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1、双管板换热器的制造要点 刘保富， 马伟敬 ( 中国船舶重工集团公司第 7 2 5研究所 洛阳双瑞特种装备有限公司， 河南 洛阳4 7 1 0 0 0 ) 摘要： 根据双管板换热器的特殊结构， 介绍 了用模拟管板进行胀接工艺评定的方法以及管板加工、 强度胀接 、 管板组装、 压力试验等方面的制造要点， 确定 了影响双管板 强度胀接致密性的关键 因素 在于管板管孔 、 胀槽 的同心度和槽的粗糙度 以及合适的胀接参数。 关键词： 双管板 ； 液压胀接 ； 制造工艺 中图分类号 ： T Q 0 5 1 5 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 1 4 8 3 7 ( 2 0 0 9 ) 0 5
2、 0 0 6 0 0 4 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 4 8 3 7 2 0 0 9 0 5 0 1 1 M a i n Pr o c e s s o f Do u bl e t ub e s he e t Ex c ha n g e r L I U B a of u ， MA We i j i n g ( L u o y a n g S h i p Ma t e ri a l R e s e a r c h I n s t i t u t e ， L u o y a n g S u n r u i S p e c i a l E q u i p
3、 m e n t C o ， L t d ， L u o y a n g 4 7 1 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t： Ac c o r d i n g t o t h e s pe c i a l f o r ma t i o n o f t h e d o u b l et u b e s he e t e x c h a n g e r， t h i s t e x t i n t r o d u c e d t h e me t h o d o f u s i n g t h e s t i mu l a n t t u b e s h e e t
4、 t o d o t h e e x p a n d i n g pr o c e s s a s s e s s， a n d i n t r o d u c e d t h e ma k i ng e s s e n t i a l ， s u c h a s ma k i n g t u b e s h e e t ， h y d r a ul i c e x p a n d i n g、 a s s e mb l e i n g t u b e s h e e t 、p r e s s ur e t e s t a n d S O o n Th i s t e x t a l s o
5、fin d s t h e k e y d i a t h e s i s e s wh i c h e f f e c t i n g t h e h y d r a u l i c e x p a n d i n g o f t h e d o ub l e t u b e s h e e t a r e t h e h o mo c e nt r i c g r a d e o f t h e t ub e s h e e t h o l e s a n d s l o t s ， a n d t h e g l a b r o us g r a d e o f t h e s l o
6、t s， a n d s e e ml y e x p a n di n g pa r a me t e r Ke y wo r ds ： d o ub l et u be s h e e t ； h y d r a u l i c e x p a nd i n g； ma n u f a c t u r a l pr o c e s s 1 前言 近年来 ， 洛 阳双瑞特种装备有 限公司接到了多 个双管板换热器的制造合同， 此种换热器结构复杂 ， 制造工艺相对较 困难。2 0 0 7年为某公 司制 造的出 口冷却器是 u形管式夹套式双管板换热器 ， 属一类 压力容器。其结构见 图 l ， 技
