小直徑大長度螺旋管換熱器制造工藝初探

袁冶

（大慶石油化工機械廠有限公司，黑龍江 大慶 163714）

本實用新型具有結(jié)構(gòu)堅固、適應(yīng)性強、材料范圍廣、生產(chǎn)簡單、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點。與直管式換熱器相比，螺旋管式換熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、換熱效率高、熱增長自補償、熱阻低等優(yōu)點。低溫霜廣泛應(yīng)用于核、石化、石油化工等行業(yè)。

給定螺旋管的總換熱器為13.5m，它分為兩部分：承壓外殼和內(nèi)部換熱部件。其外形結(jié)構(gòu)及主要尺寸如圖1所示，由于小直徑、大長度、結(jié)構(gòu)復雜、螺旋換熱管技術(shù)要求高，制造工藝較大型螺旋換熱器復雜。

圖1 換熱器外形結(jié)構(gòu)示意圖

1 換熱器結(jié)構(gòu)特點和主要規(guī)格參數(shù)

1.1 結(jié)構(gòu)特點

螺旋管換熱器壓力殼為16Mn，由壁厚30mm（最大70mm）、高溫氦氣、結(jié)構(gòu)溫度700～84251；組成，壓力殼采用硅酸鋁保溫材料保溫，每根螺旋供熱管的規(guī)格為$X5mm，35個形狀件的總和分成五層螺旋盤管套裝，最大螺旋直徑為>表>580mm，軸距9000mm，一根加長管60M。其結(jié)構(gòu)如圖2所示，管內(nèi)提供低溫凝結(jié)水和高溫加熱蒸汽，最高溫度為550～84051；管殼橫向流體和管內(nèi)液體逆流傳熱。

圖2 螺旋換熱管結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 主要工藝特點

螺旋管換熱器結(jié)構(gòu)較薄，具有以下工藝特點：法蘭密封區(qū)非常精確，實現(xiàn)金屬環(huán)的有效氦氣密封；換熱器的內(nèi)部零件和壓力應(yīng)在幾個月內(nèi)，并且應(yīng)具有嚴格的尺寸；鍍鎳管板的深孔金屬加工精度高；螺旋脹管的燈泡位置嚴格；多條換熱管通過管工作臺精度高；焊接扁鋼時，高溫鎳欠熔難以控制；內(nèi)部換熱元件與壓力殼體垂直桿之間的距離大，接頭很窄。

2 關(guān)鍵工藝難點及控制措施

2.1 法蘭密封槽精密加工

2.1.1 工藝技術(shù)難點

螺旋管加熱器共有五個法蘭面（見圖3)，每個法蘭用雙自粘金屬環(huán)封閉，以減少法蘭螺栓的負荷，提高法蘭密封性。結(jié)構(gòu)如圖4所示，焊縫采用E308不銹鋼，表面粗糙度為0.8.m。空隙不得超過0.05mm；凝結(jié)線兩側(cè)表面粗糙度Ra1.6m。

圖3 承壓殼體裝配精度及密封槽分布示意圖

圖4 法蘭密封槽及O形環(huán)密封結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2 工藝技術(shù)措施

應(yīng)根據(jù)壓實線形狀和精度的要求，采用最經(jīng)典、最合適的散裝材料手工研磨工藝。

選擇中等硬度的金屬。這是通過優(yōu)化補片工具和壓縮流之間的容量、將白剛玉磨料與不同粒度匹配、測試不同的補片速度和壓力以及驗證補片過程中的清潔度來實現(xiàn)的，完成所有O型環(huán)錨具的精密加工。

2.2 筒體環(huán)縫裝配

2.2.1 工藝技術(shù)難點

換熱器壓力罩有三個定位法蘭，位置如下：開口法蘭與固定法蘭平行0.5mm，封頭與供水側(cè)開口側(cè)面平行0.5mm，筒體內(nèi)壁與開口側(cè)面的垂直間距為0.2mm，上下筒體與下筒體部分的同軸度為0.5mm。應(yīng)采取措施控制壓力殼體的組裝和焊接。

2.2.2 技術(shù)措施

采用統(tǒng)一的采集日期和高精度的測量過程，確保法蘭裝配的精度。頂筒與長筒組裝時，應(yīng)將開口法蘭調(diào)整到供水法蘭上，同時，在組裝過程中用激光探頭進一步測量，以保證裝焊尺寸。

2.3 高壁厚接管焊接

2.3.1 技術(shù)難點

OCL上缸連接管為騎縫焊接，材料為16Mn車床。結(jié)構(gòu)如圖3所示。黃麻壁厚110mm，圓筒壁厚70mm，噴嘴鞍座下降65mm。由于填充量大，且噴嘴內(nèi)徑僅為400mm，焊接變形不易控制。焊接空間有限，焊根不易清理，焊接質(zhì)量不易控制。

2.3.2 技術(shù)措施

設(shè)計了噴嘴單面U型區(qū)，采用手工焊條單面焊雙面成形工藝，填充噴嘴時保證了焊縫背面的焊接質(zhì)量和焊接通道的焊接質(zhì)量，產(chǎn)品焊接UT、RT檢測無標準缺陷，同時，為有效控制焊接變形，在筒體內(nèi)放置兩個O形防變形支架，并根據(jù)筒體內(nèi)徑加工防變形支架外圈，確保：支架與氣缸內(nèi)壁緊密配合。在焊接前后的同一測量點上，氣缸內(nèi)徑幾乎沒有變化。

