缠绕管式换热器制造组装工艺控制措施

赵万里

（大庆石化公司机械厂有限公司，黑龙江大庆163714）

缠绕管式换热器的不锈钢管束芯体在制造过程中，因换热管逐层缠绕和局部焊接变形，在缠绕管束芯体成型后其外圆直径与总体长度会产生制造偏差，保证芯体管束顺利穿入壳体内是制造缠绕管式换热器的关键工艺技术［1］。

1 总体方案

（1）为保证芯体顺利穿入壳体内，设备筒体可参考芯体管束预制成型后的公差范围下料卷制。

（2）筒体采用机械加工坡口，纵缝焊接成型后进行校圆，校圆符合要求后在筒体外部设置弧板定位工装，确保控制筒体成型的椭圆度与直线度。

（3）穿芯要考虑到现场吊装安全作业、工机具方便使用及管束吊装过程防护等因素，采用水平位置卧式组装缠绕式换热器芯体管束的方法［2］。

2 穿芯前的准备

2.1 管束与壳体

组装前，壳体与上、下大封头不组对，支座及垫板可组对点焊，但先不要焊接。

2.2 打磨

打磨壳体内壁纵、环焊缝，消除焊缝余高。

2.3 壳体方位划线

在组对壳体底部封头前必须在位于壳体上、下封头与筒体的环焊缝以上50 mm处画出测量基准面，并标出0o、90o、180o、270o等4个方位线。

2.4 组合件预制

（1）上、下小封头与管箱短节、包括接管等在装芯前应组焊安装完毕预制成组合件Ⅰ、Ⅱ；

（2）不锈钢壳体在焊接过程中易变形，因此其接管组对法兰面相对基准面的尺寸偏差要求需要控制在±0.5 mm以内；

（3）接管组对，必须4个对称点固定后焊接。组焊后打磨接管与壳体内壁焊缝，消除余高［3］；

（4）防冲板及支撑等组合件预制好，芯体穿入壳体后夹套与筒体内壁焊接完成，再将防冲板组合件装入壳体内进行组装焊接。

2.5 夹套预制

（1）夹套、上夹套按图纸要求预制，上夹套直径应根据筒体实际成型尺寸决定，建议上夹套直径小于筒体实际成型内径0～2 mm为宜［4］；

（2）壳程2件大封头开孔需根据中心筒组件上的上、下管板外径尺寸实测值，进行机械加工开孔。缠绕管式换热器组装部件见图1。

图1缠绕管式换热器的组装部件

3 穿芯

3.1 组装前的检查

（1）检查芯体外观包括其支撑条、焊缝的连接情况，以便进行有效控制；

（2）测量芯体实际长度、最大外径和壳体的长度及最小内径点的差值，经量测后芯体制造总长偏差在±6 mm、外径偏差在±3 mm以内为合格［5］；

（3）检查夹套、加强衬筒、支撑条等全部安装完毕且焊接质量合格。芯体成型组装前见图2；

图2芯体成型组装检查合格

（4）检查所有工机具完好并带有产品合格证书，检查附件安装及机索具设置是否符合要求。

3.2 设备组装

（1）穿芯时先将壳体水平定位，利用加配重等措施保证壳体整体处于水平位置，保证穿芯过程中的水平度以便于随时观察；

（2）采用“Z”字型工装，将管束抽芯机与芯体在设备壳体端口处于水平位置进行定位，利用抽芯机将芯体从上管板位置1端平稳、匀速地顶入壳体内，使管束下端的支承条全部进入壳体，同时要确保穿芯过程中筒体边缘不会划伤换热管；

（3）在下管板中心临时焊接1个吊耳，配合倒链用作芯体的引出端；

（4）当下管板的吊耳从壳体1侧将要露出时，采用倒链钩住下管板吊耳在另1端配合抽芯机进行芯体的抽装，直到芯体完全穿入壳体内，再使用导链或千斤顶进行局部调整，保证上、下管板与中心筒位于同一轴线上；