7、术参数见表 1 。 壳 体 尺 寸 为 0 4 0 0 m m 8 m m， 材 质 为 0 C r l 7 N i l 2 Mo 2 。外管板尺寸为 5 2 m m4 0 m m， 内管 板 尺 寸 为 0 5 4 0 mm 5 3 m m， 材 质 均 为 0 C r l 7 N i l 2 Mo 2 I I， 换热管规格为 01 9 m m 2 m m， 材 60 质为 0 C r l 7 N i l 2 Mo 2 。 双管板换热器的管板加工和强度胀接是制造工 艺中的难点 ， 要严格执行制造工艺。现结合实际制 造情况对双管板换热器的制造工艺进行简要介绍。 2 双管板结构 双管板是换热器中
8、一种较新的结构形式。若管 程和壳程中的两种介质混合会使物料报废或产生重 大事故， 则一般采用这种双管板结构。其结构形式 一 般有两种 ， 见 图2 。 一种是内管板强度胀接 、 外管 第 2 6卷第 5期 压 力 容 器 总第 1 9 8期 图 1 还原炉出口冷却器 表 1 技术参数 项 目 壳程 管程 夹 套 设计压力( MP a ) 0 6 5 1 0 0 7 5 设计温度( ) 3 O HD 1 6 5 1 6 5 工作压力( MP a ) 0 5 9 0 5 5 0 5 5 工作温度( ) 6 4 1 6 0 3 0 1 5 0 l 3 0 1 5 O 还原炉 物料名称 脱盐水 水 出
9、口气 焊接接头系数 1 0 8 5 0 8 5 腐蚀裕度( m m) 1 3 3 板贴胀 +密封焊 ， 另一种是 内、 外管板均 为强度胀 接。两管板之间又分为采用哈夫短节连接和两管板 通过角焊缝直接连接 ， 这两种结构均形成中间积液 腔。此批换热器的管板连接形式为 ： 内管板强度胀 接、 外管板贴胀 +密封焊 ， 即图 2中的结构 2形式 。 图 2 双管板结 构形 式 3 胀接 工 艺评定 结构 2 此换热器制造工艺的最大难点就是内管板的强 度胀接， 必须保证胀接后 1 0 0 合格。一 般要求管 板的硬度要高于管子的硬度 3 0 H B左右， 而此 台换 热器管板与管子为同一种材质 ，
10、这就给强度胀接带 来更大难度 ， 因此在订购管板和管子时 ， 分别对硬度 作出了限定。为保证胀接 的合格率 ， 在产品胀接之 前必须进行胀接工艺评定 ， 以选取合适 的胀接参数。 选用 5 0 0 MP a 超高液压胀 管机进行柔性胀接 ， 此种 胀接方法可靠性高， 胀接过程受力均匀， 管子不易过 胀。 评定试验步骤 ： ( 1 ) 胀槽 尺寸选 择。图 3中胀槽 的尺寸是按 容规 要求选择 的， 槽宽 8 m m， 槽深 0 5 m m。根据 液压胀管经验和以往的试验 ， 胀槽宽度不变 ， 将胀槽 深度变为 0 6 m m。 ( 2 ) 制作一模拟 管板 ， 管板材质 、 厚度 、 钻孔直
11、径等均与实际产品一致 ， 见图 3， 4 。 图3 胀槽尺寸及模拟管板 图 4模拟管板实物 ( 3 ) 根据管板和管子尺寸及胀接区域大小订购 液压胀管器。 ( 4 ) 根据以往胀接经验初步设定一个强度胀接 参数值， 并在此值基础上每隔 5 1 0 M P a 为一挡进 行胀接试验 。 ( 5 ) 胀接试验完毕 ， 先对模拟 管板按 产品水压 试验值进行水压试验 ， 管头端喷渗透显像剂 ， 便于观 察是否渗水。水压试验合格后进行氨渗漏试验 ， 对 C P V T 双管板换热器的制造要点 V o 1 2 6 N 0 5 2 0 0 9 泄漏的管头 ， 适当调大胀接压力重新胀接。 ( 6 ) 重新加
12、工强度胀接试样 ， 按 确定 出的胀接 参数进行强度胀接 ， 对胀接后的管子进行拉脱力及 解剖试验。拉脱力结果均大于 4 MP a 。解剖试验见 图 5 ， 槽内充满程度达到 8 0 以上 ， 完全达到了抗拉 脱和密封作用 。 图5 管子胀后解剖图 经过上述试验步骤 ， 最终确定 了强度胀接的胀 接参数值 。同时发现 ， 强度胀接往往需要两次或两 次以上胀接才能胀住。直径越小 、 壁厚越大的管子 ， 胀接越困难。 4 制造要点 双管板换热器制造的要点是内外管板管孔的同 心度 、 平行度 ， 而其关键是 内管板强度胀槽与管孔的 同心度 、 粗糙度。 4 1 内、 外管板加工 为保证两块管板的同心
