管殼式換熱器零部件的制造與組裝

作者： 2014年03月18日 來(lái)源： 瀏覽量：
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本文節(jié)選自《管殼式換熱器的維修》 1零部件的制造與組裝 （1）管殼式換熱器的制造 管殼式換熱器是一種傳統(tǒng)的換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用具有悠久的歷史。在長(zhǎng)期的使用中，其結(jié)構(gòu)型式不斷地改進(jìn)，目前已經(jīng)基本定型

 

本文節(jié)選自 《管殼式換熱器的維修》
 
    1 零部件的制造與組裝
    （1）管殼式換熱器的制造
管殼式換熱器是一種傳統(tǒng)的換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用具有悠久的歷史。在長(zhǎng)期的使用中，其結(jié)構(gòu)型式不斷地改進(jìn)，目前已經(jīng)基本定型。管殼式換熱器的殼體、管箱、封頭、法蘭及接管等的制造與一般化工容器基本相同。對(duì)維護(hù)檢修工作者來(lái)講，需要了解管殼式換熱器在制造和組裝過(guò)程中較為特殊的方面，這里就相關(guān)部件的內(nèi)容進(jìn)行介紹。
① 筒體制造
a．筒體橢圓度
換熱器筒體的橢圓度要求較高，因必須保證殼體與折流板之間由合適的間隙。如太大就要影響換熱效果，太小就要增加裝配的困難。因此，殼體在下料和輥壓過(guò)程中必須小心謹(jǐn)慎。
b．下料
下料須正確，切割方法有：機(jī)械切割法、氧氣切割法和等離子切割法三種。機(jī)械切割法是用斜口剪板機(jī)切割，效率低，不能切割高硬度的材料；氧氣切割法可以切割較厚的碳素鋼板，但不能切割不銹鋼和其它高熔點(diǎn)的金屬或非金屬；等離子切割法不僅可切割高熔點(diǎn)的金屬或非金屬，且效率高、切口光滑又平整、熱影響區(qū)小，材料性能無(wú)顯著變化，工件變形小，成本低。切割好的鋼板應(yīng)根據(jù)鋼板厚度、操作壓力高低選定的破口形式進(jìn)行邊緣加工。
c．卷板與焊接
鋼板在卷板機(jī)上輥壓加工時(shí)，須注意鋼棒縱向邊緣嚴(yán)格與滾筒軸線保持平行，輥壓成形后的圓筒立即點(diǎn)焊，由卷板機(jī)上卸下后內(nèi)外進(jìn)行縱縫焊接。焊接采用手工電弧焊或買(mǎi)弧自動(dòng)焊，焊接過(guò)程中必須注意：焊條應(yīng)保持干燥；坡口應(yīng)清除干凈；如發(fā)現(xiàn)焊接缺陷必須完全鑿去再進(jìn)行下一層焊接；盡量采用平焊；焊接順序應(yīng)合理，以減小變形和應(yīng)力。所有殼體的縱、環(huán)焊縫（帶蒸發(fā)空間的重沸器除外），均應(yīng)加工成于殼體齊平，以利于管束的裝配。焊接后須再上卷板機(jī)以矯正由于焊接產(chǎn)生的變形而得到正圓筒。殼體的允許不圓度應(yīng)使金屬模板能順利地通過(guò)殼體而不會(huì)卡住。該模板由兩塊直徑等于折流板的剛性圓盤(pán)及與它垂直的一根芯軸組成。接管注意不開(kāi)在焊縫上，并應(yīng)與其相連接的內(nèi)表面齊平。
② 封頭和管箱的制造
封頭和管箱的厚度一般不小于殼體的最小壁厚，且接管開(kāi)孔往往采用整體加強(qiáng)而不用加強(qiáng)板。分程隔板兩側(cè)全長(zhǎng)均應(yīng)焊接，并應(yīng)具有全焊透的焊縫。由于焊接應(yīng)力較大，故管箱和封頭法蘭等焊接后，須進(jìn)行清除應(yīng)力的熱處理，最后進(jìn)行機(jī)械加工。
管程如為腐蝕性介質(zhì)，則管箱及封頭可采用復(fù)合板或耐腐蝕合金板襯里，在法蘭內(nèi)壁及端面可采用堆焊。
