再沸器管束的制造

曹繼東 魏浩 黃國慶

摘 要：本研究主要介紹再沸器管束的結構及主要材料的特點，梳理和研究再沸器管束中的關鍵制造工序。通過合理的制造工藝方案，采取適當的工藝措施及正確的焊接規范，能夠保證產品的質量，同時提高了效率，獲得了滿意的效果，達到了設計要求。

關鍵詞：再沸器管束;鎳基合金;復合管板;強度脹接

Abstract： This study mainly introduces the structure and main material characteristics of reboiler tube bundle， combs and studies the key manufacturing processes in reboiler tube bundle. Through reasonable manufacturing process scheme， appropriate process measures and correct welding specifications， the product quality can be guaranteed， the efficiency is improved， satisfactory results are obtained， and the design requirements are met.

Keywords： reboiler tube bundle; nickel base alloy; composite tube sheet; strength expansion

隨著煤化工行業的發展和應用場景的增多，聚甲醛作為一種深加工產品得到了廣泛認可，在國內外均有廣闊的市場前景。再沸器是聚甲醛裝置中的關鍵設備，設備主體材料為鎳基合金，該合金廣泛應用于化工流程工業，擁有較好的耐腐蝕性且強度高，使之能制造成較薄的結構部件。該設備質量要求高、制造難度大、周期較長。開封空分集團有限公司針對該設備的特點，從原材料、制造過程等主要環節進行質量控制，有效保證產品質量。

1 設備簡介

1.1 結構特點和技術特性

再沸器的外形結構如圖1所示。

該設備為二類壓力容器，換熱器型式為BEM，主要零部件如表1所示，主要設計參數如表2所示。

1.2 主要材料及其特點

1.2.1 鎳基合金的特點。鎳基合金材料具有如下特點：①對氧化和還原環境的各種腐蝕介質都具有非常出色的抗腐蝕能力;②具有優秀的抗點腐蝕和縫隙腐蝕能力，且不會產生由于氯化物引起的應力腐蝕開裂;③具有良好的加工性和焊接性，無焊后開裂敏感性。

1.2.2 換熱管的特性要求。鎳基合金換熱管標準為ASME BPVC.Ⅱ.B SB 622，為無縫管[5]，不得拼接，固溶并除去氧化皮。管材的內外表面不得有裂紋、折疊、軋折、離層和結疤等缺陷。鋼管外徑偏差為±0.19 mm，壁厚允許偏差為0%～22%。化學成分占比如表3所示，相關的力學性能如表4所示。

1.2.3 管板加工的要求。管板材料為16MnⅢ+SB575-N10276，尺寸為?1 660×88（78+10） mm，應遵循《壓力容器用爆炸焊接復合板 第2部分：鎳-鋼復合板》（NB/T 47002.2—2019）的規定[4]，質量等級為B1級。

在加工過程中管板必須符合以下要求：①管板密封面與殼體軸線垂直，公差為0.4 mm;②管板孔應嚴格垂直于管板密封面，垂直度允差為0.10 mm，孔表面不允許存在貫通的縱向劃痕;③管板鉆孔后，96%以上的孔橋寬度必須≥5.31 mm，允許最小孔橋寬度為3.81 mm，且數量不得超過4%;④管孔螺柱孔中心圓直徑和相鄰兩螺栓孔間弦長極限偏差為±0.6 mm，任意兩螺栓孔間弦長極限偏差為±2.0 mm。

2 設備主要制造工藝及要求

2.1 管束的裝配

該換熱器管束采用立裝。裝配前，操作人員應用目視的檢測方式逐一檢查管板孔。管板孔內不得有毛刺、縱向或螺旋形劃痕，管孔內槽應光潔，不得有縱向劃痕或橫向楞痕。同時，檢驗人員應用內徑千分尺檢查管孔的直徑，需滿足圖樣要求。管板、換熱管表面應進行清洗、脫脂處理。管束的下管板平放于裝配平臺上，下部墊起足夠的高度，保障有足夠的空間進行操作，確保管板上端面水平。裝配平臺與管板之間可以放置石棉板，如有必要可加墊平板。管板與平板應為可拆連接，以防放倒管束時換熱管滑出。需依次組裝拉桿、定距管和折流板，組裝折流板時應逐塊檢查正反面、方位。在管板中心及四角等位置各穿適量換熱管定位，擰緊拉桿上的螺母依次穿入剩余的換熱管。管子須順利通過，不允許用鐵錘敲打，可用木槌敲擊。組裝筒體到位，同時將另一側管板吊裝到位，調整兩管板方位一致，組裝引頭，將部分管子按四周均勻反穿入管板孔內，調整兩管板間距至圖樣要求。調整換熱管一端伸出管板長度符合圖樣要求，并按圖樣要求進行脹接。換熱管另一端用萬向鉆床進行平頭，平頭后管子伸出長度需符合圖樣要求，然后按圖樣要求進行脹接。

2.2 換熱管與復合管板的脹接

該換熱器操作中無振動、無過大的溫度波動及無明顯的應力腐蝕傾向，設計壓強小于4.0 MPa，運行溫度小于300 ℃。該換熱器中換熱管與管板的脹接采用強度脹接，具體結構如圖2所示。

