-耐腐蝕性:不銹鋼具有良好的耐腐蝕性,能夠在惡劣的工作環(huán)境下長期穩(wěn)定運行,不易受到酸堿等化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。
-高強度:不銹鋼冷凝器具有較高的抗拉強度和抗壓強度,能夠承受較高的工作壓力和溫度。
-良好的熱傳導(dǎo)性能:不銹鋼冷凝器能夠有效傳導(dǎo)熱量,實現(xiàn)高效率的熱交換。
-易于清潔和維護:不銹鋼表面光滑,不易黏附污垢,清潔和維護相對簡單。
不銹鋼冷凝器通過改變工質(zhì)(如氣體或液體)的狀態(tài),將熱量從高溫區(qū)域傳遞到低溫區(qū)域。其工作原理基于以下幾個基本步驟:
-熱媒介流入:熱媒介(如蒸汽或冷卻劑)通過輸入口進入冷凝器,具有高溫高壓狀態(tài)。
-冷凝過程:高溫高壓的熱媒介在冷凝器內(nèi)部與冷卻介質(zhì)(如水或空氣)進行熱交換。在這個過程中,熱媒介的溫度逐漸降低,釋放出熱量,并逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w狀態(tài)。
-出口排出:冷卻后的熱媒介通過出口排出冷凝器,并輸送到下一個工藝環(huán)節(jié)或回收利用。
不銹鋼冷凝器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類。該設(shè)備一般都用金屬材料制成,其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器;不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外,奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料;鎳合金則用于高溫條件下.。
-高耐腐蝕性:不銹鋼冷凝器能夠抵抗腐蝕性氣體和液體的侵蝕,延長設(shè)備使用壽命。
-抗氧化性能:不銹鋼具有良好的抗氧化性能,能夠在高溫環(huán)境下長時間穩(wěn)定運行,不易生銹。
-衛(wèi)生安全:不銹鋼材料符合食品級衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),可以安全應(yīng)用于食品加工等領(lǐng)域。
-環(huán)保性:不銹鋼材料可回收利用,對環(huán)境影響較小,符合可持續(xù)發(fā)展的要求。
-化工工業(yè):在化工生產(chǎn)中,不銹鋼冷凝器可以用于惡劣的工作環(huán)境下,抵抗腐蝕性氣體和液體的侵蝕,保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和安全性。
-食品加工行業(yè):不銹鋼冷凝器符合食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),可以應(yīng)用于食品加工過程中的熱交換和冷凝操作,確保產(chǎn)品的安全和質(zhì)量。
-能源行業(yè):在石油、煤氣和核能等能源領(lǐng)域,不銹鋼冷凝器被廣泛應(yīng)用于熱交換和冷卻過程,提高能源利用效率。
-制藥工業(yè):不銹鋼冷凝器能夠滿足制藥工業(yè)的嚴(yán)格衛(wèi)生要求,確保藥品生產(chǎn)過程的安全和純凈度。
-制冷和空調(diào)行業(yè):不銹鋼冷凝器能夠高效冷卻制冷劑,提升制冷和空調(diào)設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。
雙相不銹鋼綜合了奧氏體型和鐵索體型不銹鋼兩者的優(yōu)點,具有良好的韌性、強度和焊接性其屈服強度可達普通不銹鋼的2倍,耐中性氯化物應(yīng)力腐蝕性能遠很過l8—8型不銹鋼,并具有良好的抗孔蝕和間隙腐蝕的能力。其含鎳量只有l(wèi)8—8鋼的I/2,解決了鎳資源不足問題。焊接熱循環(huán)會使雙相不銹鋼焊接接頭組織(無論焊縫或熱影響區(qū))發(fā)生重要的相變,對焊件的塑性和耐蝕性都有很大的影響。雙相不銹鋼焊接的關(guān)鍵是要使焊縫和熱影響區(qū)均保持有適量的鐵素體和奧氏體,在焊接過程中若采用了不當(dāng)?shù)暮附庸に嚕瑹嵊绊憛^(qū)易出現(xiàn)單相鐵索體,從而喪失雙相不銹鋼耐應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕的特征,可見合理的焊接工藝在雙相不銹鋼應(yīng)用過程中起著重要作用。
