【摘要】对某公司化肥厂合成塔内部换热器进行改造，提高换热管的进货质量和管板加工质量，换热管与管板的连接中选用最优的胀接工艺和焊接工艺。 【关键词】换热器 换热管与管板 胀接工艺 前言
氨合成塔内部换热器是合成氨装置中的关键设备。某公司化肥厂在合成氨设备大修时发现氨合成塔内部换热器高温侧换热管有明显纵向裂纹，且管板鼓起，割开两端封头，对壳程进行水压试验，发现换热管与管板接头泄漏严重，对合成氨产量影响很大。 1 设备技术特性及结构简介 1.1技术特性 氨合成塔内部换热器主要技术特性见表1。 1.2结构特点 合成塔内部换热器为高精度
不锈钢换热器，其结构特点： ⑴外形尺寸为φ864X6X10100mm； ⑵换热管为φ12.9X1.245mm，长度7055～7057mm，共1882根，换热管材质为SA214-TP321； ⑶上管板厚度108mm，下管板厚度82mm，材质为1Cr18Ni9TiIV级锻件； ⑷换热管下管板采用强度焊加贴胀连接； ⑸氨塔内部换热器壳体上部与管板有一段152mm敞开环带，是合成气出口；壳体下部均布8个108X152mm长方形开孔，是合成气入口，见图1。 2 制造难点和质量控制项目 2.1制造难点 内部换热器装在合成塔内部，同时它的A、B、C三个平面分别与合成塔配合连接，其尺寸偏差及形位偏差要求特别严格。附加技术要求中规定，整个筒体直线度偏差≤1mm，筒体圆度及圆柱度偏差≤0.5mm，，A、B、C三个平面必须相互平行，且与设备轴线垂直，三平面同轴度偏差≤1.58mm；管板及折流板加工精度高，换热管与管板及折流板的管孔之间间隙小，最小间隙为0.05mm，穿管非常困难；换热管规格特殊，焊接及胀接无成熟经验；设备壳程敞口部位多，壳程水压试验及氨渗漏试验困难。 2.2控制项目 ⑴控制换热管进货质量及管板加工质量 制定严格的订货条件，对成品换热管外观尺寸进行检查，且对力学性能进行复验，穿管前对换热管外观尺寸进行检查，将外径超出尺寸偏差允许值的换热管淘汰。 管板上的管孔尺寸为φ12.9±０.05mm，加工难度非常大。由于换热管与管板最小间隙仅为0.05mm。因此管板加工需采用等厚度同材质锻件 试板先钻试验管孔93个，通过反复试验，对刀具进行改进，从中找出最佳加工参数，管板孔加工后用过规和止规逐孔检查，管孔尺寸均在12.85～12.90mm之间。 ⑵焊接质量控制 由于换热器材质为1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢，且板厚只有6mm，采用焊条电弧焊进行焊接，选用A132φ3.2～φ4焊条，为保证焊接质量，焊前焊条需经150℃烘干1小时，放于保温箱中随用随取；坡口及其附近的油污、水渍等杂质要清理干净。焊接时为防止焊接变形，必须用小的线能量，层间温度不得高于150℃，用小直径焊条进行焊接，采用直焊道，多道压焊的方法。焊接规范如下：φ3.2焊接电流为80-110A，电压为22～24V，焊速为100-140mm／根；φ4焊接电流为130-160A，电压为22～24V，焊速为150-180mm／根。焊后按设计要求进行射线探伤，合格率为100%。 ⑶换热管与管板连接质量控制氨合成塔内部换热器换热管与管板采用强度焊加贴胀连接形式。由于换热管外径尺寸小，壁厚薄，为确保换热管与管板连接质量，模拟制造一个微型固定管板式换热器，试验装置组装后，分别进行强度焊、不同顺序的强度焊加贴胀、不同胀度的胀接试验。然后对管接头进行水压试 验、着色检查、剖析检查、拉脱力试验等项目检查，从中确定出合适的焊接工艺、焊接与贴胀的顺序、贴胀胀接率等。 通过试验得出：换热管与管板采用手工钨极氩弧焊，焊材选用H0Cr20Ni10Tiφ1.0焊丝，焊接电流为80-90A，焊接电压为9-11V，焊接速度为50-70mm／min，焊两层。执行此工艺时焊接质量较好；先胀后焊时，熄弧处有气孔，先焊后胀 效果更为理想；胀接率为1.1%～1.2%，即贴胀量为0.05～0.15mm时，贴胀效果较好，此时拉脱力均大于1Mpa，符合《
压力容器安全技术监察规程》的规定。 ⑷控制换热管尺寸偏差及形位偏差 制造过程中从封头等单个部件到各组装工序制造精度要求严格，封头分别与管板及引伸管对接焊接，它的形状偏差对保证换热管的尺寸偏差极为关键。封头作为热压成形件，其顶部开孔与底部直边开孔同轴度偏差很难保证图样规定的不大于0.4mm的要求值。 封头压制时，尽管特制了高精度的胎具，封头热处理后尺寸还是超差，在车床上找正点检查，一件封头上下开孔偏心4mm，另一件偏心12mm，对封头进行矫正处理，最后偏心量达到1mm，剩余超标偏心量靠焊缝组对时允许的对口错边量找回。 ⑸控制水压试验质量 合成塔内部换热器壳体敞口较多，要想检查换热管接头连接质量，需将壳体开口封堵，设计壳体与氨塔内部换热器无一处焊接连接，保证了合成塔内部换热器壳体表面质量不受损。经壳程水压试验检查，接头处无渗漏，保证了换热器的管接头质量。 3结论 该设备制造完成后，试车一次成功，投产使用后，运行情况良好，合成氨产量有所提高。所以氨合成塔内部换热器的制造过程中，只要控制好换热器与管板的进货质量、各部件的加工质量、焊接质量、水压试验质量，换热器的各项指标就能满足设计的要求，就能制造出质量过硬的产品。
