外取熱器用花鰭片管的研制

【摘 要】 花鰭片管是外取熱器管束中重要換熱元件——取熱管的一部分，其系列結構參數及典型材料的焊接工藝為行業應用標準化的制定提供了良好的應用案例。

【關鍵詞】 外取熱器 花鰭片管 研制

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.04.008

1 研制的目的與意義

花鰭片管是外取熱器換熱管束中的重要換熱元件——取熱管的一部分，是主要的換熱部分。它是將催化劑中的高溫熱量通過帶有花鰭片管的取熱管的換熱，將常溫水轉化成為飽和蒸汽，并入生產工藝需要的管網中。實現了工藝上的催化劑降溫的同時，也實現了節能減排的作用。它是石油化工裝置中重要的不可或缺的關鍵裝備。花鰭片管是主要的換熱部件，其制造難度大，易變形、脫焊等現象，其制造的質量好壞決定了該設備的換熱效率和壽命是否能夠達到工藝設計的要求，因此，研制該花鰭片管有著重大的意義。

2 花鰭片管的用途

催化劑從外取熱器的上部入口進入并向下流經光管、花鰭片管外壁向下流動，與花鰭片管內水循環形成熱交換，最后催化劑從下部出口流出，實現換熱的目的的一種裝置，稱為外取熱器。

光管的長度、花鰭片管的結構等參數、以及根數的確定是根據催化劑、水的物性而由設計確定的，目的是增加外表面的換熱面積，盡可能合理地吸收催化劑的溫度，實現節能減排、降低成本、滿足工質催化劑、水的工藝要求。

3 花鰭片管的結構

圖1 花鰭片管結構示意圖

如圖1所示為外取熱器取熱管，由導向管（1）、擋板（2）、橢圓封頭（3）、導向架（4）、花鰭片管（5）、內管（6）、外管大小頭（7）、內管大小頭（8）、襯管（9）、三通（10）、端蓋（11）、進水管（12）組成，其中鋼管帶鰭片部分（5）稱之為花鰭片管。

案例中，花鰭片鋼管直徑325mm，壁厚14mm，長度（帶鰭片部分）7340mm，材料為15CrMo。扁鋼寬30mm，厚8mm，長300mm，材料為15CrMoR。

4 花鰭片管的換熱面積計算

[S][=2（πr+hn）]

式中：[S]——換熱面積/米；mm2/m；[r]——花鰭片管鋼管外徑；mm；[h]——鰭片（扁鋼）的寬度；mm；[n]——鰭片（扁鋼）圓周方向的排數。

從上述公式可以看出，花鰭片管的換熱面積與鰭片的厚度無關，其厚度的選擇依據焊接工藝方法的可行性而確定。

5 花鰭片管焊接方法的確定

花鰭片管焊接方法有多種形式，表1《花鰭片管焊接方法選用表》列出四種方法。由表1可以看出，根數越多，自動化焊接方法越受到限制，對于文中案例直徑為325mm，鰭片根數為44根的花鰭片管的焊接方法只有手工電弧焊。對于鰭片根數不同的花鰭片管的焊接方法可以參照表1的條件做相應的選擇。

表1 花鰭片管焊接方法選用表

6 制造與質量要求

（1）用于制造鰭片管的鋼管的拼接應符合有關技術文件和圖樣的要求，原則上不得拼接。

（2）施焊前鋼管和扁鋼的表面應先除去油污、鐵銹等，且其相互焊接部位必須光潔。

（3）管子表面不應有明顯的機械損傷，當機械損傷深度不大于管子壁厚的十分之一，且又不呈尖銳狀，則允許仔細磨去；但大于十分之一且小于三分之一時，應補焊并磨光；當大于或等于三分之一時，則為不合格鋼管，應調換。

（4）管子與扁鋼施焊前必須進行焊接工藝評定，合格后方可投入焊接。

（5）焊接鰭片管的焊接工作應由經考試合格的焊工進行，操作中必須嚴格執行焊接工藝規程，并按規定做好施焊記錄。

（6）鰭片管的直線度每米不大于2mm，且全長范圍內不超過6mm。

（7）鰭片管的旁彎度每米不大于2mm，且全長范圍內不超過6mm。

（8）長度小于9m的鰭片管的扭曲值其全長范圍內不大于3mm。長度大于或等于9m的鰭片管的扭曲值其全長范圍內不得超過4mm。

（9）鰭片管應對管子逐根按JB1612有關規定進行水壓試驗檢查，合格后方可進入下道工序施工。

（10）焊接返修處，在管子側不允許有裂紋、氣孔、夾渣以及深度大于0.5mm的焊接咬邊。咬邊總長度不大于管子長度的25%。

（11）扁鋼與管子焊接時不得燒穿管子。如有燒穿，則該部位必須用相同材料、規格的管子替換之。且替換長度不得小于300mm。替換部位的所有環焊縫均應按JB1613的有關規定進行無損探傷合格。

（12）焊后做PT檢查。

（13）15CrMo材料焊接后應立即進行280±20℃X2h消氫處理；若焊后可立即進行消除應力熱處理，可免除消氫處理。

7 花鰭片管焊接工藝規程

（1）焊前清理水銹、油污等雜物，焊件預熱。用第1層規范進行定位焊，焊點長20mm～30mm間距100mm～200mm。

（2）預熱溫度>120℃，層間溫度120℃～300℃。

（3）組對檢查，兩人同時采用SMAW方法斜向對稱焊接角縫各層。第1片焊后旋轉鋼管180[°]焊接第2片。焊后旋轉鋼管90[°]焊接第3片。焊后再旋轉鋼管180[°]焊接第4片。然后同種方式依次焊接其它片。焊縫外觀檢查。鰭片焊接順序如圖3所示，焊接順序為1—2；3—4；5—6；7—8。

（4）焊接位置：平焊；（5）連續操作；（6）焊后單根加熱墊280℃±20℃X2h消氫處理；7）焊后熱處理：660℃±20℃X1h去應力；（8）焊材及尺寸：R307，Ф3.2；（9）電流種類及極性：DC+；（10）焊接電流：100A～130A；（11）電弧電壓：22V～24V；（12）焊接速度：（10～14）cm/min。

圖2 焊接接頭示意圖

圖3 花鰭片管鰭片焊接順序示意圖

8 花鰭片管制造工藝（如圖4）

圖4 花鰭片管制造工藝流程圖

9 應用實例

一種外取熱器用于某公司汽柴油質量升級和常減壓裝置改造工程中70萬噸催化裂化裝置改造設備之一。催化劑從外取熱器左上方入口進入，流經取熱管后，經外取熱器左下口流出。上部延伸出封頭外的取熱管進出口為高中低排列，有利于外部管線的合理的空間連接；共分為三圈分布，低位外圈均布16個取熱管，中位中圈均布12個取熱管，高位內圈均布5個取熱管，合計33個取熱管。其中，花鰭片管為同一長度、同一直徑、同一規格；僅光管部分長度不同，又不同于圖1中的大小頭過渡的套管型式，而為內外直管套管型式。表2為外取熱器參數表。

由花鰭片管組成的外取熱器管束及外取熱器的制造滿足各項技術指標和圖紙、工藝的要求，經第三方檢驗合格，用戶使用效果良好，值得推廣。

表2 外取熱器參數表

作者簡介

錢成偉，工程師，畢業于沈陽大學，長期從事壓力容器設計研發和管理工作。

（責任編輯：張曉明）