脹接須注意以下4種情況。

①機械脹接盡量采用帶有扭矩控制儀的電動和風動脹管機，實施自動脹接。

②按管子規格和管板厚度選擇合適規格的脹管器，具體選用按工藝文件執行。脹接中一般用洗滌劑潤滑，脹后及時清除脹管器上的顆粒物以減少脹管器的損壞，并注意檢查脹子和脹桿的磨損情況，必要時及時調換。若發生有斷桿卡殼情況，應慎重從脹接前端用比管內徑小一定尺寸的、硬度合適的平頭圓鋼通入管內將斷桿和脹套、脹針一起打出，切忌損傷管內壁造成內漏的質量事故。

③先脹4～5根管子掌握適當脹大量，調整脹管機和控制儀實現自動脹接，保證各脹管接頭均勻擴脹。

④脹接順序應先在最外層均勻脹6～8根管子將管板定位，管板與管子相互垂直，定位后按“自外向內，對稱脹管”的原則再脹適當數量的管子以增加管板的剛性。

2.3 換熱管與復合管板的焊接

換熱管與管板焊接的形式，如圖3所示。

該焊接應在潔凈、無塵、無煙、無染污的專門隔離的區域中進行[1]。選用的焊絲應使在正常焊接工藝下的焊縫的抗拉強度不低于母材固溶狀態下的標準下限值，焊縫的塑性和耐蝕性能不低于固溶狀態的母材或與母材相當，焊接性能良好。嚴禁用碳弧氣刨進行焊縫坡口加工及清根。焊縫的表面不得使用磨具或其他任何工具進行打磨。換熱管與管板的焊接采用GTAW（Gas Tungsten Arc Weld，鎢極惰性氣體保護焊）焊接方法[2]。焊接過程中，熔池金屬高溫停留時間短，金屬冷卻快，能量集中，有利于調整焊接能量和控制熔池形狀，使焊縫一周的成形均勻。因管壁較薄，焊接時一定要控制好施焊方式及引熄弧點。焊縫應進行100%滲透檢測，并隨即抽檢3%的換熱管與管板焊接接頭，按照《承壓設備無損檢測 第2部分：射線檢測》（NB/T 47013.2—2015）附錄A進行射線檢測。需要注意，檢查應在最后一次脹管前。主要焊接參數如表5所示。

2.4 耐壓試驗和泄漏試驗

制造完成的換熱器管束必須按圖樣規定進行耐壓試驗和泄漏試驗。試驗應在專門的場地進行，應有可靠的安全防護設施和措施，設置有警示標志，并經相關人員和部門認可。試驗前，所有與設備本體相連的零部件工作焊接已經完成。焊接完的焊縫應按圖樣規定進行相應的無損檢測，且全部合格，相應的記錄、報告齊全。按照要求裝好全部試壓工裝，且連接部位的螺栓、墊片應裝配齊全，螺栓緊固妥當。換熱器管束頂部應設置排氣口，充液時將容器內的氣體排凈。試壓過程中應使換熱器管束外表面保持干燥，只有當換熱器管束壁溫與水溫相接近時，才能緩慢加壓。

2.4.1 耐壓試驗。將換熱器管束殼程中充滿水，排凈滯留在換熱器管束內的氣體。換熱器管束外表面應保持干燥，當換熱器管束壁溫與水溫接近時，方可緩慢升壓至設計壓強，確認無泄漏后繼續升壓至規定的試驗壓強，保壓時間不少于30 min，然后降至設計壓強，保壓足夠時間進行檢查。檢查期間，壓強應保持不變。液壓試驗以無滲漏、無可見變形以及無異常的響聲為合格。

2.4.2 泄漏試驗。泄漏試驗在耐壓試驗合格后進行，包括氣密性試驗、氨檢漏試驗等。該換熱器管束是氣密性試驗，試驗壓強為圖紙規定的設計壓強。氣密性試驗壓強所用氣體應為干燥潔凈的空氣、氮氣或其他惰性氣體。本產品選用的是干燥潔凈的氮氣。試驗時壓強應緩慢上升，達到規定的試驗壓強后保壓不少于30 min。此時，對所有焊接接頭和連接部位噴肥皂水或洗衣粉液，觀察是否有氣泡產生。

需要注意，耐壓試驗和泄漏試驗若有漏點，應排凈容器內的介質，按相關規定進行返修，嚴禁帶壓操作。

3 結語

通過一系列的工藝方法，對上述材料的特性進行試驗，加大零部件工藝的嚴格控制，成功制造了再沸器管束。通過尺寸檢驗、滲透以及射線檢測、耐壓試驗和泄漏試驗等檢驗方法驗證，各項指標均符合設計及設想要求。該設備安裝后運行良好，為公司后續制造生產同類設備及相似設備積累了豐富的經驗。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家發展和改革委員會.鎳及鎳合金制壓力容器：JB/T 4756—2006[S].北京：機械工業出版社，2006.

[2]國家能源局.壓力容器焊接規程：NB/T 47015—2011[S].北京：新華出版社，2011.

[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.壓力容器：GB 150.1～GB 150.4—2011[S].北京：中國標準出版社，2012.

[4]國家能源局.壓力容器用復合板 第2部分：鎳-鋼復合板：NB/T 47002.2—2019[S].北京：新華出版社，2019.

[5]ASME.Nonferrous Material Specifications：ASME BPVC.Ⅱ.B-2017[S/OL].（2017-07-01）[2021-03-30].https：//www.doc88.com/p-3045992761430.html？r=1.