蒸汽过热器工艺制造技术精益改进_程龙.pdf

蒸汽过热器工艺制造技术精益改进 程 龙，杜 鑫，苏殿斌，（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨；高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室（哈尔滨锅炉厂有限责任公司），黑龙江 哈尔滨）摘 要：本文对蒸汽过热器的制造工艺及工艺流程方案进行了分析研究，并针对产品的重点、难点利用精益思想进行分析，总结提升了产品的制造质量，降低了生产制造成本，节约了生产制造时间。关键词：蒸汽过热器；制造技术；精益改进中图分类号：文献标识码：文章编号：（）收稿日期：作者简介：程龙（），男，工程师，毕业于哈尔滨工程大学机械设计制造及其自动化专业，主要从事锅炉及压力容器的工艺开发与研究工作。引言针对蒸汽过热器制造返修率高、按期交货困难的情况，通过精益思想概念，围绕着提高效率、降低成本的目的，利用提出问题、测量问题、分析问题、改善现状、控制效果的 工具系统性的寻找解决问题的方法。蒸汽过热器类典型产品是公司在石化市场中名牌产品，制造周期紧张、制造难度大，管箱部分均为厚壁锻件堆焊镍基 结构、换热管为镍基 材质、含有大量需用液压拉伸器把紧的大尺寸螺纹孔及紧固件。此种结构设备我们过往生产经验不足，生产周期长，因此现阶段蒸汽过热器难以按期兑现合同。优化产品结构、生产路线对蒸汽过热器兑现合同有很大推动作用。蒸汽过热器流程测量问题分析 流程分析 根据产品结构特点重新审视项目，识别快速改进方案见表。）梳理关键质量控制点：锻件进厂后机械加工、锻件堆焊及探伤、焊缝热处理及硬度检查、水压试验、内件装配。）现有瓶颈工序：锻件进的厂后机械加工效率低、锻件堆焊用材料采购周期长、水压试验成功率低、大螺栓把紧困难。）筛选改进方向：锻件提制标准化、确定焊缝热处理形式、提制专用液压拉伸器。主要改善方案：优化产品结构，在满足产品结构性能的前提下，减少非必要加工工序，消除加工浪费；优化工艺流程，减少跨车间转运、减少跨工位流转，消除搬运浪费；合理利用生产设备，提高数控机床生产能力，减少过度加工，消除加工浪费；通过分析生产制造流程、找出瓶颈工序，缩短瓶颈工序时间或提前瓶颈工序生产节点，减少产品主线生产周期，消除等待浪费。表 快速改善分析表识别机会具体内容原因分析快速改善浪费大螺栓孔全部使用数控镗加工。原石化容器大螺栓孔较少，对计划排产影响较小。底孔利用摇臂钻进行加工，扩孔及攻丝采用数控镗加工，消除过度加工，提高数控镗利用率。浪费管程锻件进厂后，机械加工。机加分厂取消，导致外协资源紧张。充分利用锻件制造厂机加资源，提制半成品锻件，减少厂内机加工作量。第 期锅 炉 制 造 年 月 ）识别机会快速改进。矩阵筛选关键因子根据详细流程图利用 矩阵对密封面及螺纹孔加工、外壳备料、筒体卷制、内件加工、接管下端精机加、外壳装焊、管程组件备料、管箱组件装焊、外壳热处理、管程组件热处理、水压试验、内件装配筛选关键因子。通过 筛选关键制程汇总，得出关键工序为：接管下端精机加、密封面及螺纹孔加工、水压试验。蒸汽过热器的问题分析 成本分析蒸汽过热器为高温腐蚀性介质换热设备，换热管全部为镍基材料，单位重量价格昂贵，若按原高压加热器提料方式，需将各种 全部提料一根作为备管，由于每台设备换热管采规、直管长度均不相同，不可重复利用，导致备管量较大，大量浪费。蒸汽过热器 接管为连接气化炉的大型锻件一体法兰，厂内水压需提制水压端盖，为保证水压安全顺利进行需采用大直径高等级材质紧固件，成本非常高昂，需寻找可替代方法。工艺流程分析管程接管锻件厂内加工是影响管程主线进度的重要因素之一。原 接管路线流程共计转运 次，路线转运过长存在搬运浪费。针对 矩阵筛选关键因素分析 接管下端精加工关键因素分析：吊运摆放工件、工件找正及准备刀具、选择加工参数并装刀具、粗铣加工、精铣加工、粗糙度及尺寸检查、转运。密封面及螺孔加工关键因素分析：吊运摆放工件、工件找正及准备刀具、加工密封面、测量堆焊层厚度、铣螺栓孔底孔、铣螺栓孔扩孔、铣螺栓孔螺纹、塞规检查、转运。水压试验流程关键因素分析：吊运摆放产品、准备工具及工装、装螺栓、装端盖、装垫片和螺母、液压拉伸器把紧、水压试验、水压试验合格、转运。