在換熱器制造過(guò)程中，管子的加工、管板的制造、管子與管板的連接為換熱器的特有部分，管子與管板的連接工藝是換熱器制造過(guò)程中最重要的一環(huán)，世界各國(guó)都很重視，并作了大量的研究工作。目前，由于我國(guó)煉油、化工及石油化工工業(yè)的發(fā)展，要求換熱器的操作條件越來(lái)越苛刻。為適應(yīng)高溫高壓及大型化的需要，國(guó)內(nèi)外已研究成功了許多新的連接工藝，今后將逐步在生產(chǎn)中推廣使用。
③ 管子的選用和加工
直管一律采用整根管子而不允許有接縫，U形管可以拼接應(yīng)正確選擇接頭位置，使其盡量靠近彎頭處，可避免由于穿管時(shí)接頭經(jīng)過(guò)折流板而造成穿管困難。U形管的最小彎曲半徑，目前國(guó)內(nèi)可達(dá)兩倍管子外徑。彎曲處須用直徑為管子內(nèi)徑0.85倍的圓球作通過(guò)檢查，以檢驗(yàn)其不圓度。
管子加工的步驟如下：
a．管子下料的方法可根據(jù)各制造廠的設(shè)備條件選用，可采用鋸床切管、沖管機(jī)沖管、砂輪鋸等。有手工操作，也有利用液壓系統(tǒng)和射流控制自動(dòng)進(jìn)給和后退的半自動(dòng)操作。
b．管子要校直，否則將造成穿管困難。
c．管子兩端須用磨管機(jī)清除氧化皮、鐵銹及污垢等雜質(zhì)，直至露出金屬金澤。除銹長(zhǎng)度不小于兩倍管板厚度。國(guó)外也有在管子內(nèi)徑兩端約10mm長(zhǎng)度范圍內(nèi)進(jìn)行除銹。
d．當(dāng)管子與管板的連接采用脹接工藝時(shí)，管端硬度應(yīng)低于管板硬度。如管子硬度高于或接近管板硬度，應(yīng)將管子兩端進(jìn)行退火處理，退火長(zhǎng)度一般取200～250mm。加熱的燃料用木炭或焦炭等。碳素鋼管加熱的溫度取600～650℃（呈棕紅色），合金鋼管加熱溫度取650～700℃（呈深紅色）。加熱時(shí)，管子的另一端必須堵死，避免因空氣對(duì)流而影響加熱。加熱時(shí)應(yīng)經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)管子，使管壁各處的受熱均勻，避免局部過(guò)熱。保溫時(shí)間10～15min，取出后埋在溫?zé)岫稍锏纳白永锩妫蛘哂帽夭牧希ㄊ?、硅藻土）包好，慢慢冷卻。當(dāng)采用不同材料如20號(hào)管子和16Mn管板，則本身存在硬度差，就不用退火處理。
e．當(dāng)采用脹接工藝時(shí)，管端須檢查如有縱向傷痕者不可使用。
當(dāng)對(duì)換熱器有耐高溫或腐蝕等要求時(shí)，為節(jié)約貴重材料、降低制造成本，可根據(jù)需要采用雙金屬管外，還可進(jìn)行各種表面處理，國(guó)內(nèi)使用最多的為表面滲鋁。在日本，比較盛行于采用滲鉻、滲鋁、噴涂金屬或樹(shù)脂保護(hù)層等方法。經(jīng)過(guò)滲鋁處理的管子，對(duì)于抗硫、硫化物和其它一些腐蝕介質(zhì)以及耐熱等方面，效果很好。但滲鉻和滲鋁后，金屬機(jī)械性能有所降低、而且因其表面硬度增加，脹管比較困難，噴涂法是將保護(hù)材料如不銹鋼、鋁或合成樹(shù)脂等噴涂在管子表面，在有應(yīng)力腐蝕裂紋的場(chǎng)合，短時(shí)間內(nèi)保護(hù)效果非常好。
④ 管板的加工制造
管板一般采用低合金鋼鍛造，或者采用低合金鋼鋼板加工。管板毛坯可以是鋼板、鍛制的、焊制的及復(fù)合的。如為鋼板材料時(shí)，加工前表面不平度當(dāng)直徑小于1000mm時(shí)不得大于2mm；等于或大于1000mm時(shí)，不得大于3mm。如超過(guò)以上規(guī)定時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行校平，然后進(jìn)行精加工。
