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隔膜密封式高壓換熱器試制技術總結

點擊:1764 日期:[ 2014-04-26 22:05:58 ]
隔膜密封式高壓換熱器試制技術總結                   王 輝      (中國石油化工股份有限公司荊門分公司供應處,湖北荊門 448039)   [摘要]為適應煉油行業的快速發展,先進的煉油工藝在生產中不斷得到應用,試制成功了加氫工藝使用的隔膜密封式高壓換熱器,分析其結構組成及特點,如何保證設備管程和殼程的密封性是其制造的關鍵。   [關鍵詞] 隔膜密封式高壓換熱器;試制;加氫工藝   1 前言   隨著煉油行業的發展,先進的煉油工藝在生產中不斷得到應用,環 保法規日趨嚴格也要求煉油廠生產的油品更加清潔,加氫工藝是提高油 品質量的重要手段。在加氫裝置中,高溫、高壓換熱器的數量在逐步增 多,這要求高壓換熱器在保證高效換熱和操作安全可靠的前提下,盡量 節省單臺設備的投資、降低制造及加工難度、縮短制造周期等。 當今,在國內加氫裝置中使用的高溫、高壓換熱器主要有螺紋鎖緊 環式換熱器和Ω環密封環式換熱器兩種,但國外的加氫裝置中已經使 用了一種新型的高壓加氫換熱器———隔膜密封式高壓換熱器。這種高壓 換熱器與螺紋鎖緊環式高壓換熱器和Ω環密封式高壓換熱器相比具有 較多優點。它以往是依靠進口,為了使這種新型高壓換熱器能夠盡快國 產化,并減少資金外流。2006年由中石化物裝部重大辦立項、SEI中 國石化工程建設公司開發并設計了首臺隔膜密封式高壓換熱器。   2 隔膜密封式高壓換熱器的結構組成及特點   2.1 隔膜密封式高壓換熱器的結構組成   該隔膜密封式高壓換熱器的設計條件及規格參數如表1。設備公稱 直徑為Φ1400mm,主體材料:外殼為2.25Cr-lMo+堆焊;管束為 0Cr18Ni10Ti。基本結構由外殼部件和管束部件兩部分組成,其中管束 部件與普通高壓換熱器中管束的結構相同,而外殼部件是這臺產品制造 的關鍵和難點。          外殼部件主要由以下各零部件組焊裝配而成:   設備端部法蘭蓋———2.25Cr-lMo(Ⅳ)   隔膜密封盤———UNSNO8825   管箱法蘭———2.25Cr-lMo+堆焊   管箱筒體———2.25Cr-lMo+堆焊   管板———2.25Cr-lMo+堆焊   接管法蘭———2.25Cr-lMo+堆焊   Ω環密封環———Incol825   殼體法蘭———2.25Cr-lMo+堆焊   殼程筒體———2.25Cr-lMo+堆焊   封頭———2.25Cr-lMo+堆焊   設備管程和殼程的程數均為兩程,殼程的主要密封元件是Ω環密 封環(Incoloy825),密封是通過兩瓣的Ω環密封環之間的密封焊實現 的;管程的主要密封元件是隔膜密封盤(UNSNO8825),密封通過隔 膜密封盤與管箱法蘭密封面之間的密封焊實現的。這兩個密封元件不僅形狀特殊,而且材料的加工制造難度也相當高,是這臺產品的制造難點之一。    2.2 隔膜密封式高壓換熱器的特點   隔膜密封式高壓換熱器是設備在操作壓力低于10MPa以下工況優 選的結構形式。它與螺紋鎖緊環式高壓換熱器和Ω環密封式高壓換熱 器相比具有很多優點,它具有結構簡單、密封可靠、使用壽命長、投資 成本減少、制造難度相對降低及制造周期的相對縮短的特點(詳細內容 如表2所示)。          從表2中可以看出:這種新型的隔膜密封式高壓換熱器是設備在操 作壓力低于10MPa以下工況優選的結構形式。該換熱器的開發及研制 價值非常可觀。   3 試制過程及制造難點   這臺隔膜密封式高壓換熱器的制造關鍵是如何保證設備管程和殼程 的密封性。通過結構分析,對制造工藝中的難點采取了必要的工藝措 施,具體有以下幾點:   3.1 在結構形式方面   設備殼程由管束中的縱向隔板及其兩側的密封帶將殼體分為上、下 兩程,為了保證殼程隔板的密封性,對組成殼體各筒節的圓度及直徑偏 差進行了嚴格控制:一是在筒節卷圓合口時,通過測量及打磨的方法修 證鋼板因火切下料引起的誤差,把尺寸偏差控制在圖樣要求的范圍內; 二是將各筒節組焊在一起,對整個殼體內表面進行一次連續堆焊完成, 通過工藝控制保證堆焊層表面的平整性,并對堆焊的搭接處及隔板兩側 的殼體表面進行修磨至圖樣要求。   