蒸汽过热器的问题改善 降低成本利用头脑风暴，提出每台按相应采规间隔一定 值，进行提料，利用大弯管半径改制小弯管半径，需备管时采用弯制、去除余量的方式对换热管进行重新制作。若采规、换热管直径及壁厚均相同，考虑不提制换热管备管。减少提料重量、避免积压库存、节省大量成本。蒸汽过热器 接管螺栓、螺母紧固件业主一般均随设备一同采购，但其为产品紧固件，与厂内水压螺栓不完全相同，且厂内水压存在紧固件损坏的可能性。项目团队利用头脑风暴，提出利用产品紧固件，改制工装，并提两套紧固件备用，水压后对紧固件进行 检测的方法，大直径高等级材质紧固件。工艺流程优化 接管路线转运过长，项目团队多次讨论、论证，最终路线流程由 次转运优化至 次转运，并充分的利用锻件制造厂的机加资源，减少厂内数控镗床的加工量，提高了管箱主线进度。针对 矩阵关键因子制定改善计划 接管下端部为 堆焊镍基公差要求 需精加工，由于我们没有镍基材料机械加工经验，利用按加工不锈钢或 钢参数选择，导致刀具磨损严重，加工表面粗糙度严重不足。项目团队多方查阅文件并咨询刀具厂家，与生产分厂采用低转速、大进给、大吃刀量的方式进行试验。并总结 出 镍 基 加 工 参 数 为 转 速 、进给 、吃刀量 的合理参数。保证了加工效率又提高了加工质量、降低了加工成本。利用过程流程图分析及水压现场考察，得出液压拉伸器把紧是水压试验流程的关键步骤。但不同项目尺寸不完全相同，厂内现有拉伸器适用性较差，造成管程水压泄露问题明显。项目团队针对这一问题，到水压现场指导生产，提制了全新液压拉伸器，适应范围覆盖 规格螺栓，基本满足未来同类型产品使用需求。在受疫情影响，拉伸器厂家无法及时发货，项目团队针对现场急需的产品，改造了托架及拉紧螺母，配合现有拉伸器，及时完成水压工序，保证产品生产周期不受影响。利用密封面及螺纹孔加工的过程流程图分析，寻找快速改善的机会。但该流程均为有价值流程且返工几率均很小，仅加工时间长占用数控机床。项目团队对流程逐步分析寻找流程中可用普通机床代替的工序，最终确定将铣螺栓孔底孔改为由摇臂钻床进行加工，避免了过渡加工的浪费。锅 炉 制 造 总第 期 结论蒸汽过热器工艺制造技术精益改进的顺利实施结题，表明了通过一系列的精益工具，对蒸汽过热器的工艺流程进行大量优化，可以在保证产品质量的前提下大大的提升了加工制造效率，降低生产成本。通过一系列的改进优化，降低了产品生产成本，提高了产品交货及时率，巩固了公司在该产品领域的优势，也为在后续产品上进行精益改进积累了经验。参考文献 戴兴旺，刘牧，朱金花，等 高参数蒸汽过热器的设计与制造 化工机械，李金华，李世禧，陈燕舞，等 蒸汽过热器的制造技术难点 中国化工装备，张福君 蒸汽过热器设计改进措施和制造要求压力容器，魏伟，苏殿斌 薄壁大直径短筒体的制造 锅炉制造，上接第 页 宏观试样尺寸检查对焊接接头焊缝厚度进行检查，结果满足标准 中焊缝厚度大于 换热管壁厚的要求，如图 所示。图 焊接接头焊缝厚度 硬度试验使用 维式硬度计测试焊接接头硬度，载荷，加载时间，结果如图 所示。160165170175180图 焊接接头硬度值从图 可看出，焊接接头中各区域硬度值均在 之间，母材区域平均硬度值低于热影响区和焊缝区域的平均硬度值，其原因在于相比母材，受焊接热作用，热影响区晶粒粗大，焊缝区域在凝固过程中会不可避免的产生马氏体（）相，使得上述两区域平均硬度稍高于母材区域的平均硬度。结论）焊前清理：使用无水乙醇将换热管与管板焊接区域及周围母材进行清理。）焊接过程防护：使用大直径喷嘴进行保护，使用气体保护装置对换热管内部进行保护。）焊接坡口：相比 型坡口，型坡口可保证焊接接头根部良好熔合。）焊接参数：在保证根部充分熔合的情况下，使用小电流焊接参数进行焊接。）其它：焊接时在周围换热管内部插入冷却工装，同时采用跳焊的焊接方式，上述两种措施均有利于保证焊接质量。参考文献 郭靖 钛管钨极氩弧焊焊接工艺及可靠性研究 天津：天津大学，陈祝年 焊接工程师手册（第三版）北京：机械工业出版社，钱立钦，杨爱国 钛、锆复合板制管壳式换热器壳程设计和制造工艺 化工设备与管理，（）：李向华，邹力维，高磊，等 换热器管与管板自熔焊焊接工艺 焊接，（）：周力，邹力维，高磊，等 填丝焊和自熔焊在 管头与管板焊接中的比较 焊接，（）：郭潇潇，张莹莹，高磊 钛换热管与管板焊接的气体保护措施优化 辽宁石油化工大学学报，（）：第 期 程 龙，等：蒸汽过热器工艺制造技术精益改进