(1)易產(chǎn)生焊接變形殼程導(dǎo)流筒和上管箱上面都有大尺寸開孔,焊接接管時容易產(chǎn)生筒體塌陷變形。尤其是殼程導(dǎo)流筒部分,其材質(zhì)為022Crl9Ni10,該類材料線膨脹系數(shù)較大,傳熱系數(shù)較小,更容易產(chǎn)生較大的焊接變形。
(2)影響管板的密封性能管板與殼程簡體接頭連接形式,焊接管板與筒體的角焊縫時,焊縫填充金屬較多,如果控制不當(dāng),隨著焊縫金屬的冷卻收縮,容易產(chǎn)生管板邊緣部分向簡體部分拉伸、管板中間部分向外突出變形的現(xiàn)象,從而影響管板的密封性能。
(3)焊接熱輸入的控制管板直徑較大,換熱管根數(shù)較多,焊接換熱管與管板角焊縫時,熱輸入過于集中,如果控制不當(dāng),容易導(dǎo)致管板發(fā)生不規(guī)則的波浪形變形。
(1)為了防止導(dǎo)流筒和管箱大口徑接管在焊接過程中發(fā)生變形,我們采取了一系列的控制措施。首先,我們使用了輔助支撐工裝。根據(jù)以往的經(jīng)驗,根據(jù)導(dǎo)流筒和管箱的內(nèi)徑尺寸制作了兩套防變形支撐工裝。工裝分為上下兩部分,由弧形墊板、弓形板、筋板和圓形墊板組成。在焊接接管之前,先將上下兩部分的支撐工裝分別放置于接管筒體和相應(yīng)的位置上。使用一臺32噸螺旋千斤頂放置在中間的圓形墊板上,并使用四臺16噸螺旋千斤頂放置在外面四塊圓形墊板上,將上下兩部分緊密頂住。如果螺旋千斤頂?shù)男鲩L度不足,可以在千斤頂頂蓋上放置適當(dāng)長度和直徑的高壓管短節(jié),使工裝的弧形墊板與導(dǎo)流筒或管箱的內(nèi)壁緊密接觸,有效防止焊接過程中的徑向變形。根據(jù)多年的施工經(jīng)驗,焊接之前可以使用千斤頂將筒體向外支撐6~8mm的變形量,這樣在焊接完成后,由于工裝的支撐作用,筒體的塌陷變形很小,并且與6~8mm的預(yù)變形量基本抵消。這樣既有效減小了實際變形量,又減少了焊接殘余應(yīng)力。其次,在焊接過程中嚴(yán)格控制焊接熱輸入。采用小電流多層多道快速焊接方法,焊接時不進行橫向擺動,控制焊道之間的層間溫度保持在60℃以下。每焊完一層后,經(jīng)過合格檢查后,使用小刨錘敲打焊縫表面的金屬,使焊道模糊,以釋放焊接應(yīng)力。待焊縫金屬冷卻至60℃以下后,再進行下一道焊接,如此重復(fù)直至全部焊接完成。待焊縫完全冷卻后,再拆除支撐工裝。
(2)對于管板與簡體角焊縫的焊接,我們采取了以下控制措施:
①. 使用管箱法蘭對管板進行剛性固定。在制作過程中,先不進行管箱法蘭的焊接。在焊接管板之前,使用雙頭螺柱將管箱法蘭與管板牢固地緊固在一起,有效地固定了管板的邊緣部分,降低了管板焊接后邊緣部位可能發(fā)生的受力拉伸變形。
②. 在管板中間部分,臨時抽出10根換熱管,并使用圓鋼加工10根M24×6080mm拉桿,穿入管孔中并用螺母緊固。然后對每根拉桿周圍的6根換熱管的兩端進行焊接,相當(dāng)于對管板中間部分進行了10處支撐和固定,降低了管板中部向外突出變形的可能。
③. 采用合理的焊接參數(shù),嚴(yán)格控制焊接熱輸入。使用小電流多層多道快速施焊的方法進行焊接,焊接時焊條不進行橫向擺動。每完成一層焊接后,經(jīng)過合格檢查,使用小刨錘敲打焊縫表面金屬至焊道模糊,以釋放焊接應(yīng)力。待焊縫金屬冷卻至60℃以下時,再進行下一道焊接。
④. 由于設(shè)備簡體的直徑較大,焊接時采用兩名焊工分段對稱施焊,下一層焊縫起點與上一層焊縫起點錯開90°。
通過以上控制措施,我們成功完成了FN=1600m蒸發(fā)冷凝器的制作。經(jīng)過檢驗,各項指標(biāo)均符合圖樣和相關(guān)規(guī)范的要求,并通過了壓力試驗和氣密性試驗。因此,我們得出結(jié)論:盡管大型不銹鋼蒸發(fā)冷凝器由于材料和結(jié)構(gòu)的特殊性容易產(chǎn)生焊接變形,但只要善于分析和總結(jié),針對具體問題采取工藝措施、焊接參數(shù)、焊接方法等方面的注意,是完全可以將焊接變形控制在較小限度內(nèi)的。
