异形薄板不锈钢压力容器制造技术研究

高 博 越海涛

（西安航天华威化工生物工程有限公司，陕西 西安710199）

换热器是石油化工、生物工程等工业装置的核心设备,冷却器在其中占比比较大,而异形冷却器具有结构复杂、设计、制造难度大,制造技术要求高的特点,我公司制造的薄板不锈钢设备的加工满足了实际需求,达到了质量标准,同时也提高了经济效益。

1 冷却器设备的材料

冷却器主要由δ6mm (S30408) 不锈钢板壳体、6 组不锈钢(S30408) 管束组成。不锈钢(S30408) 密度:7.93kgdm3, 电阻率0.73Ω·mm2·m-1, 线膨胀系数如下表; 化学成分碳C:≤0.08%矽Si≤1.00%铬Cr:18.00-20.00%锰Mn:≤2.00%镍Ni:8.00-11.00%磷 P: ≤0.045% 硫 S: ≤0.030% ; 力 学 性 能, 屈 服 强 度σ0.2=205MPa, 抗拉强度σb=520Mpa; 延伸率δ5=40%; 硬度HB≤187,HRB≤90,HV≤200。

表1

2 冷却器设备的外形结构特点

设备外形结构特点如图,依据设备设计结构,组装工艺不同于传统碳钢换热器先组焊好壳体,再将管束放入壳体,本次制造加工过程采用先零件后部件,先局部后整体,先加固再施焊,小坡口小电流,先下后上、由里到外的制造工艺技术。

图1

3 壳体制造

3.1 天圆地方零件的加工

天圆地方材料:δ6mm(S30408),材料标准:GB/T24511-2017,根据设计图纸模拟计算天圆地方展开料尺寸, 为保证圆型口部尺寸方便组装,且在圆型口部高度留10～20mm 余量,在零部件的两侧设计有2 道拼接焊缝,待零件加工焊接完成后,去掉口部余量。

3.2 方型法兰的加工

方型法兰材料:S30408, 厚度 28mm, 材料标准:GB/T24511-2017,由于不锈钢的线膨胀系数比碳钢大40%,并随着温度的升高,线膨胀系数的数值也相应的提高;电阻率比碳钢大5 倍;导热率是碳钢的三分之一,导致不锈钢在焊接过程中易变性,根据设计图纸,在方型法兰加工过程中,采用如图结构及坡口,利用下料时短边带90°拐角结构,对接时对接部位不留间隙,以此来防止焊接变形过大,焊接方法:焊条电弧焊,焊条:E308-16,Φ4.0:I=150±10;U=24±2;焊速:12-15cm/min,控制层间温度T≤150℃,且在焊接时用弓形卡或平台螺栓将法兰卡在平台上固定,焊完上面一层,翻面再焊一层,反复翻面多焊几层,每个拼缝处焊一层冷却后,再焊下一层,对称施焊,不可连续施焊,以此减少法兰变形。用铣床加工方型法兰螺栓孔台阶,密封面留2mm 余量,组焊方型筒节后加工法兰密封面。

3.3 侧板的加工

侧板材料:S30408,厚度6mm,材料标准:GB/T24511-2017 根据图纸计算尺寸拼料,具体尺寸及坡口形式如图,注:拼接焊缝时,为了防止焊接变形,需多点定位, 且利用反变形适当预留反向焊接变形量, 对口错边量≤1.5mm。焊接方法采用氩弧焊打底, 焊条电弧焊盖面, 焊丝:S308。Φ2.0; 焊条:E308-16,Φ2.0:I=110±10;U=12±2;焊速:8-12cm/min;Φ4.0:I=150±10;U=24±2;焊速:12-15cm/min,控制层间温度T ≤150℃; 侧 板 拼 接 焊 缝 按NB/T47013.5-2015 进 行100RT 检 测合格后, 按工艺文件尺寸开半圆孔及方形孔, 开孔后组焊方型法兰及侧板内隔板。

4 管束的加工

管束严格按设计图纸工艺文件要求组装、焊接、检验,注意上集箱和下集箱有5°的夹角, 利用制图软件模拟换热管长度及上、下集箱开孔方位和尺寸, 按定位后实测尺寸逐件配换热管管长,去除端头余量,制管头相贯线,保证换热管伸出筒体内长度2mm。上、下集箱沿中心线割开,待换热管与上、下集箱管头焊接合格后,组焊上、下集箱半管为整管, 并对整管纵焊缝按图进行无损检测合格。单独管束打压合格后再进行总装。

5 总装

总装前先将各零部件组件内表面进行酸洗钝化,总装时遵守由下至上、由里至外组装顺序, 先将底板及支座按图及工艺文件进行加工完成, 然后组对壳体下侧板和底板组件,在根据图纸工艺文件要求配开管束伸出底板孔,同时修配侧板半圆孔,使管束整体垂直底板,用拉筋进行管束固定,然后依次组对上侧板、壳体天圆地方组件、盖板。焊接时多点定位防止焊接变形。然后定位焊接设备外槽钢,立板增加壳体强度。由于壳体与管束之间进行了焊接,因此总装后,每组管束必须在按图纸及工艺文件要求再进行打压试验,管束打压试验合格后,再对壳体进行打压试验。

6 结论

通过对异形薄板不锈钢容器壳体、多组管束加工制造技术的总结, 对此类设备及其零部件的加工有了清晰的认识,对以后异形不锈钢零件和设备制造有一定的借鉴作用。

图2 天圆地方和方型法兰

图3 设备侧板

图4 单组管束