换热器制造的质量控制分析

 换热器是工业生产中用来实现物料之间热量传递过程的一种设备，壳体制造、壳体接管、换热管与管板连接是换热器制造过程中的三个主要控制环节，通过分析某些制造环节中的关键因素，提出了确保换热器制造质量的有效控制措施。
     换热器在石油化工行业用途广泛，它在生产装置中可占到设备总重量的35% 以上，其中管壳式换热器又占换热器制造总量的70%。管壳式换热器与其它类型换热器相比，具有能够承受更高压力，整体结构更加紧固，拆装和维修更加方便的特点。随着近几年换热器大型化、结构设计创新化，以及制造水平的不断提高，严格换热器制造工艺便成为决定其制造质量的关键因素，也成为换热器今后安全运行的先决条件，本文以管壳式换热器为例，着重分析影响制造质量的关键因素及控制措施。
    1.换热器壳体制造质量控制
    壳体是换热器的主要部件，其制造过程主要包括筒节板材下料、筒节成型和组对焊接、筒体圆度与直线度控制等。
    1.1.下料工序的质量控制
    筒节下料尺寸准确与否直接影响着筒节成型后的几何尺寸。本工序的首要控制环节是对材料进行复核，除了检查材料标记、规格和外观质量外，更重要的是检查划线和下料尺寸是否正确。
    1.2.筒节成型和组对焊接的质量控制
    本工序是筒体制造过程中的最重要环节，它直接影响整个筒体的最终制造质量，主要控制环节为筒节纵缝及环缝的对口错边量(b) 、棱角(E) 、焊缝余高(e) 和焊缝咬边量等。
    1.2.1.筒节的纵、环焊缝对口错边量及棱角控制
    错边量和棱角会引起筒节应力集中，在局部产生附加弯曲应力。换热器组对完成后，整台设备所产生的应力集中不容忽视，它极大的消弱产品使用过程中的承载能力，所以国家标准对错边量和棱角有严格限制。对于换热器来说，错边量和棱角的影响还不仅仅如此，它还关系到制造过程中管束拆装和壳体的折流间隙，并由此影响到换热效果。
    棱角不仅影响到产品外观，还加大了局部错边量，形成交接部位形状和尺寸突变，使用过程中产生压力不均匀分布，减少换热器使用寿命，所以棱角超标危害极大。检查焊接接头形成的环向棱角( E) ，用弦长等于1 /6Di，且不小于300mm 的内样板或外样板检查，其E 值不得大于(δs/10 + 2) mm，且不大于5mm，如果出现棱角超标必须从筒节卷制，组对焊接等工序找出原因，对超标部位进行校正，校完后局部位置探伤检查。
    在筒节对接焊中，焊接接头轴向形成的棱角(E) 常被忽视，此棱角多数是在筒节组对过程中形成，周向分布没有规律，一旦形成便不易消除。所以要控制强力组对，减少组对变形，随时调整径向组对尺寸，使误差均匀分布，避免集中到一处形成轴向棱角，检查时用长度不小于300mm 的直尺，其E 值不得大于(δs/10+2) mm，且不大于5mm，见图1。
    1.2.2.焊缝余高(e) 和焊缝咬边的控制
    焊缝余高引起应力集中，加剧应力腐蚀，是疲劳裂纹的起源，焊缝余高打磨后其疲劳寿命将增加2.1～2.5 倍，但并不是所有设备都要求打磨掉焊缝余高。所以实际制造中要尽量减小焊缝余高，并尽可能使焊缝与筒节表面平齐。焊缝咬边会消弱焊缝强度，引起咬边处应力集中，通常也是应力腐蚀裂纹起源，特别是对于强度级别较高的钢材，咬边处危害更大、对应力腐蚀更加敏感，应对咬边深度和长度加以限制。对焊缝余高及咬边的质量检查，应使用焊缝检测尺对每条焊缝抽测8～10 点，并尽可能检测其最大或最小偏差处，以其最大值和最小值记录为该焊缝的检查值。对于超标部分，必须进行修磨，若咬边深度超标，则必须进行补焊后，再进行修磨，直至符合要求。
    1.2.3.筒体圆度及直线度控制
    壳体公差( 直径、圆度和直线度) 将影响与折流板的制造间隙，总体直径偏大则间隙过大，圆度超标则局部间隙加大，这些都导致换热器中旁路流体量急剧增加。如果间隙达到10mm 以上，走捷径的热介质可达10%以上，换热器工作效率和换热效果最高可降低20%。因此控制筒体圆度及直线度也是一关键要素，相关要求GB151 有明确规定。
    2.接管开孔与组装的质量控制
    接管开孔位置与组装质量直接影响换热器现场安装与设备管线的对接质量，特别是更新的换热器与旧有管线安装时，更要求筒体接管位置精确。接管尺寸控制允差除GB151 规定外，还应符合如下要求:(1) 接管中心线至基准面的安装尺寸允差为±6mm;(2) 接管的方位允差为±6mm。此外，接管开孔位置正确与否，取决于正确地选择测量基准面，一般情况下测量基准面与图纸所提供的基准面一致。若不能直接利用图纸所提供的基准面，则应以图纸所提供基准面为依据，相应地减去换热器部位的尺寸( 如管板、法兰及组对间隙等尺寸) ，以得到新的测量基准面，从而确定接管开孔的定位尺寸。结合制造的实际情况，则应选择筒节的边缘(即B3焊缝所在平面)为测量基准面。接管组装的垂直度，应进行轴向和环向检查，并记录相应数据，取其最大偏差值作为测量结果。对于轴向垂直度检查，应使用弯尺和直尺测量，对于环向垂直度检查，应首先确定两个测量基准点，该基准点应位于接管环向左右两侧并等值。
    3.总结
    换热器壳体制造是控制整体质量的第一道环节，从板材下料开始就要严格尺寸，减少误差，在筒节组对和防止焊接变形阶段要连续监督和检查，防止各种因素累积造成质量问题。壳体接管与法兰组对，直接关系到换热器与现场管道的安装质量，所以进行接管组对时要多方位检查，保证在壳体上的角度和垂直度。