某廠定制的大型不銹鋼冷凝器,規(guī)格為DN1800×11000×12/16mm,設(shè)備總重44000kg,其中不銹鋼42000kg,設(shè)備如圖1,主要技術(shù)參數(shù)見表1,我們以此為例,講述大型不銹鋼冷凝器的制造方法。


冷凝器形式為BJM,容器類別為Ⅱ類;公稱直徑DN1800mm,換熱管共4068根,規(guī)格19X2mm,長度為9000mm,換熱面積2154.5m。;殼程中心入口處接管直徑DN700mm,中間分流板一塊,兩側(cè)折流板各11塊,為加強殼體的剛度,殼程上增設(shè)了兩道角鋼外加強圈;管板、換熱管、殼體等殼程材料為全不銹鋼,材質(zhì)S30408,管箱材料為16MnII/Q245R,設(shè)備總重約44000kg,其中不銹鋼42000kg。
制造過程控制要點針對設(shè)備結(jié)構(gòu)特點,對影響設(shè)備制造質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)進行了分析:首先是控制殼體制造的圓度、直線度和兩端面的平行度,以保證管束順利裝入;其次是減少管板與殼體、換熱管焊接后的變形,保證管板與殼程簡體的垂直度、兩管板的平行和同心符合圖紙要求;第三是控制管子與管板的焊接質(zhì)量以及所采用的檢驗、試驗方法。通過以上的分析,有針對性的制定出合理的制造工藝和質(zhì)量控制計劃,加強對各工序的質(zhì)量控制和檢驗,以保證整臺設(shè)備的制造質(zhì)量。
1、殼體的圓度和直線度
殼體制造公差(直徑公差、圓度、直線度)和折流板的直徑公差決定了管束能否順利裝入和保證設(shè)備的使用性能,為此我們采取了如下的工藝和檢驗措施,并加強制造過程中的質(zhì)量控制。
1.1按GB151—1999口嚴(yán)格控制每節(jié)筒體的下料尺寸。在下料時,按周長允許上偏差10mm的原則,確定下料、刨邊尺寸,保證每節(jié)簡體板對角線誤差不很過2mm;
1.2所有的縱、環(huán)焊縫采用GTAW打底、SMAW中間層焊接,SAW蓋面的焊接工藝,采用此焊接工藝,既可以減少焊接變形、又可以提高工效;縱、環(huán)焊縫組對時,保證對口錯邊量不大于0.5mm。
1.3各筒節(jié)經(jīng)卷圓、焊接、校圓、RT、組對、縱環(huán)焊縫磨平后,認(rèn)真仔細的測量殼體的形位尺寸,測量結(jié)果如下。
·殼體各截面的較大較小直徑差測量結(jié)果見表2,測量位置見圖2;


·殼體兩端面平行度測量結(jié)果見表3,測量位置見圖3;


·各段筒體的外周長測量結(jié)果見表4,測量位置見圖4;


·各縱焊縫的棱角度為l~2mm,環(huán)焊縫的棱角度為2-2.5mm;
·通過沿圓周0。、90。、180。、270。四個方位測量,殼體直線度較大3mm,較小lmm。
測量數(shù)據(jù)分析:
·從表2中可看出,各檢測面的較大較小直徑差均小于等于7mm,符合GB151—1999中不大于7mm的規(guī)定。
·比較表2和表4的測量數(shù)據(jù),因焊縫收縮,環(huán)縫處的平均直徑小于殼體按外周長測量換算的當(dāng)量直徑,這與環(huán)縫處棱角度測量數(shù)據(jù)相吻合。其他截面的測量值均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。
·從表3中可以看出,殼體兩端面的平行度誤差僅為2mm,為管束裝入后,另一側(cè)管子的引出和管板定位后與殼程筒體的垂直度、兩管板的平行和同心度提供了保證。
·從表4中可看出,各測量面外周長換算的殼體當(dāng)量直徑在GB151—1999標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的范圍內(nèi),且各當(dāng)量直徑較大較小偏差僅為0.9mm,說明各筒節(jié)制造過程中的質(zhì)量得到了有效控制。
2大開孔的工藝要求
