孟亞惠

(甘肅省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院，甘肅 蘭州 730020)

直徑Φ1800mm螺紋鎖緊環(huán)式換熱器的全面監(jiān)督檢驗(yàn)

孟亞惠

(甘肅省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院，甘肅 蘭州 730020)

針對國內(nèi)直徑最大的Φ1800mm螺紋鎖緊環(huán)式換熱器，從資料審查、質(zhì)保體系運(yùn)轉(zhuǎn)情況、制造、焊接、組裝和水壓試驗(yàn)等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，各項(xiàng)檢驗(yàn)項(xiàng)目、檢查結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求，為今后監(jiān)檢此類設(shè)備奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

換熱器、螺紋鎖緊環(huán)、制造

今年，甘肅省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院順利完成了某單位蠟油加氫裂化裝置中的三臺(tái)超大直徑螺紋鎖緊環(huán)式換熱器產(chǎn)品的全部監(jiān)檢工作。該換熱器是目前國內(nèi)制造的最大直徑為Φ1800mm的螺紋鎖緊環(huán)式換熱器，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度較大。因此，針對該產(chǎn)品的特點(diǎn)，專門制訂了監(jiān)督檢驗(yàn)大綱，以下結(jié)合該產(chǎn)品的制造過程，闡明我院進(jìn)行監(jiān)檢的情況。

1 圖紙、設(shè)計(jì)資料的審查

該換熱器的設(shè)計(jì)圖紙（如圖1所示）由具備相應(yīng)資質(zhì)的設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)依據(jù)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)均現(xiàn)行有效，設(shè)計(jì)資格在有效期內(nèi)，設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù)（見表1）和檢測比例符合有關(guān)要求，設(shè)計(jì)計(jì)算書齊全。

圖1 螺紋鎖緊環(huán)式換熱器結(jié)構(gòu)圖

表1 螺紋鎖緊環(huán)式換熱器技術(shù)參數(shù)說明

2 制造

主要針對制造過程的難點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面跟蹤，并到現(xiàn)場仔細(xì)查看工人的實(shí)際加工制造情況。

1）管箱內(nèi)螺紋、螺紋鎖緊環(huán)外螺紋的加工。螺紋的加工是螺紋鎖緊環(huán)式換熱器制造中非常重要的一環(huán)，其加工的質(zhì)量直接關(guān)系到產(chǎn)品最終的裝配質(zhì)量。本設(shè)備螺紋為新型大螺距寬齒型螺紋（31.75mm）；螺紋齒形截面積大，在銑削時(shí)，抗力大。為保證最終的裝配質(zhì)量，制造廠在保證設(shè)計(jì)圖樣的要求下，刀片采用PVD硬質(zhì)合金，可以在同等的條件下延長刀片的使用壽命，從而保證了螺紋精度和表面粗糙度。螺紋鎖緊環(huán)的外螺紋采用數(shù)控立車加工，以保證螺紋精度及表面粗糙度。

大螺紋的檢驗(yàn)是螺紋加工后的關(guān)鍵工序，在測量工具方面，對于螺距的測量制作了螺紋齒距樣板；又基于三針測量法的原理，經(jīng)反復(fù)計(jì)算，自行設(shè)計(jì)了使用方便操作簡單的測量螺紋中徑工具，保證了大螺紋的中徑、齒頂徑和齒底徑的精度。螺紋鎖緊環(huán)加工完畢后，對螺紋進(jìn)行了全面的檢查，加工尺寸及質(zhì)量完全滿足圖紙要求。

2）筒體的制造。（1）殼程筒體的制造。圖紙要求筒體成形后對殼體的圓度和直線度要嚴(yán)格控制。由于設(shè)備結(jié)構(gòu)為雙殼程，且直徑較大，因此對筒體筒節(jié)采用溫卷、溫校成型方式，單節(jié)筒體長度不小于2m，筒節(jié)成型前板厚在設(shè)計(jì)圖紙最小壁厚的基礎(chǔ)上增加工藝減薄量。單臺(tái)設(shè)備殼程筒體校圓后圓度控制在4mm以內(nèi)。筒體對接環(huán)縫時(shí)在端口設(shè)計(jì)了自動(dòng)

