浮頭式換熱器關(guān)鍵制造技術(shù)改進(jìn)

王佐森，路揚(yáng)

（哈電集團(tuán)（秦皇島）重型裝備有限公司，河北 秦皇島 066206）

浮頭式換熱器關(guān)鍵制造技術(shù)改進(jìn)

王佐森，路揚(yáng)

（哈電集團(tuán)（秦皇島）重型裝備有限公司，河北 秦皇島 066206）

重型立式浮頭式換熱器在制造過程中存在著管束重量大，浮頭封頭與殼體封頭套裝尺寸嚴(yán)格，浮頭端密封盤根易泄漏等難題。本文合理地優(yōu)化了其制造工藝，并提出了結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)方案，科學(xué)地解決了制造過程中的諸多難題，為今后此類重型立式浮頭式換熱器的制造提供了經(jīng)驗(yàn)。

浮頭式換熱器；浮頭端制造；結(jié)構(gòu)；改進(jìn)；填料盤根

換熱器由于其在化工、石油、動(dòng)力和原子能等工業(yè)部門的廣泛應(yīng)用，使得換熱器制造技術(shù)一直以來受到研究人員的重視，各種研究成果不斷涌現(xiàn)。本文分析了重型立式浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)，通過分析換熱器殼體的套裝以及浮頭端制造的難點(diǎn)提出了結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案，從而有效的解決了浮頭換熱器殼體套裝、管束在套裝后的穩(wěn)定性以及浮頭封頭與殼體封頭的精準(zhǔn)套裝問題。

1 換熱器的的工作原理、主要材質(zhì)、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)介紹

重型立式浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 立式浮頭換熱器結(jié)構(gòu)圖

圖1 說明該換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理：浮頭式換熱器主要由管束、浮頭封頭、殼體、殼體封頭以及管箱等部件組成。其結(jié)構(gòu)上一端管板與殼體固定，另一端管板與內(nèi)封頭焊接后，管程部分可在殼體內(nèi)浮動(dòng)，殼體和管束對(duì)膨脹是自由的。當(dāng)管程、殼程中介質(zhì)溫差較大時(shí)，管束與殼體間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭式換熱器有著諸多優(yōu)點(diǎn)，如介質(zhì)溫差不受限制，可應(yīng)用于各種較為惡劣的工作場(chǎng)合，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)也存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造難度大、浮頭端易產(chǎn)生泄漏等問題。

浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)詳見表（1）。

表1 設(shè)計(jì)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)及驗(yàn)收規(guī)范遵循的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2 制造難點(diǎn)及技術(shù)改進(jìn)

2.1 浮頭端制造工藝優(yōu)化

浮頭端制造的精度要求高，難度較大。浮頭封頭接管與殼程封頭接管間通過填料盤根進(jìn)行密封，為確保密封效果，浮頭封頭接管外壁上的盤根擋環(huán)與殼程封頭接管內(nèi)壁僅有 1mm的盤根膨脹間隙。而浮頭管板外直徑與殼程筒體內(nèi)直徑相差 30mm，管束自重對(duì)殼程筒體套入帶來的阻力及浮頭封頭接管與殼程封頭接管的對(duì)中影響，使得常規(guī)臥式套裝變得極難實(shí)現(xiàn)，為此，特采用以下制造工藝：

管子臥式穿入管板并焊接、脹接成管束組件——管束組件由臥式翻轉(zhuǎn)成立式狀態(tài)——浮頭封頭和接管組件與管束組件裝配、焊接——?dú)んw立式套入并與下管板裝配——?dú)こ谭忸^和接管組件立式套入浮頭封頭接管中并與殼體裝配——整體組件翻轉(zhuǎn)成臥式——焊接兩環(huán)縫。

在管束組件制造完成后，使用管束豎立裝置和天車將管束豎立并固定于水平平臺(tái)上。

浮頭封頭與管板裝配、焊接后，浮頭封頭接管與管板的垂直度和同軸度是套裝制造的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。為此，浮頭封頭接管可在立式狀態(tài)裝配到浮頭封頭上，裝配過程中嚴(yán)格控制浮頭封頭接管與浮頭封頭端面的垂直度和同軸度，焊接過程中隨時(shí)監(jiān)控并采取對(duì)稱焊等方式保證垂直度和同軸度。同樣，浮頭封頭與接管組件也采用立式方式裝配到浮頭管板上，并嚴(yán)格控制浮頭封頭接管與浮頭管板裝配焊接的垂直度和同軸度。

套裝殼程封頭時(shí)，可以通過調(diào)整殼程封頭與殼體環(huán)縫錯(cuò)邊來保證殼程封頭接管與浮頭封頭接管的對(duì)中及密封間隙。

對(duì)比以往浮頭換熱器的制造工藝，本次制造并沒有將殼程封頭與殼體對(duì)接后整體套裝，而是將殼體套裝后，再進(jìn)行殼程封頭與殼體的對(duì)中安裝，并通過調(diào)節(jié)殼程封頭與殼體對(duì)接環(huán)縫的錯(cuò)邊量至滿足要求。這樣避免了殼程封頭與殼體焊后整體套裝給浮頭端套裝帶來的盲區(qū)，大大降低了浮頭端套裝的難度。

