轉(zhuǎn)化氣蒸汽發(fā)生器的制造要點(diǎn)

摘要：轉(zhuǎn)化氣蒸汽發(fā)生器是國內(nèi)石油化工行業(yè)中常見的設(shè)備之一，被廣泛地應(yīng)用于加氫制氫裝置中。針對(duì)其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所用材料種類多，安裝使用時(shí)可能出現(xiàn)的問題，在制造過程中對(duì)設(shè)備的部件加工、組裝、焊接等一些關(guān)鍵工序進(jìn)行了分析，并采取了相關(guān)措施予以解決。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)化氣蒸汽發(fā)生器；過程；問題；措施；解決

1.概述

轉(zhuǎn)化氣蒸汽發(fā)生器是制氫裝置中的核心設(shè)備，它屬于三類壓力容器，其工作條件苛刻，屬高溫高壓設(shè)備。為滿足某石油化工公司制氫裝置建設(shè)的需要，我公司承接了其中一臺(tái)制造任務(wù)。其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示：

圖 1 轉(zhuǎn)化氣蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖

①體（一） ②錐體（二） ③左管箱 ④連接段 ⑤筒體 ⑥管板 ⑦右管箱 ⑧⑨襯里⑩中心管

此設(shè)備殼體尺寸φ1100×24，材質(zhì)為 16MnR；管箱尺寸φ1400×32，材質(zhì)為 15CrMoR，錐體部分為 UNS NO8810，換熱管材質(zhì)為 15CrMoR。

2.制造要點(diǎn)分析

通過對(duì)設(shè)備技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和以往此類設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝使用的情況分析，此次制造的關(guān)鍵在以下幾個(gè)方面：

（1）轉(zhuǎn)化器氣出口與中心管同軸度的問題。以往此設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，有可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)化氣調(diào)節(jié)閥在安裝時(shí)，不能和中心管同心，造成轉(zhuǎn)化氣調(diào)節(jié)閥安裝后不能很好的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化氣出氣量，影響使用效果。

（2）管板與換熱管的焊接。

（3）UNS NO8810 與 15CrMoR 的焊接。

（4）襯里部分的施工。

3.轉(zhuǎn)化器氣出口與中心管同軸的

3.1殼程部分此設(shè)備殼體部分結(jié)構(gòu)與普通換熱器不同，管板的連接是通過一個(gè)連接段實(shí)現(xiàn)的，見圖 2。內(nèi)部的支撐板是通過螺栓固定在殼體連接板上，在換熱管穿引過程中不能自調(diào)，屬盲穿，組裝時(shí)就要求所有支撐板、管板管孔有很好的同心度，筒體橢圓度也需要控制。

3.1.1 管板與支撐板的加工

為保證所有支撐板、管板管孔有很好的同心度，管板、支撐板管孔在加工時(shí)采取數(shù)控鉆床，且支撐板下料后點(diǎn)焊在一起再進(jìn)行配鉆，很好的解決了同心度的問題。

3.1.2 殼程筒體橢圓度

首先在組對(duì)殼體縱環(huán)焊縫時(shí)要嚴(yán)格控制好對(duì)口錯(cuò)邊量及校圓質(zhì)量。其次由于殼體上同一方向的接管眾多，而且距離又近（790mm），為防止焊接接管時(shí)造成殼體的較大變形，我們采取間隔跳焊接管的焊接順序，焊接工藝上要求焊接時(shí)采用小電流，多層多道焊，減小熱輸入量，并用工裝在殼體內(nèi)部撐住，直到殼體熱處理完。

3.1.3 管束

（1）由于設(shè)備特殊的結(jié)構(gòu)形式，我們安排了以下的步驟完成了管束和內(nèi)件的裝配。（1）完成連接段與殼體、一塊管板組焊；

（2）從管板一側(cè)穿入中心管，而且四個(gè)角也穿入換熱管，調(diào)整安裝第一層支撐板，使中心管和換熱管穿入，這時(shí)用螺栓把連接板和支撐板把緊，這就完成了第一層，按照此方法支起剩下的支撐板。

（3）在另一管板組焊探傷合格后，把換熱管全部投過來；

（4）按圖紙要求保證換熱管伸出管板長度 3.5mm 之后焊接管頭；

（5）對(duì)所有焊縫進(jìn)行檢測(cè)合格后，對(duì)管板環(huán)縫和焊接管頭做局部消除應(yīng)力熱處理；

（6）殼體管束試壓合格后，組裝煙氣襯筒管板和襯里護(hù)板。

3.1.4 管箱的制造

管箱與管板的連接與普通換熱器不同，它是通過連接段焊接在一起。為保證活塞調(diào)節(jié)閥口與殼體的同心度，我們做了以下控制工作：

（1）封頭投料厚度 36mm，制造符合 JB/T4746-2002 國家標(biāo)準(zhǔn)；

（2）檢查封頭端口的橢圓度，如不圓用千斤頂撐圓，并對(duì)封頭進(jìn)行找中心，并以中心為基準(zhǔn)畫φ533mm 的圓；

（3）為減小誤差不用火焰直接開出φ533mm 孔，而是開的孔要比φ533mm 小 6mm 左右；然后上立車固定后先精確車出φ533 的孔，然后再進(jìn)行車坡口。