13、度 、 垂直度 ， 采用高效数 控钻床进行打底孔 、 钻孔 ， 严格按 照制造工艺执行 ， 控制孔径及粗糙度 ， 不允许出现螺旋状或纵向划痕。 外管板孔径要 比内管板大 0 1 m m左右， 这是因为 内、 外管板间距较小， 二者之 间管子的刚度很大， 很 难进行局部调整。 从胀接试验研究可知 ， 内管板的胀槽直接决定 了强度胀接的质量 ， 若胀槽与管孑 L 同心度超差 ， 可导 致胀槽浅的一侧在胀槽深的一侧的拉力作用下无法 胀紧 ， 从而不能达到密封作用。若胀槽粗糙度超差 ， 强度胀接时管子不能与槽贴实 ， 同样密封不严。因 此要采用专用孔槽镗刀进行加工 ， 及时排屑， 以保证 公差及粗糙度
14、。 4 2折 流板 加 工 折流板孔与管板孔的同心度直接影响管子能否 顺利穿人管孑 L 中， 因此折流板的加工应以象限为组 ， 将一个象限内的折流板用直板 固定到一起 ， 并做好 正面标记。折流板孔两端要倒角 ， 去除毛刺。根据 折流板间距的大小应适 当调整折流板孑 L 径的公差范 围 ， 间距小于 1 5 0 m m的 ， 公差应适当加大 0 3 m m 左右 。 4 3内外管板预组装 清洁内外管板管孔 的铁屑、 油污等异物， 将内外 管板按产品顺序重叠 ， 用定位销进行定位 ， 然后用换 热管逐个穿孑 L ， 检查两块管板孑 L 的同心度 、 垂直度。 若有管子不能穿过两块管板 ， 则把其
15、中一块管板旋 转 1 8 0 。 后再进行试穿 ， 并做好方位标记 、 正反标记。 4 4 管柬组装 以内管板为基准 ， 依次穿好拉杆 、 定距管 、 折流 板 、 支持板等 ， 然后将外管板与 内管板 固定在一起。 穿管时由内向外进行 ， 穿一排， 调整一排管头 ， 使之 伸出外管板的长度为 3 4 mm。穿管过程切勿用铁 锤直接敲击管 子， 应上下轻微 晃动 U形管 ， 同时在 管子端部采用牵引工装 ， 让管子顺利穿入管孔。 4 5 内管板 的液 压胀接 内管板的强度胀接是整个双管板换热器制造的 最大难点。强度胀时外管板与内管板要按产品结构 形式固定起来 ， 采用胀管加长机构进行 。胀接前
16、要 先精确测量管头到内管板胀区的距离 ， 然后加工挡 环以准确定位。此距离要根据管头伸出外管板的实 际尺寸适当调整 ， 防止胀错位置。一般采用两次胀 接法： 第一次按胀接工艺评定确定的参数值进行； 第 二次按稍高于第一次的胀接力进行。两次胀接甚至 多次胀接法是根据制造经验得出的防止管子渗漏的 有效方法。胀接时要按一定的顺序胀接， 防止漏胀。 比如采用从上到下 、 从左到右的顺序 ， 或按管子布局 形式进行胀接， 同时做好标记 ， 直至胀完。 4 6外管板焊接和贴胀 内管板胀接检验合格后方可进行外管板与内管 第2 6卷第5期 压 力 容 器 总第 1 9 8期 板的组焊 。组焊时采用氩弧焊 ，
17、将积液腔内通人氩 气保护 ， 并严格控制层间温度 。 外管板管头的焊接采用 自动管板封焊机进行焊 接 ， 一般采用两道填丝 的方法进行 。焊接时为防止 热量太大造成管板变形 ， 采用隔排焊接 的方法进行。 焊接完毕 ， 管头进行 1 0 0 着色检查。 焊接完毕后对外管板管头进行液压贴胀。抽查 部分管头实测内径后修磨胀管器直径 ， 便于胀 管器 顺利穿人管子内， 然后按拉脱力试验确定的胀 接参 数对管头进行贴胀 ， 目测初步判断管子 内壁胀接质 量 。 外管板采用先焊接后贴胀 的方式 ， 主要是 为了 提高管头封焊的质量 ， 若先贴胀往往在管头处形成 死区 ， 不利于气体的流通， 造成焊接缺陷
18、。 4 7压 力试验 双管板换热器的压力试验相对较为繁杂。首先 进行壳程水压试验 ， 此时须将外管板取下 ， 同时在内 管板上喷显像剂 ， 便于检查 内管板 的渗漏情况。水 压试验合格后 ， 对壳程进行气密性试验。气密试验 合格后 ， 组焊内外管板及外管板管头， 使积液腔成为 密闭腔体。对积液腔进行水压试验 和气密性试验。 由于积液腔容积很小 ， 在压力试 验时做一工装缓冲 罐 ， 压力试验时便于更稳定地观察压力的变化情况。 压力试验结束后按 图样进行氨渗透试验 ， 在积液腔 的排泄孔处贴试纸 ， 管头处喷试剂 ， 试纸 、 试剂不变 色为合格 。最后对 管程进行水 压试验和气密 性试 验。此