為減少DN700大開孔接管焊接時,造成殼體變形很差而影響管束的安裝,經(jīng)討論,采用了具有焊材填充量少、焊接變形小優(yōu)點的不對稱K形坡口焊接接頭(見圖5)。焊前先在筒體內(nèi)側(cè)安裝撐圓工裝,防止簡體變形;焊接時,采用TIG方法,先焊接接頭內(nèi)側(cè)焊縫,并經(jīng)PT檢測合格,焊后將焊縫磨至與母材平齊,待管束裝入、管子與管板、管板與殼體等焊縫焊接結(jié)束后再焊接接管的外側(cè)焊縫。接管內(nèi)側(cè)焊縫焊接前后筒體開孔處尺寸測量結(jié)果見表5,測量位置見圖6。


對比焊接前后的測量數(shù)據(jù),開孔處的筒體直徑雖有減小,但不明顯,表明所采用的工藝方法和防變形措施是可行且有效的。
3管板和折流板的加工
管板管孔采用數(shù)控鉆床鉆孔,嚴(yán)格控制管孔直徑、垂直度及管孔間距。為利于穿管,管板和折流板的鉆孔方向與穿管方向保持一致。按圖樣和GB151規(guī)定對每塊管板的管孔進行檢驗。

4折流板的加工
4.1按圖紙要求,折流板外徑為1790-1.2,結(jié)合表2中對各環(huán)縫的測量結(jié)果,因環(huán)縫處的內(nèi)徑均偏小,為既能保證管束能順利裝入,又符合圖紙中對折流板外徑尺寸的要求,以保證換熱器的使用性能要求,決定將折流板外徑按1789.2mm尺寸加工,加工后經(jīng)逐件測量,折流板外徑尺寸在1789.2-1788.6mm之間,符合設(shè)計圖紙要求。
4.2因折流板數(shù)量較多,在加工折流板管孔時,需將折流板分成4次疊鉆,按鉆孔方向逐塊做上順序號和正、反面的標(biāo)記。為防止穿管時損傷換熱管的外表面和利于穿管,每塊折流板正、反面的管孔均按0.5×45。要求倒角,清除毛刺;折流板外圓邊緣打磨成O.5×45。的倒角,以利于管束裝入并減輕折流板對殼體的磨擦損傷。
5管束與殼體的組裝
由于換熱管數(shù)量多,重量達35000Kg,如果將管束全部穿好后裝入筒體,必將導(dǎo)致入筒困難,且在裝入過程中易損壞換熱管。因此在施工過程中,先將固定側(cè)管板、拉桿、定距管和折流板先行固定,以梅花形將部分換熱管先穿人,調(diào)整好折流板與管板的同心度,并保證整個管束有足夠的剛度,再將管束裝入殼體內(nèi),之后再穿剩余的換熱管;因換熱管很長,且是在盲穿狀態(tài)下穿管,因此穿管時,在換熱管入筒前端裝上導(dǎo)向,以便于穿管。
6管子與管板的焊接
管子與管板之間的焊接接頭采用鎢很氬弧焊。焊接時,采用分區(qū)梅花形焊接,以防止不銹鋼管板的焊接變形。在焊接過程中加強對管板的溫度測量,當(dāng)管板溫度很過100 ℃,立即停止焊接,直至冷卻到室溫后,再繼續(xù)焊接。管頭第1道焊縫焊接后,以0.05MPa壓力的壓縮空氣對管頭進行氣密性試驗,無泄漏后,再焊接第2道焊縫,管頭焊縫表面進行100%PT檢查。
7管板與殼體連接焊縫的焊接
管板與殼體之間的連接焊縫如圖7所示。由于管板和簡體均為S30408不銹鋼,線膨脹系數(shù)大,焊接后管板很易產(chǎn)生焊接變形,從而影響管板的密封性能,對此我們采用了如下焊接工藝。
7.1采用鎢很氬弧焊打底焊接兩道,以保證根部焊透;
7.2蓋面采用藥芯焊絲二氧化碳氣體保護焊,相比焊條電弧焊,二氧化碳氣體保護焊具有熔敷效率高,焊接應(yīng)力和焊后變形小等優(yōu)點口,且CO2氣體對焊縫金屬還具有冷卻作用。焊后經(jīng)測量,管板密封面平面度公差僅為0.5mm.
8管子與管板的帖脹
管頭焊縫焊接結(jié)束后,經(jīng)外觀和PT檢查合格后,采用液袋進行液壓脹接。脹接前,預(yù)先劃出區(qū)域,分片脹接,對每一個脹過的管頭,做好標(biāo)記,防止因管頭數(shù)量多而造成漏脹現(xiàn)象。
9壓力試驗
首先按圖樣壓力進行殼程的水壓試驗,水壓試驗合格后,以氨滲漏試驗替代氣密性試驗,即符合固容規(guī)中對高度危害介質(zhì)進行泄漏檢查的要求,又提高了對換熱器管頭焊縫檢查的要求,較后對管程進行水壓試驗。
對于大規(guī)格薄殼不銹鋼換熱器,應(yīng)預(yù)先制定詳細的制造工藝和質(zhì)量計劃,對影響換熱器制造質(zhì)量的各個環(huán)節(jié)應(yīng)加強過程控制和檢驗、測量,并對測量數(shù)據(jù)進行分析。
管板與殼體之間的連接焊縫采用藥芯焊絲二氧化碳氣體保護焊,可有效的減少焊接變形。
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