立式浮头换热器的制作工艺_赵鹏飞.pdf
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1、 化学工程与装备 2023 年 第 2 期 200 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 2 月 立式浮头换热器的制作工艺 立式浮头换热器的制作工艺 赵鹏飞,刘 斌(山西阳煤化工机械(集团)有限公司,山西 太原 030032)摘 要:摘 要:本文介绍了立式浮头换热器的结构特点和制造难点,通过介绍某项目气气换热器的制作过程,着重阐述了该类换热器的热处理工艺和试压顺序,为此类换热器的生产制造积累了经验。关键词:关键词:浮头换热器;膨胀节;立式换热器 引 言 引 言 立式浮头换热器适用于壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合,管束与壳体的热变形互不约束,
2、因而不会产生热应力。但其结构复杂,造价比固定管板式换热器高,设备笨重,材料消耗量大,且浮动端在操作中无法检查,制造时对密封要求较高。气气换热器是甲醇合成工段的关键设备。本文根据某500 万吨/年焦化联产甲醇液氨项目的气气换热器的产品特点,制定工艺技术方案,成功地完成了该设备的制造,并验收合格。1 设备概况 1 设备概况 1.1 设备结构特点 该气气换热器壳体尺寸 DN180068,L=16125mm,上管板为浮动式管板结构,并通过膨胀节与管程法兰相连,与壳程形成独立的腔体;下端管板直接与管箱组件连接,管箱组件材质为 S30408+Q345R 复合板;壳程材质为 15CrMoR;换热器规格为:1
3、92,L=10000,换热管材质为 S30408;设备总重:99700kg。图 1 设备结构图 图 1 设备结构图 膨胀节采用 5 波结构,成型后实测最小厚度不得小于4.7mm,设计压差为 0.6MPa,壳程压力始终大于管程压力。设计压缩补偿量为 14mm,安装预拉伸 7mm。膨胀节要求设计温度290,操作疲劳次数3000周次。由膨胀节制造厂家 提供具体设计图纸及计算书。1.2 设备设计参数 表 1 换热器设计参数 表 1 换热器设计参数 名称 壳程 管程 设计压力(MPa)8.9 8.9 工作压力(MPa)8.0(最大 8.4)7.55(最大 8.4)设计温度()260 290 工作温度()
4、153240 275187 介质名称 入塔合成气 出塔合成气 焊接接头系数 1.0 1.0 腐蚀裕量(mm)3 0 程数 1 1 换热管规格(tL)19210000 换热管排列形式/管间距 转角正方形/25mm 换热管与管板的连接形式 强度焊+贴胀 1.3 设备制造难点(1)该类设备属于大直径、大长度且套装困难的设备,必须严格控制壳程筒 体的椭圆度、直线度,才能保证管束的顺利套装;(2)设备壳程筒体材质为 Cr-Mo 钢,施焊时必须严格按照焊接工艺,焊前 预热,焊后消氢,保证焊接质量;(3)管板堆焊,焊缝金属在焊接平行方向产生环向收缩,在与焊缝垂直方向 DOI:10.19566/35-1285
5、/tq.2023.02.074 赵鹏飞:立式浮头换热器的制作工艺 201 产生径向收缩,在厚度方向上会产生角变形,致使管板形成十分复杂的几何尺寸的变化。管板堆焊变形严重影响换热器设备的整体制作质量及使用寿命。堆焊前应加工管板堆焊反变形量,堆焊时采取拉筋措施;(4)若膨胀节尺寸较大(DN500),设备可以采取整体制作完成后再进行 试压;若膨胀节尺寸较小(DN500),人员无法通过,则需增加试压工装,壳程试压后再进行组焊膨胀节,及合拢设备封头,最后进行管程试压。2 工艺控制 2 工艺控制 2.1 筒体加工及套装管束工艺 在设备的制作过程中,应严格控制筒体的椭圆度、直线度,从而使膨胀节组对时满足同心
6、度要求,在组焊壳程接管时,可在筒体内部加装内部支撑,防止组焊接管引起的筒体变形。同时膨胀节一端接管应预留装配余量,根据膨胀节与壳程封头组件装配的实际情况进行割除。由于该设备管束直径大,长度长,在套装管束时,可在折流板之间加装支撑工装(接管和弧板),防止套装过程中管束变形。图 2 气气换热器套装管束 图 2 气气换热器套装管束 2.2 设备热处理工艺 该设备壳程侧 15CrMoR、15CrMo 之间的焊接,焊前进行预热(预热温度 120),焊后立即进行消氢处理,壳程组焊(含筒体、接管、轴调)和上封头组件(含上封头及其管口)组焊完成后,应进行整体消除应力热处理;管箱组件(含筒体、接管、下封头)焊前
7、应预热(预热温度 80),焊后立即进行消氢处理,焊后应进行整体消除应力热处理;壳程筒体与上封头组件、下管板与壳程筒体和管箱筒体组焊完成后,应进行局部热处理。图 3 壳程组件整体热处理温度 图 4 管箱组件整体热处理温度 图 3 壳程组件整体热处理温度 图 4 管箱组件整体热处理温度 2.3 设备的管板堆焊、加工工艺 图 5 浮动管板堆焊前反变形量加工 图 5 浮动管板堆焊前反变形量加工 该设备的浮动管板为大直径薄壁管板,为防止堆焊引起的变形,浮动管板堆焊前应进行反变形量的加工,加工示意图见图 5 所示;堆焊时,采用背靠背刚性固定,要求:筋板尺寸长度 L=180mm,宽度100mm,厚度20mm
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