組合式氨冷器的設(shè)計(jì)及制造

白巨娟，林天昊

（中昊（大連）化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧 大連 116023）

組合式氨冷器是為某公司化肥項(xiàng)目設(shè)計(jì)制造的三類(lèi)壓力容器，是氨合成／尿素裝置（200萬(wàn)t／a合成氨350萬(wàn)t／a尿素項(xiàng)目）的關(guān)鍵設(shè)備。此設(shè)備為實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程，管板采用多管板，換熱管采用環(huán)管套內(nèi)管，環(huán)管與中間管板采用深度脹接，內(nèi)管與冷端第二管板采用“O”型圈連接，冷熱端第二管板及中間管板采用壓差設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)［1］。因此該設(shè)備制造過(guò)程中的管板加工、換熱管深度脹接及耐壓試驗(yàn)等的難度很大。為此，在制造過(guò)程中制定了嚴(yán)密的管板加工、換熱管深度脹接及耐壓試驗(yàn)等技術(shù)方案，攻克了制造過(guò)程中各難點(diǎn)，最終使產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)和相關(guān)技術(shù)條件的要求。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要技術(shù)參數(shù)

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該設(shè)備共有五塊管板，兩塊熱端管板，兩塊冷端管板，以及中間一塊管板。換熱管由環(huán)管和內(nèi)管組成，環(huán)管設(shè)置在熱端主管板和冷端主管板之間，內(nèi)管設(shè)置在熱端第二管板和冷端第二管板之間。環(huán)管與中間管板采用深度脹接，環(huán)管與冷熱端主管板采用脹焊并用，內(nèi)管與熱端第二管板采用強(qiáng)度脹，內(nèi)管與冷端第二管板采用“O”型圈連接。（見(jiàn)圖1）

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.2 設(shè)備技術(shù)參數(shù)（表1）

表1 技術(shù)參數(shù)

2 換熱管材料的采購(gòu)

由于此換熱器為環(huán)管套內(nèi)管結(jié)構(gòu)，并且內(nèi)管外壁間隔745、圓周120度均勻焊有φ3×30的支撐棒結(jié)構(gòu)，因此在采購(gòu)時(shí)對(duì)環(huán)管內(nèi)徑，內(nèi)管外徑及管壁厚偏差提出了比常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格的要求，以便制造安裝時(shí)順利穿管。

3 制造控制要點(diǎn)

3.1 關(guān)鍵零部件的制造

3.1.1 管板

設(shè)備共有五塊管板，兩塊熱端管板，兩塊冷端管板，以及中間一塊管板。因此加工及組裝時(shí)要特別注意各管板的同心度、平行度及其與殼體軸線(xiàn)的垂直度等。為了保證換熱管能夠順利穿入，要求組裝前進(jìn)行五塊管板的預(yù)組裝。

3.1.2 冷端第二管板“O”型圈密封槽

內(nèi)管與冷端第二管板為“O”型圈連接，為保證密封性能，對(duì)密封槽的加工精度提出了嚴(yán)格要求（如圖2）。

圖2 冷端第二管板”O(jiān)”型圈密封槽結(jié)構(gòu)圖

3.1.3 內(nèi)管焊接支撐棒

內(nèi)管共840根，每根內(nèi)管上需焊接63根支撐棒，共52920根。大量間隔有嚴(yán)格要求的支撐棒給焊接帶來(lái)了難題。因此制造過(guò)程中制作了焊接工裝，保證了間距要求、相對(duì)方位和焊接速度。

3.1.4 殼程筒體制造控制要點(diǎn)

有4組管組與殼程筒體連接，為了不得影響管束安裝需打磨管組與CF－1、CF－2焊縫內(nèi)部與母材齊平。進(jìn)行熱處理時(shí)為防止殼體變形，影響管束安裝需注意安裝內(nèi)部支撐。

3.1.5 深度脹接

設(shè)備全長(zhǎng)約22m，環(huán)管約15m米，與中間管板在距熱端約65 000處進(jìn)行深度脹。為避免漏脹和過(guò)脹，制定了環(huán)管與主管板及中間管板模擬脹接工藝（如圖3）。采用與主體相同的材料、結(jié)構(gòu)、焊接及無(wú)損檢測(cè)。殼程進(jìn)行水壓試驗(yàn)及氨檢漏試驗(yàn)。試驗(yàn)合格后做中間管板與環(huán)管脹接部位的拉脫試驗(yàn)，做中間管板與環(huán)管脹接部位的剖切檢查，測(cè)量脹接后的環(huán)管外徑、中間管板內(nèi)孔直徑。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定產(chǎn)品制作時(shí)環(huán)管與中間管板之間的脹接壓力。