2.4 高溫鎳鎘管葉材料的深度處理

2.4.1 技術(shù)難點

換熱器管的板材含有sb-564 UNS n0810，屬于高溫鎳基。管子平面實際厚度為80mm，垂直度為0.05mm，高溫鎳基合金存在高溫變形、重載淬火、導熱性差、切割溫度高、工具磨損等，此外，由于管道的封閉或半封閉加工條件，孔表面的質(zhì)量、開孔尺寸和位置很難驗證。

2.4.2 技術(shù)措施

考慮到深孔加工的質(zhì)量和效率，應(yīng)采用BTA內(nèi)排屑孔加工鏜管孔。首先，根據(jù)鉆頭直徑的不同，進行選擇試驗，確定鉆頭直徑與行數(shù)的比值，優(yōu)化鉆頭類型。其次，根據(jù)所選鉆頭對應(yīng)不同的切削參數(shù)，如進給速度、速度、油壓等，充分考慮孔的表面質(zhì)量、斷屑狀態(tài)、開孔尺寸等因素，確定1680r/min速度和105mm/min功率速度的切削參數(shù)、治療效果等因素。

2.5 擴徑管束的布置與組裝

2.5.1 技術(shù)難點

換熱器的下供給側(cè)和蒸汽的上半部分是35的膨脹管，用于在運行期間吸收管束軸的膨脹。管道規(guī)格與螺旋式換熱器管相同，并在五層上拉在一起。

膨脹管束的散開端用螺旋換熱管焊接在ass上，管束端部通過板上的孔與板連接，對于特殊結(jié)構(gòu)，如果是膨脹管球，則應(yīng)嚴格固定，同時，膨脹管燈泡e端管與螺旋換熱管后部焊接的最小間距僅為25mm，操作難度較大。

2.5.2 技術(shù)措施

首先，對每層配件的工藝有一個規(guī)劃；其次，將五層伸縮電纜束的端部劃分成梯度，使分體回焊端部的孔分散，然后，對管道底部進行擴展，包括35根管子的添加和焊接。

同時，設(shè)計專用工具模擬管孔分布情況，根據(jù)張力床的要求對管端進行識別和固定，確定脹接管束兩端的精確定位比，以保證脹接管束焊后成品。

2.6 蒸汽和水資源的收集

2.6.1 技術(shù)難點

汽水管道共有35個管孔，直徑19.15mm，外徑19～0.05mm板材的盲穿長度約為470mm，供水管板的盲穿長度約為210mm），該工藝難以實施。

2.6.2 技術(shù)措施

考慮到35類管子難以同時穿入給排水孔，研制了一種特殊的控制棒。在管子進入管孔前，應(yīng)在管子的另一側(cè)進行說明，并調(diào)整盲板使其可見和可操作。可與脹管組緊密配合，且控制棒外徑與脹管組相同，通過管板時不存在臺階、卡澀等問題。同時，在管束穿過管子前，應(yīng)根據(jù)管孔的峰值和間隙調(diào)整管束的部分，并根據(jù)管孔的布置盡量分組，以減少總的穿透負荷。

2.7 鎳鎘合金管的高溫焊接

2.7.1 技術(shù)難點

換熱管和管道由高溫鎳基熔體制成，壁厚為3.5mm，相當于厚壁管。此外，高溫鎳基合金的焊接具有以下特點：線膨脹系數(shù)高、導熱性差、焊接應(yīng)力大、斷裂簡單、熔化溫度低、金屬流量小、地面存在難熔氧化膜、熔透性差等。

2.7.2 技術(shù)措施

為保證焊接質(zhì)量，制定了以下制造工藝：采用機械定位脹接，改善管材和給排水，同時消除管/管間隙，封閉風道，焊接時進入儲氣罐的氣體不產(chǎn)生氣孔缺陷；精密便攜式皮帶加工設(shè)備，加工45槽，適宜的速度和進給速度，保證出熱量和擋邊尺寸均勻；制定手工TIG焊接工藝，優(yōu)化焊接流程和其他工藝參數(shù)，并在5g（所有位置）內(nèi)完成管道焊接。

3 結(jié)語

根據(jù)小直徑長螺旋換熱器的結(jié)構(gòu)特點，對中心生產(chǎn)工藝進行了識別和分析，并從系統(tǒng)設(shè)計、專用工具研制、工藝管理等方面采取了措施，解決了法蘭壓紋的精密打磨、壁厚接管的焊接、在高溫鎳基基板上加工高精度深孔、裝配一束螺旋膨脹管及接管的定位等問題。例如，多個桶裝封頭同時穿過一個管板，焊接厚壁鎳基管板的所有位置，垂直套裝換熱器內(nèi)部和壓力套管，這對改進類似復雜結(jié)構(gòu)的小螺旋管換熱器的生產(chǎn)工藝和提高換熱器的質(zhì)量具有一定的參考價值。