（4）封頭選擇在平臺(tái)上組對(duì)接管法蘭，接管法蘭應(yīng)保證法蘭面的垂直度，其偏差不得超過 3mm。焊接管時(shí)，采取小規(guī)范焊接，減小焊接變形。

管板與管板和換熱管材質(zhì)均為 15CrMoR，此類鋼對(duì)焊接裂紋敏感性較強(qiáng)，又因?yàn)楹缚p氫含量、焊接應(yīng)力等原因，在焊接過程中極易出現(xiàn)裂紋，焊后出現(xiàn)延遲裂紋[1]。UNS NO8810 與15CrMoR 與 15CrMoR 的焊接錐體段使用 UNS N08810 材料，其中錐體（一）是Ⅳ鍛件，按照?qǐng)D紙尺寸直接加工即可；而錐體段（二）需板料滾制成形，而且要到外協(xié)廠家進(jìn)行翻邊。其厚度為 32mm，小口直徑為 ?680mm，大口直徑為 ?1400mm，廠房內(nèi)現(xiàn)有的滾板機(jī)無法直接成形，只能采取 1/2 分瓣壓制成形，分瓣部分兩側(cè)都留有 100mm 的帶頭量，以便在壓制板邊緣時(shí)有合適的弧度，壓制完成后用等離子切割機(jī)切割掉帶頭量。由于組焊成錐體后無法校圓，因此在壓制過程中，應(yīng)使用樣板嚴(yán)格控制大小口的橢圓度和同心度，為后序組對(duì)質(zhì)量創(chuàng)造良好條件。

UNS NO8810 是鎳鉻鐵合金，具有良好的耐腐蝕性和抗氧化特性，其化學(xué)成分如表

1，其在焊接時(shí)極易出現(xiàn)熱裂紋和氣孔[2]，根據(jù)其特點(diǎn)我們制定了合理的焊接工藝，根據(jù)焊接工藝作業(yè)指導(dǎo)書，我們選用鎳、鉻含量高的 ENiCrFe-2焊條。在錐體縱縫焊接之前，為防止焊接飛濺損傷母材，應(yīng)在焊道周邊刷上石灰粉。在焊接過程中為減少焊接熔池過熱，選用較小的焊接電流（80～90A）和較快的焊接速度（100～150mm/min），并控制好焊接的層間溫度（100℃左右）。在與管箱 15CrMoR 材料焊接時(shí)，對(duì) 15CrMoR 一側(cè)進(jìn)行大于 100℃的預(yù)熱，再在坡口上用 ENiCrFe-2焊條堆焊 6mm 的過渡層，然后再與 UNS NO8810 材質(zhì)相焊接，焊接形式如圖 4，其目的有兩方面：①15CrMoR 一側(cè)堆焊 ENiCrFe-2之后，不需再進(jìn)行預(yù)熱，直接就可以和 UNSN O8810 相焊；②減小設(shè)備在運(yùn)行中由于異種材料溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力。

4.襯里部分的施工

在管程做完水壓試驗(yàn)并清理干凈后，進(jìn)行隔熱襯里施工。隔熱襯里采用 Al2O3 混凝土，并嚴(yán)格烘干。由于管箱空間狹小，給襯里護(hù)板的組焊帶來了很大困難。在組對(duì)襯里護(hù)板時(shí)，應(yīng)在襯里與護(hù)板之間加裝 5mm 的厚紙板，為護(hù)板提供熱脹空間。在組裝管板襯里護(hù)板時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)部分護(hù)板管孔與陶瓷管管孔不同心，這將影響轉(zhuǎn)化氣的流量。經(jīng)分析，一方面可能是陶瓷管安裝不牢固，襯里澆筑時(shí)擠壓陶瓷管，造成陶瓷管偏移，導(dǎo)致與換熱管不同心；另一方面是焊接螺栓剛性不夠，襯里澆筑時(shí)導(dǎo)致螺栓端部定位尺寸發(fā)生改變，造成護(hù)板管孔與陶瓷管孔不同心。我們通過對(duì)護(hù)板擴(kuò)孔，基本能保證不影響轉(zhuǎn)化氣的流量。通過這個(gè)問題，為我們今后同類設(shè)備的制造提供了經(jīng)驗(yàn)：襯里澆筑時(shí)，應(yīng)盡量減小對(duì)陶瓷管和焊接螺栓的擠壓，并隨時(shí)進(jìn)行修正，嚴(yán)格控制陶瓷管與換熱管的同心度和焊接螺栓的定位尺寸，這樣就能保證陶瓷管與護(hù)板管孔的同心度要求。

5.結(jié)束語

通過對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)和制造過程的難點(diǎn)和關(guān)鍵部位的提前分析，落實(shí)相應(yīng)的控制措施和合理的制造工藝安排使設(shè)備得以順利完成，為我們今后同類設(shè)備的制造提供了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]壓力容器實(shí)用技術(shù)叢書編委會(huì) 編 壓力容器制造和維修·第一版 北京：化工工業(yè)出版社 2004

[2]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

作者簡介：王振剛，男，北京燕華工程建設(shè)有限公司質(zhì)量工程師。