3.2 產(chǎn)品的檢驗(yàn)

3.2.1 無(wú)損檢測(cè)

殼程筒體A、B類(lèi)焊接接頭在最終熱處理前進(jìn)行局部RT，符合JB／T 4730.2－2005中B級(jí)透照質(zhì)量的Ⅱ級(jí)合格。環(huán)管及管程A、B類(lèi)焊接接頭在最終熱處理前進(jìn)行100%RT，符合JB／T 4730.2－2005中B級(jí)透照質(zhì)量的Ⅱ級(jí)合格。所有A、B、C、D類(lèi)焊接接頭最終熱處理前、后及水壓試驗(yàn)后進(jìn)行100%MT，符合JB／T 4730.4－2005中的Ⅰ級(jí)合格［3］。

圖3 模擬脹接工藝圖

3.2.2 氨滲漏試驗(yàn)

熱端主管板和冷端主管板管頭進(jìn)行氨滲漏試驗(yàn)（如圖4）。試驗(yàn)介質(zhì)15%氨氣＋85%氮?dú)?。試?yàn)壓力＝0.1353MPa（表壓）。氨滲漏試驗(yàn)一次合格。

3.2.3 耐壓試驗(yàn)

殼程水壓試驗(yàn)：殼程氨滲漏試驗(yàn)合格后進(jìn)行中間管板及殼程水壓試驗(yàn)（如圖4）。CF－2側(cè)進(jìn)水口為S2，出水口為S1，排氣口為C3，試驗(yàn)壓力0.65 MPa（CF－2側(cè)），CF－1側(cè)不加壓，試驗(yàn)溫度≥10℃，檢測(cè)無(wú)泄漏；CF－2與CF－1兩側(cè)同時(shí)加壓，注意兩側(cè)壓差≤0.52MPa（包括升壓、保壓、泄壓），CF－1側(cè)進(jìn)水口為S4，出水口為S3，排氣口為C3，試驗(yàn)壓力2.7MPa，試驗(yàn)溫度≥10℃，檢測(cè)無(wú)泄漏。

管程及環(huán)管水壓試驗(yàn)：殼程水壓試驗(yàn)合格后進(jìn)行管程及環(huán)管水壓試驗(yàn)（如圖5）。熱端、冷端第二管板水壓試驗(yàn)，進(jìn)水口為T(mén)1，出水口為T(mén)2，排氣口為C1，試驗(yàn)壓力0.65MPa（環(huán)管側(cè)），試驗(yàn)溫度≥10℃，檢測(cè)無(wú)泄漏；熱端、冷端第二管板兩側(cè)同時(shí)加壓，注意兩側(cè)壓差≤0.52MPa（包括升壓、保壓、泄壓），進(jìn)水口為T(mén)4，出水口為T(mén)3，排氣口為C1，試驗(yàn)壓力20.4MPa，試驗(yàn)溫度≥10℃，檢測(cè)無(wú)泄漏。

水壓試驗(yàn)合格后，容器內(nèi)的水必須徹底排凈吹干，表面處理合格后用氮?dú)庵脫Q容器內(nèi)的空氣，置換后充氮至壓力為0.05MPa時(shí)保壓，此壓力保持到運(yùn)輸存放全過(guò)程，直至安裝卸壓。

圖4 殼程氨滲漏試驗(yàn)、水壓試驗(yàn)示意圖

圖5 管程水壓試驗(yàn)示意圖

4 結(jié) 語(yǔ)

在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中合理選擇結(jié)構(gòu)；換熱管材料采購(gòu)時(shí)控制了尺寸偏差，確保環(huán)管和內(nèi)管順利安裝；制造過(guò)程中通過(guò)制定克服難點(diǎn)的技術(shù)方案，使得制成的產(chǎn)品最終通過(guò)嚴(yán)格的產(chǎn)品檢查和驗(yàn)收，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件的要求，較好地保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。設(shè)計(jì)、制造過(guò)程和最終取得的成果，使有關(guān)技術(shù)人員和現(xiàn)場(chǎng)操作者在設(shè)計(jì)、制造經(jīng)驗(yàn)和管理水平等方面都有較大的提高，為同類(lèi)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造提供了借鑒。

［1］ GB151－1999管殼式換熱器 ［S］.

［2］ ASMEⅡ卷 A篇 鐵基材料 ［S］.

［3］ JB／T 4730－2005，承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) ［S］.