定心工裝，以保證筒體直線度完全達(dá)到圖紙要求。（2）管線筒體的制造。由于本設(shè)備管箱比較厚（250mm），且接管直徑較大，為了避免接管焊接造成的管箱變形,采用接管焊后二次機(jī)加工管箱內(nèi)壁。

管箱筒體內(nèi)壁堆焊后加工管箱筒體內(nèi)壁堆焊層、管箱筒體端面及環(huán)縫坡口時(shí)，管箱筒體內(nèi)的管板密封面及螺紋部位各留2mm加工余量；管箱筒體內(nèi)螺紋待設(shè)備殼體PWHT后在數(shù)控鏜銑床加工成型。

3）封頭的制造。設(shè)備封頭為球型封頭，封頭按半球制造，采用整體熱沖壓成型。封頭熱成型后進(jìn)行正火（加速冷卻）+回火熱處理，封頭橢圓度2mm。

4）管束的制造。換熱器管束采用整根管子煨制，U型管成型后，對彎管部位及附近300mm直管段進(jìn)行固溶處理，換熱管煨彎后逐根進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為7.0MPa；靠近中心的三排換熱管進(jìn)行100%PT檢測，按JB/T4730.5-2005中I級(jí)合格。換熱管與管板連接采用強(qiáng)度焊加貼脹，脹接采用液壓脹接。由于管板直徑大，管頭焊接及脹接會(huì)導(dǎo)致管板變形，隨著管板直徑的加大，其變形也相應(yīng)增大。為確保管板殼程側(cè)密封的可靠性，設(shè)計(jì)制作了專用加工工裝，管束管頭脹、焊完畢后，在數(shù)控鏜銑床對管板密封面進(jìn)行二次機(jī)工，以滿足管板密封面的平面度要求。

5）密封盤制造。密封盤為大平面結(jié)構(gòu)，彈性變形區(qū)最薄處僅為5mm，在切削加工受熱的作用時(shí)，變形規(guī)律很難掌握，容易造成彈性變形區(qū)特別是密封面加工后厚薄不均勻和整體平面度超差。隨著密封盤直徑加大，加工難度亦增大。為確保密封可靠性，密封盤采用整板制作，在制造中采用專用的工裝夾具，調(diào)整轉(zhuǎn)速、進(jìn)刀量和改變冷卻條件，通過這些措施保證了密封盤的平面度、厚度和粗糙度達(dá)到圖樣要求。

3 焊接

Cr-Mo鋼，鑒于此鋼種對焊接熱裂紋敏感性較強(qiáng)、加之焊縫溶氫和焊接應(yīng)力等因素的影響，在焊接過程中易產(chǎn)生焊接裂紋及焊后產(chǎn)生延遲裂紋，因此，在焊接過程中必須采用焊前預(yù)熱、控制層間溫度、焊后消氫處理及焊后消除應(yīng)力熱處理等措施。

該換熱器管箱筒體材料為12Cr2Mo1（H）Ⅳ鍛件，單節(jié)筒體環(huán)縫坡口采用立車加工，以保證組焊環(huán)縫錯(cuò)邊量控制在4mm范圍內(nèi),內(nèi)壁采用雙層堆焊：E309L+E347。接管與管箱的焊接坡口合理選擇，以達(dá)到盡量減少管箱母材的切削量和焊接量。對產(chǎn)品和試板進(jìn)行了檢測，試驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到要求。

4 組裝

在設(shè)備制造過程中，換熱管管頭的焊接及脹接是設(shè)備制造中的重要環(huán)節(jié)，換熱器的換熱管（0Cr18Ni10Ti）與管板S32168Ⅳ采用強(qiáng)度焊＋貼脹的連接方式。

1）管束組裝。管束及設(shè)備內(nèi)壁清理完畢后，分程箱與管束按圖紙要求方位裝好，用天車起吊（起吊時(shí)管束與鋼絲繩之間采用護(hù)板防護(hù)管束），保證管束平衡，防止換熱管變形，緩慢地裝入管束；在分程箱整體進(jìn)入管箱后，組裝管束頂入用專用工裝，將管束及分程箱組裝到位。

