將其餘的小管接頭再按照定位多孔板上的管孔進行裝焊，這樣就保證了所有小管接頭的節距尺寸。

（六） 集箱熱處理

採用大型熱處理爐供集箱進行整體熱處理，保證能夠很好的滿足集箱熱處理的要求。

（七） 集箱水壓

水壓時環境空氣溫度不低於5℃，，水溫高於受試工件材料的露點和脆性轉變溫度，但不高於70℃，推薦碳鋼水溫為21℃～40℃，合金鋼水溫為30℃～50℃。水壓後將工件內部的水排淨，然後用壓縮空氣吹乾工件外表面，再用壓縮空氣對工件內部進行吹水，保證集箱內部不存積水。

（八）集箱內部清潔度

集箱內部如果存在草帽頭、鐵屑等雜物，在電廠運行時，極易引起爆管等停爐事故，因此對集箱內部的清潔度必須加以嚴格的控制，集箱鑽完孔後，用內R風銑刀將管孔內壁上的草帽頭、毛刺清理乾淨，及時將集箱內部雜物清理掉，在裝焊時儘量避免將雜物掉到集箱內部，水壓後倒角時，將其它管接頭蓋住，防止鐵屑掉入，在最後出廠前清理時，每個管接頭都通鋼絲繩進行通道檢查，防止有異物堵住管接頭，筒身內部採用壓縮空氣吹等方法清理雜物，最終用內窺鏡對每根管接頭和集箱內部進行檢查，保證出廠的每根集箱的內部清潔度符合要求。