當(dāng)某種單一材料不能同時(shí)抵抗兩側(cè)換熱介質(zhì)的腐蝕時(shí)，必須采用雙金屬板。有時(shí)雖只是一種介質(zhì)具有強(qiáng)烈腐蝕作用，但是管板尺寸較大較厚，那么采用整體的貴重材料制造管板不如采用復(fù)合板來(lái)得經(jīng)濟(jì)。常用的換熱器復(fù)合管板制造方法有：
a．軋制法    軋制法就是把軋制了的不銹鋼板和碳素鋼板疊合起來(lái)，用焊接等方法將四周固定，然后把疊合起來(lái)的鋼板進(jìn)行熱軋加工。
b．堆焊法    在碳素鋼的表面，用焊接方法來(lái)焊接不銹鋼，制成整個(gè)不銹鋼的層面，然后把不銹鋼層表面用接卸切削方法加工成型。作為焊接方法，可以采用手工焊、埋弧焊等。但是，最近幾年發(fā)展起來(lái)的帶極電弧焊接法又取得了更廣泛的應(yīng)用。
c．爆炸復(fù)合法    利用炸藥的爆炸能將碳素鋼與不銹鋼接合的方法，如下圖2-1所示。在碳素鋼的上面保持一定距離設(shè)置不銹鋼板，在不銹鋼板的上面把炸藥全部布以一樣的厚度，由一端借雷管爆炸而進(jìn)行接合。在炸藥爆炸的前端處，不銹鋼復(fù)合材料變形，以高速度沖擊到母材上，由沖擊點(diǎn)向前方可以噴出金屬射流，使它們進(jìn)行接合。因?yàn)檫@種方法是在極其短的時(shí)間內(nèi)完成的，所以在接合交界面上兩種材料的合金元素?cái)U(kuò)散極少。這樣，能夠貼合異種金屬而幾乎不形成異種金屬貼合時(shí)所存在的合金層。這種合金層非常堅(jiān)硬，當(dāng)材料彎曲時(shí)，往往從這里產(chǎn)生裂縫。
  圖2-1 爆炸復(fù)合鋼板的制造  
d．焊管覆合法    首先分別加工出覆合層鋼板和基層碳鋼板的孔，且覆合層板的孔應(yīng)大于基層碳鋼管板孔。然后穿管焊接，同時(shí)將不銹鋼板、碳鋼板及不銹鋼管子焊在一起，以達(dá)到覆合的目的。此法適合于管間距較大的場(chǎng)合。
e．橋面堆焊法    待碳鋼板穿管焊接后，以不銹鋼焊條堆焊焊管孔間的橋面，可使碳鋼表面獲得不銹鋼覆合層，此法最節(jié)約不銹鋼，但焊后不易熱處理，也不易加工管板堆焊的平面。這種方法可用于管間距較小的場(chǎng)合。
管孔加工是管板制造中主要的一環(huán)，在加工過(guò)程中必須盡可能滿足以下幾點(diǎn)要求：
a．保證孔的位置及尺寸精度，如管孔不圓度。同心度及孔壁的光潔度。
b．對(duì)大厚度的管板必須保證孔與管板平面垂直。
c．組裝狀態(tài)下管板和折流板的同一位置的管孔和拉桿用孔的中心應(yīng)在同一直線上。
目前國(guó)內(nèi)最普遍的管孔加工方法是管板下料、校平、平面外圓及壓緊面的車(chē)削完畢后，進(jìn)行劃線、鉆孔、刻槽、倒角等工序。適用于小批或單件生產(chǎn)的低壓換熱器。為保證上下管孔的同心度可將兩塊管板疊合起來(lái)一起鉆孔。
⑤ 折流板的加工制造
由于折流板一般都很薄，鉆孔時(shí)鉆頭的推力將使管板中心變形，故可將下料成整圓的折流板去掉毛刺并校平、重疊、壓緊后沿周邊點(diǎn)焊，然后一起鉆孔。須注意折流板疊合后的厚度不能超過(guò)鉆頭工作部分份額4/5。為防止折流板鉆孔時(shí)產(chǎn)生撓曲而影響孔距精度，必須在折流板下面墊上整塊木板以承受鉆頭的推力。
為保證順利穿管，必須使折流板的管孔與管板的管孔中心在同一直線上?？梢詫⒐馨瀹?dāng)作鉆模放在折流板上壓緊后進(jìn)行引孔，即以管板為基礎(chǔ)先在折流板上鉆出和管板孔距一致的定位孔，然后取下管板，將折流板壓緊，并換上適合折流板的鉆頭，以引出的定位孔為準(zhǔn)備進(jìn)行加工。但必須注意為防止產(chǎn)生積累誤差，故當(dāng)作鉆模的管板必須是第一塊管板。