2.2 殼體套裝后管束的穩(wěn)定性

殼體套裝后翻轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)，并在滾輪架上轉(zhuǎn)動(dòng)來完成殼體與下管板、殼程封頭的焊接。管束浮頭端在殼體內(nèi)部?jī)H依靠重力提供的靜摩擦力與殼體以及殼程封頭貼合，無(wú)徑向固定，殼體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)柔性的管束與殼體產(chǎn)生不同步的轉(zhuǎn)動(dòng)，造成了管束扭曲甚至損壞，浮頭端管板周向最大偏移可達(dá) 200mm，并且扭曲后難以調(diào)整。立式浮頭換熱器在臥式制造時(shí)，必須考慮管束在殼體內(nèi)部的穩(wěn)定性，保持殼體與管束的同步轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)計(jì)上可通過在浮頭管板與殼體增加定位結(jié)構(gòu)的方法來保持管束與殼體的徑向固定，如圖2所示；制造時(shí)也可通過焊接連接板的方法將管束與殼體連成一體，待完成全部滾輪架上的操作后拆除連接板。

圖2 浮頭管板處的改進(jìn)方案

2.3 管束與殼體的對(duì)中套裝

浮頭換熱器在設(shè)計(jì)上浮頭管板與殼壁之間留有較大間隙，通過浮頭封頭與殼程封頭的密封配合來保證管束與殼體的同軸。管束較長(zhǎng)的換熱器會(huì)優(yōu)先選擇管束與殼體的臥式套裝，套裝后的管束浮頭端會(huì)受自重貼在殼體內(nèi)壁上，調(diào)整難度較大，影響殼程封頭與殼體的對(duì)接焊接。為確保殼程封頭安裝前管束與殼體對(duì)中，我們?cè)跉んw浮頭端內(nèi)壁均布焊接四到六塊弧形墊板，弧板的厚度能夠彌補(bǔ)浮頭管板與殼體的間隙，使浮頭管板與殼體保持同軸，如圖2所示。墊板在筒體套入管束方向的棱角處加工出斜度，減緩套裝時(shí)管板與墊板間的阻力。墊板與筒體焊接后，與殼體一同進(jìn)行熱處理。增加墊板后的浮頭端套裝殼程封頭的難度大大減小，保證了殼程封頭與殼體的安裝質(zhì)量。

2.4 管程與殼程間的密封

填料函式密封的換熱器是浮頭換熱器的一種改型結(jié)構(gòu)，殼程封頭接管與浮頭封頭接管之間用填料盤根填充，通過壓緊螺母預(yù)緊盤根來實(shí)現(xiàn)管程的動(dòng)密封。

填料盤根對(duì)密封處的壓緊力通過壓緊螺母預(yù)緊產(chǎn)生，由于填料為彈塑性體，當(dāng)受到軸向壓緊后，產(chǎn)生摩擦力致使壓緊力沿軸向逐漸減少，同時(shí)產(chǎn)生的徑向壓緊力使填料盤根緊貼在接管表面而阻止介質(zhì)外漏。但在進(jìn)行臥式泄漏試驗(yàn)時(shí)，產(chǎn)品為臥式狀態(tài)，浮頭封頭接管與殼程封頭接管的套裝為間隙配合，浮頭封頭接管會(huì)受自重向下偏移，這時(shí)的填料盤根對(duì)密封區(qū)域環(huán)向的填充量是不均勻的，而此時(shí)可以通過壓緊螺母的預(yù)緊力使填料盤根達(dá)到密封效果。但若轉(zhuǎn)動(dòng)殼體或立式起吊后，浮頭封頭接管與殼體封頭接管的環(huán)向間隙會(huì)發(fā)生變化，填料盤根的徑向填充無(wú)法滿足密封要求，導(dǎo)致管程與殼程聯(lián)通。所以在產(chǎn)品完成密封試驗(yàn)以后，拆除填料盤根，待產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)安裝完畢后，重新進(jìn)行填料盤根的安裝以及壓緊螺母的預(yù)緊，并重新進(jìn)行密封試驗(yàn)檢測(cè)填料盤根的密封性。

3 結(jié)語(yǔ)

浮頭式換熱器有著高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大。筆者通過對(duì)立式浮頭式換熱器的制造過程的跟蹤和服務(wù)，提出以上技術(shù)改進(jìn)，這些改進(jìn)易于實(shí)現(xiàn)而且提高質(zhì)量。

[1]GB151-1999 .管殼式換熱器 .

[2]HG/T20584-2011 .鋼制化工容器制造技術(shù)規(guī)定 .

[3]許蕾 ,錢才富 ,劉久逸 ,劉志勝 . 浮頭換熱器管板熱應(yīng)力分析 [J].壓力容器 ,2015,32(06): 55-60.

[4]周強(qiáng) ,甘曉惠 .酸化液冷卻器試制 [J]. 壓力容器 ,1992, (06): 64-67.

TK17

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1671-0711（2017）07（下）-0088-02