殼程的主要密封元件是Ω密封環(Incol825),其中的一瓣Ω密 封環與殼體法蘭的凹形密封面組焊;另一瓣Ω密封環與管板的凹形密 封面組焊。為了保證兩瓣Ω密封環之間的焊接質量,圖樣中還要求兩 瓣Ω環密封環之間的組對錯邊量小于0.3mm,為了滿足這一要求,我 們將管箱組件和殼體組件中與Ω環密封環裝配的部位均安排了組焊并 經最終焊后熱處理后進行整體機加工,從而消除法蘭密封面的焊后變 形,保證兩瓣Ω環密封環組對的對口錯邊量滿足圖樣要求。 設備管程的主要密封元件是隔膜密封盤(UNSNO8825),隔膜密 封盤與管箱法蘭凹形密封面裝配后進行密封焊。管箱法蘭密封面圖樣要求堆焊ENiCrMo-3,厚度是11mm,并要求表層的堆焊及加工在組件 最終熱處理之后進行。針對上述要求,我們將管箱法蘭密封面ENiCr- Mo-3的堆焊分兩次來完成,即先堆焊兩層ENiCrMo-3,厚度約4 mm,經消氫及管箱組件最終熱處理后再堆其它各層,然后進行整體機 加工此法蘭密封面至圖樣要求,從而保證此處的尺寸精度和焊接質量。   3.2 對825合金部件的機加工   這臺隔膜密封式高壓換熱器的主要密封元件是隔膜密封盤和Ω環 密封環,它們不僅形狀上特殊,而且材料全部選用825合金,這兩點就 使得兩零件的加工難度相當大。雖然我公司對于不銹鋼材料的密封盤和 Ω環密封環已有比較成熟的加工工藝,但對825合金材料的加工還是 首次,而且825合金材料昂貴,必須一次加工成功,為此公司對兩零件 的制造進行了特殊控制。由于825合金的零件需要在特別潔凈的環境中 進行加工,首先挑選出精度高的車床,并對車床、刀具及裝卡工具進行 了徹底清理,指定一名技術水平高的技工進行操作,操作前對技工進行 特殊的培訓,并制作了專用的工裝卡具,從而保證了隔膜密封盤和Ω 環密封環的尺寸及加工精度滿足圖樣要求。   3.3 焊接   由于這臺隔膜密封式高壓換熱器外殼的主體材料全部為 2.25Cr-lMo,筒體內表面采用雙層堆焊 (E309L+E347),由于 Cr-Mo鋼在焊接過程中淬硬傾向大,焊縫中容易形成淬硬組織,在足 夠高的氫濃度和一定的拘束殘余應力作用下容易產生冷裂紋,為了防止 這些缺陷的產生,我公司始終對Cr-Mo鋼材料的焊接非常重視,焊接 操作嚴格執行公司內運行的《Cr-Mo鋼材料產品制造工藝守則》,按焊 接工藝施焊,做到焊前預熱,焊后立即消應或消氫處理,施焊時控制層 間溫度,并使用紅外線測溫儀隨時進行溫度檢查,從而保證Cr-Mo鋼 材料的焊接質量。這臺產品的縱、環焊縫全部采用埋弧自動焊,焊縫質 量高,外觀成形美觀。筒體內表面的堆焊采用帶極雙層電弧堆焊,接管 內壁采用手工電弧焊雙層堆焊,控制焊接時規范參數,使堆焊層表面平 整,保證復層有效厚度不小于3mm,滿足圖樣對耐蝕層厚度的要求。 合金825的焊接是這臺產品制造的關鍵和難點,首先我們挑選出 四名焊接操作技能較高的焊工,對他們進行手工氬弧焊和手工電弧焊的 焊接技能培訓和焊工技能考試,由培訓合格后的四名焊工依據合格的焊接工藝評定來施焊。管箱法蘭密封面的堆焊及與密封盤之間的角焊縫, 采用手工電弧焊,焊條為法國SAF進口的ENiCrMo-3;Ω環密封墊 圈與管板及法蘭密封面的焊接,采用手工氬弧焊,焊絲為法國SAF進 口的ENiCrMo-3。Ω環環縫之間的對接焊接采用手工氬弧焊,焊絲為 法國SAF進口的ENiCrMo-3。焊接前、焊接中及焊接后注意保持施焊工件及焊接環境的潔凈,防止鐵離子及其它雜質的污染,保證合金825 的焊接一次合格。   4 結語   由于這臺設備制造的各道工序都能嚴格按照設計圖樣及工藝文件的要求進行,最后整臺設備經過水壓試驗、氣密性試驗以及各項檢查為合格。 
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