⑥ 膨脹節(jié)
膨脹節(jié)是靠波殼的伸縮變形而起溫差補(bǔ)償作用的部件。波殼橫截面的形狀有許多種，實(shí)際使用的絕大多數(shù)為U形，其次是Ω形。
Ω形波殼與筒體連接的場(chǎng)合，一般像圖2-2（a）所示的那樣，將平行部向筒體插入并將端部由內(nèi)側(cè)進(jìn)行焊接。圖2-2（b）所示的方法不但在焊接處產(chǎn)生較大的應(yīng)力，而且不可能達(dá)到焊透，所以必須限于小直徑筒體或應(yīng)力小的場(chǎng)合下采用。若將薄弱環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)改進(jìn)如圖2（c）所示，并使用環(huán)形管，制造即方便，受力也較好，環(huán)形管壁可以較薄。
圖2-2Ω形膨脹節(jié)的連接方法
單波U形膨脹節(jié)的波殼結(jié)構(gòu)如圖2-3 所示。圖2-3中（a）頂部沒(méi)有焊接，（b）頂部設(shè)置焊接部分。由于頂部處應(yīng)力較大，所以在這部份焊接時(shí)應(yīng)在U形頂部設(shè)置平行部，且應(yīng)采用封底焊方法，作充分焊透。
圖2-3 U形膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)
（2）管束的組裝
管殼式換熱器的組裝主要是指管束的組裝。
換熱器組裝要求兩管板相互平行，允許誤差不得大于1mm；兩管板間長(zhǎng)度誤差為±2mm；管子與管板應(yīng)垂直；拉桿應(yīng)牢靠固定；定距管兩端面要整齊；穿管時(shí)管子頭不能用鐵器直接敲打。
① 固定管板管束組裝：
    固定管板管束的組裝隨著管板與殼體連接結(jié)構(gòu)不同而不同。
    當(dāng)壓力較低直徑較小的換熱器，組裝如圖2-4。先將一塊管板和折流板組裝，須使中心線調(diào)整一致。在此管板的某些部位，一般在中心線上及四周插入一部分管子，再將殼體裝上并與管板點(diǎn)焊固定。
圖2 -4固定管板管束的組裝
也可將兩塊管板同時(shí)裝上殼體兩端且點(diǎn)焊固定，然后再將全部管子從任意一頭插入，也可兩頭同時(shí)插。一頭由上向下插，另一頭由下向上插，不會(huì)發(fā)生矛盾。當(dāng)壓力較高，直徑較大，對(duì)密封要求較高的換熱器，可先將管板焊上兩個(gè)短接，短接再與筒體焊上后，最后穿管。
② 浮頭管束組裝：
浮頭管束的組裝如圖2-5所示。先將兩端管板固定在組裝臺(tái)上，保證兩管板的同軸度、垂直度、平行度和兩板之間的距離。兩管板之間的平行度誤差應(yīng)小于±lmm，兩端距離誤差應(yīng)小于±2mm。然后將拉桿、定距管、支承板、折流板按要求依次固定好，并校對(duì)好各部尺寸，檢查折流方向、同軸度是否符合要求，然后逐一穿入換熱管。
圖2-5浮頭管束的組裝
③ U形管束組裝：
U形管束如圖2-6所示，先將管板固定在專(zhuān)用的組裝平臺(tái)上，保證其與裝配平臺(tái)水平面的垂直度，然后將拉桿、定距管、支承板、折流板依次組裝好，先從中間穿入U(xiǎn)形管，用木榔頭敲擊U形管的后部，將兩端的管口插入管板，穿好一組后，焊接或脹接固定好，再插入另一組，順次由里向外逐排組裝。
圖2-6 U形管束的組裝
管束的組裝還應(yīng)注意：
a．拉桿上的螺母應(yīng)擰緊，以免在裝入或抽出管束時(shí)，因折流板竄動(dòng)而損傷換熱管。
b．穿管時(shí)不應(yīng)強(qiáng)行敲打，換熱管表面不應(yīng)出現(xiàn)凹癟或劃傷。
c．除了換熱管與管板間以焊接連接外，其他任何零件均不準(zhǔn)與換熱管相焊接。
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