（5）出于保护缠绕管束芯体的目的，吊装及组装管束时一律使用吊装带；

（6）芯体管束组装过程中要注意相关安全措施是否布置到位，包括人员、设备的安全防护。

4 焊接与安装

4.1 壳体封头环缝组对焊接

（1）组对前首先在壳体上找正0o、90o、180o、270o等4个基准方位线；

（2）确认下管板组装到位后，测量下管板至筒体右端环向坡口的水平距离符合图纸要求；

（3）测量下管板密封面与地面的垂直度，调整使其达到符合安装位置公差范围3 mm以内；

（4）检查上、下管板密封面相对于壳体基准圆的平行度≤1 mm时为合格；

（5）上述检查合格后再进行下封头与壳体的组对、安装。组对时可根据下管板与封头开孔位置进行调整，符合图纸的方位后，拔去上支承管与套管的定位销轴,组焊下封头与壳体的环焊缝；

（6）下封头与壳体的环焊缝组焊完毕后，再进行芯体上夹套、夹套与筒体内壁的组对，调整夹套与筒体之间的间隙，保证均匀后进行组焊；

（7）夹套组焊完毕后，再进行上管板与上封头开孔位置焊缝组对、焊接。

4.2 组焊管板与壳体封头开孔角焊缝

（1）壳体封头环缝组焊完毕后，检查上、下管板水平方位、管板密封面与地面的垂直度、壳体封头开孔的组对间隙全部符合图纸要求。

（2）分别进行上、下管板与壳体封头开孔角焊缝的施焊。

4.3 小封头组件安装

（1）上、下小封头组合件Ⅰ、Ⅱ分别与上、下管板组对安装，检查接管法兰面与水平垂直度等。

（2）检查符合要求后，小封头组件Ⅰ、Ⅱ分别与上、下管板进行焊接及无损检测。

4.4 防冲板组焊

（1）防冲板安装在壳程入口管N1处，制作时各支脚的长度按图纸要求且保证防冲板与筒体轴线的倾角，防冲板制作完成后在芯体穿入前，临时用钢丝固定，固定位置应参考测量的管束下管板处自由段直径。

（2）防冲板与防冲板支撑在穿芯后根据实际情况调整位置，符合图纸安装方位并检查确认后再与接管内壁进行组装，并确保3根防冲板支撑的移动距离相等，调整好并检查确认后再与接管内壁进行焊接。

4.5 支耳、吊耳制作和安装

按照图纸方位及相关标准制作、焊接及安装支耳、吊耳等附件。芯体组焊安装完成，拆下相关穿芯工装机具。芯体管束成功组装穿入壳程筒体内并保持水平定位，见图3。

图3芯体成功组装入壳体组焊完毕

5 氨渗漏检查

芯体管束组装完毕检查合格后再按标准HG/T20584-2011附录A《压力容器氨渗漏试验方法》进行焊口的密封性检查，通过氨渗漏试验以检验换热管与管板焊缝、筒体与管板焊接接头焊接质量以及壳体等承压部件的制造质量。

6 酸洗钝化

氨渗漏检验合格后，清除设备外表面油污并做酸洗、钝化处理，处理时应控制酸洗钝化液的氯离子含量。所形的钝化膜按GB/T25150-2010《工业设备化学清洗中奥氏体不锈钢钝化膜质量的测试方法蓝点法》进行蓝点检查，无蓝点为合格。

7 芯体组装制造关键点

（1）壳体内轴线、芯体轴线与定位胎具的拉推力应位于同一水平轴线上；

（2）抽芯机配合倒链用力应保持匀速、平稳，推力与拉力应适当，以推动芯体缓慢前进为准；

（3）壳体应该安装牢固、平稳，绕管芯体的进入端应该微微抬高（大约12o），以便于芯体整体部分能顺利进入筒体内，组装时筒体不得随芯体一起移动；

（4）芯体组装过程中要随时进行检查，芯体组装严禁碰伤、压扁换热管，对芯体外部做好过程保护。如遇影响组装的问题时，立即停止作业进行检查、处理，切勿采取强力进行组装，以免造成芯体管束及设备的损坏；

（5）焊接时应尽量采用小线能量的焊接参数，并采用对称、多道进行施焊；

（6）芯体制造与组焊安装现场要求清洁，不锈钢设备禁止与碳钢接触或混放，避免铁离子污染。

8 结束语

通过采取不锈钢缠绕管束芯体组装工艺控制，完成了缠绕管式换热器的研发制造并投入应用，设备满足设计要求的各项技术指标。该设备的成功制造为承接同类装置的缠绕管式结构设备提供了可靠的技术支持，并获得良好的经济效益。