2)管束與殼體組裝。在管束組裝到位后，取出分程箱，測量管板密封面至管箱端平面之間距離，發(fā)現(xiàn)管板上、下相差1～2mm；左右裝配尺寸比較均勻，無偏差。

3)螺紋鎖緊環(huán)組裝。大螺紋的組裝是此類設(shè)備制造過程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，要保證大螺紋順利旋入，除要有好的螺紋加工質(zhì)量，還應(yīng)配有好的上緊工裝，制造廠設(shè)計(jì)了專門的螺紋鎖緊環(huán)組裝工裝，為用戶提供方便。

5 水壓試驗(yàn)

壓力試驗(yàn)是對設(shè)備最終強(qiáng)度和密封性的檢驗(yàn)，是監(jiān)督檢驗(yàn)工作的重要環(huán)節(jié)。由于螺紋鎖緊環(huán)式換熱器的管板是按壓差設(shè)計(jì)的，因此管板與管頭所承受的壓力僅為壓差壓力，水壓試驗(yàn)時(shí)只檢查管頭和殼程側(cè)的密封情況。

1）管頭水壓試驗(yàn)。管頭水壓試驗(yàn)壓力為4.375MPa，保壓1h以上，以檢查U型換熱管與管板的連接強(qiáng)度和嚴(yán)密性；水壓試驗(yàn)用水的溫度不低于15℃，水中氯離子含量不得超過25PPm；管頭水壓試驗(yàn)一次合格，未發(fā)現(xiàn)因內(nèi)部壓緊螺栓上緊不均勻而導(dǎo)致的局部泄漏問題，管頭焊接及脹接質(zhì)量也完全滿足設(shè)計(jì)要求。

2)管、殼程水壓試驗(yàn)。根據(jù)螺紋鎖環(huán)式換熱器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，管程和殼程不能按各自的試驗(yàn)壓力進(jìn)行試驗(yàn)。試壓介質(zhì)為水，試壓時(shí)管、殼程同時(shí)充水加壓，管程至22.86MPa，殼程至24.47MPa，兩側(cè)同時(shí)保壓1h以上，水壓試驗(yàn)合格后，管、殼程同時(shí)降壓直至放空，水壓試驗(yàn)時(shí)管程和殼程的壓力差始終不得超過3.5MPa。

3）試壓后內(nèi)部積水處理。試壓合格后應(yīng)立即放凈設(shè)備內(nèi)的試壓用水，對管、殼程分別用熱壓縮空氣導(dǎo)流，將設(shè)備內(nèi)的水吹干。

6 結(jié)論

Φ1800mm螺紋鎖緊環(huán)式換熱器的試制成功打破了長期以來我國對Φ＞1700mm以上的螺紋鎖緊環(huán)式換熱器只能進(jìn)口的尷尬局面，填補(bǔ)了國內(nèi)超大直徑螺紋鎖緊式換熱器的制造空白。螺紋鎖緊式換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造難度較大，技術(shù)要求高，而且國內(nèi)還沒有該類換熱器的制造規(guī)范。制造廠在此次制造過程中嚴(yán)格控制每一個(gè)環(huán)節(jié)，按標(biāo)準(zhǔn)及圖紙的技術(shù)要求，并接受《固容規(guī)》監(jiān)督，各項(xiàng)檢驗(yàn)項(xiàng)目、檢查結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。通過對該三臺(tái)產(chǎn)品的監(jiān)檢，本院在螺紋鎖緊式換熱器的監(jiān)檢方面積累了大量寶貴經(jīng)驗(yàn)，為今后此類大型設(shè)備監(jiān)檢工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] GB151-2014,熱交換器[S].

[2] GB150-2011,鋼制壓力容器[S].

[3] GB713-2008，鍋爐和壓力容器用鋼板[S].

[4] GB13296-2007，鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管[S].

[5] GB24511-2009，承壓設(shè)備用不銹鋼鋼板及鋼帶[S].

[6] JB/T4708-2000,鋼制壓力容器焊接工藝評定[S].

[7] JB/T4730-2005,承壓設(shè)備無損檢測[S].

[8] TSGR0004-2009，固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

TK172