19、批产品还要对夹套做水压试验。 5 结语 内外管板管孔、 胀槽的同心度 、 垂直度是双管板 换热器制造的要点 ， 而 内管板的强度胀接是双管板 换热器制造的难点 ， 制造过程要严格控制。经过工 艺技术人员和车间工人操作人员 的努力和摸索 ， 积 累了双管板换热器制造经验 ， 该批设备现 已经正常 运行 。 参考文献 ： 1 G B 1 5 1 1 9 9 9 ， 管壳式换热器 S 2 压力容器安全技术监察规程 S 1 9 9 9 3 吕延茂 双管板换热器制造工艺 J 石油化工设备 ， 2 0 0 4 ， 3 3 9 ( 6 ) ： 6 0 6 2 收稿 日期 ： 2 0 0 8 0 5 2 1
20、修稿 日期 ： 2 0 0 9 0 4 2 7 作者简介： 刘保富( 1 9 8 1一) ， 男 ， 通讯地址 ： 4 7 1 0 0 0河南省洛 阳市高新区滨河路 3 2号容器车间。 ( 上接第 2 6页) 相同或相 近； 合理 的开孔结构 尺寸 应该是满足 J B 4 7 3 2附录 J要求的适用范 围内， 包 括落在 K 和 曲线族可查范围。 ( 3 ) 在满足其适用条件 的情况 下， 该法也 可以 用于常规设计计算 。 ( 4 ) 工程实例对 比发现 ， 对于大开孔率情况 ， 等 面积法和压力面积法存在设计 不足情况 ， 需要 引起 工程设计人员注意。 ( 未注符号 同 J B 4 7
21、 3 2 - 1 9 9 5 ( 2 0 0 5确认 ) 附录 J ) 参考文献 ： 1 G B 1 5 0 1 9 9 8 ， 钢制压力容器 S 2 A S M E 一1 ， 2 0 0 7版 美 S 3 A D规范， 2 0 0 1 西德 S 1 4D E N N I S R MO S S P r e s s u r e V e s s e l D e s i g n Ma n u a l ( T h i r d E d i t i o n ) 美儿M 5 杨文玲， 王俊宝， 闫文军 高压容器 3种开孔补强方法 比较 J 石油化工设备 ， 1 9 9 9， ( 6 ) ： 2 42 7 6
22、 J B 4 7 3 2 -1 9 9 5 ( 2 0 0 5确认 ) ， 钢制压力容器分析 设计标准 S 7 J B 4 7 3 2 -1 9 9 5 ， 钢制压力容器分析设计标准 标 准释义 S 8 薛明德 ， 杜青海， 黄克智 内压作用下圆柱壳开孔接管 的分析设计方法 J ， 压力容器， 2 0 0 7 ， 2 4 ( 6 ) ： 1 72 3 9 薛明德 ， 黄克智 ， 杜青海， 等，内压与支管载荷作用下 圆柱壳大开孔接管的分析设计方法 A 第一届设计 计算方法专业委员会会议文集 C 北京 ： 全国锅炉压 力容器标准化技术委员会 ， 2 0 0 7， 1 0 ： 7 69 6 1 0
23、X u e M D，C h e n W，H w a n g K C S t r e s s e s a t t h e I n t e r s e c t i o n o f T w o C y l i n d ri c a l S h e l l s J N u c l e a r E n g De s ，1 99 5， 1 54： 2 312 38 1 1 X u e M D，H w a n g K C， W，e t a 1 A R e i n f o r c e m e n t De s i gn Me t h o d Ba s e d o n An a l y s i s o f La
24、 r g e Op e n i n g s i n C y l i n d ri c a l P r e s s u r e V e s s e l s J A S ME J P r e s V e s Te c h， 1 9 9 6， 1 1 8：5 025 06 收稿 日期 ： 2 0 0 90 3 2 0 修稿 日期 ： 2 0 0 9 0 51 4 作者简介： 朱国栋( 1 9 7 4一) ， 男 ， 高级工程师， 1 9 9 9年毕业于 1 t 3 q 大学化工过程机械专业， 获硕士学位 ， 现从事石油化工 设备设计工作 ， 通讯地址 ： 1 0 0 1 0 1 北京朝阳区安慧北里安园 2 1 号中国石化工程建设公司设备二室。 6 3