B3换热器制造方案

B3换热器制造方案龙新化工近期须制作一台40M2的列管式换热器，因其所用材料的特殊性，除要注意一般换热器加工中要注意的问题外，还要考虑到因材料所带来的其它问题。根据公司多年来从事镍基合金设备的制造经验，现对设备的制造简述如下：一、材料的主要特性B-3合金是镍钼合金家族中的一个新成员，它对于任何温度和浓度的盐酸都有极好的抗腐蚀性。同时它对于硫酸、乙酸、蚁酸、磷酸及其他不具有氧化性的介质也具有有良好的抗腐蚀性。而且，由于对其化学成分作了调整，它的热稳定性相比于原来的B-2合金有了大幅的提高。B-3合金对点腐蚀、应力腐蚀开裂、刀状腐蚀和焊接的热影响区的腐蚀等均有很高的抗力。由于改进，B-3合金的热稳定性有了明显的提高，就可把以前B-2合金部件加工中所产生的相关问题减到最少。这时由于在B-3合金中，金属间有害相形成的倾向很小，使它在加热过程中及继后的各种形式的热循环中比B-2有更大的韧性。B-3合金有良好的成形和焊接性能。在1230℃加热时，如有足够时间使部件总体均热，就可进行锻造和其他热加工。B-3合金是一种低碳合金，可以用控制终锻温度来达到控制晶粒大小的目的。B-3合金也能通过冷加工来成形，虽然有较快的加工硬化发生，但所有常规的冷加工技术对它均适用。试验表明，B-3合金在浓度为20%的沸腾盐酸中当冷压缩变形度不大于50%时，与它在固溶热处理时相比其抗均匀腐蚀的能力没有降低。B-3合金可以用所有常用的焊接方法焊接，但我们不推荐在腐蚀环境下使用的部件用氧乙炔焊和埋弧焊方法。要特别注意焊接时采取一定的预防措施以防止过度热输入。除非客户特别要求，所有B-3合金锻件都是以固溶热处理状态供应。B-3合金的温度是1065℃并随后快速淬冷。薄板或线材作光亮退火，其加热温度为1150℃，随后在氢中冷却。二、设计过程中应注意的问题因其镍基合金材料的特殊性能，为了能够获得较好质量的设备，在设计过程中就应该考虑到一些相关问题。虽然B-3合金的热稳定性比B2有了明显的提高，但对其进行固溶热处理还是非常困难，所以还是应该尽量减少在结构设计中采用需要在变形加工的结构。如封头结构，在允许的情况下，可以采用平盖封头代替椭圆封头。法兰采用PJ/SE的形式，以节省材料。法兰的材料应选择不锈钢，避免造成B3材料的污染等。三、加工制造1.下料及边缘加工镍基合金材料到厂后，摆放在指定的专用存放区（有色金属存放在有色金属库房内，焊材存放在焊材一级库内），注意保护表面。材料检验员针对提供的质量证明书，逐项进行核对和检验，对材料的外观和几何尺寸进行核实，查看实物的各项标记，确保质量证明书的真实性与一致性，并做好记录。经材料检验员确认的材料，再经材料责任人员审核后由库管员进行必要标识(任务号，材质，规格，移植号)，由材料检验员作好确认标记。经材料检验员确认，按制度必须复验的主要受压元件材料，还要进行取样复验。凡制造受压组件的材料应有确认的标记。在制造过程中，如原有确认标记被裁掉或材料分成几块，应于材料切割前完成标记移植。不应在材料的耐腐蚀面采用硬印作为材料的确认标记。确认标记可采用不溶于水的、不含金属颜料的、无硫的墨水书写。在材料上划线应尽量采用金属铅笔，只有在以后的加工工序中能去除的部分才允许打冲眼。镍基合金材料在搬运和划线过程中应用软质材料包垫，防止材料表面划伤。镍基合金材料的切割和坡口加工一般应采用机械方法，厚度较大或形状不规则时也允许用等离子切割。此时应避免火花溅落在材料表面，且切割边缘和坡口仍应用机械方法加工和去除污染层。采用等离子切割镍基合金材料，因其热影响区比较大，必须用机械方法去除。因此机械加工余量不得小于5mm。剪切材料时，必须十分注意材料表面保护，要先检查和修整剪板机的台面及压紧柱脚，使其达到平整、光滑、无硬粒，防止有色材料表面压伤。焊接坡口表面不应有裂纹、分层、夹杂及影响焊接质量的其它缺陷。2.压力加工圆筒与壳体的卷制一般采用冷卷，对于直径较小而卷板机不好卷制的圆筒可采用折弯机折制的方法。卷板机滚筒或折弯机折刀表面应清理干净，在卷曲或折制时宜在材料表面垫上一层薄的不锈钢板、塑料薄膜，以保护材料表面。因镍基材料的加工硬化比较严重，卷制应尽量一次成形。在卷制前可先用其它材料先试卷一下。3.胀接胀接广泛用于管板与换热管的结合，是靠管子和管板变形来达到密封和紧固的一种连接方法。胀接连接的方法有二种：一种是柔性胀接，一种是机械胀接。柔性胀接方法有：橡胶胀、液袋胀、液压胀几种。机械胀接有：手动胀、风动胀、液动胀和电动胀几种。其中，柔性胀接方法在胀接过程中不会损伤材料表面且比较容易控制胀管压力，比较适合镍基合金材料的胀接。管中胀接操作要点：1)首先要正确掌握胀管器的使用。在胀接时，胀管器的安装位置必须垂直于管板平面，胀管头放置位置恰当，不应偏斜并要控制胀紧力的大小。2)管板也内开槽可以增加拉脱力。管板也光洁可以增加密封性能，但有降低拉脱力和倾向。一般管板孔粗糙度应控制在Ra6.3左右。管板孔不应影响胀接紧密性的缺陷。3)连接部位的换热管和管板孔表面应清理干净，不应留有影响胀接质量的毛刺、铁屑、锈斑、油污等。4)胀接连接时，其胀接长度，不应伸也管板背面（壳程侧），换热管胀接部分与非胀接部分应圆滑过渡，不应有急剧的棱角。胀接时应根据要求选择合适的胀管压力。胀接程度不足（欠胀）或胀接过量（过胀），都不能保证胀接质量。过胀会使管壁减薄过多而导致管了断裂和管板变形。因欠胀而进行多次胀接，也会造成加工硬化使管了开裂。因此在正式胀接前没有经验的情况下应选进行试胀，以确定合适的胀管压力。4.组对、装配装配过程中，会有有大量焊接工作，应掌握焊接应力和变形情况，在装配时，要采取适当措施，防止或减少焊后变形和矫正工作。如采用加强圈加强或选择合适的焊接方法和焊接顺序。镍基合金材料制品在组对前，应对其内表面或内件进行清除污染处理。组对中，对有可能再次被污染的工序要做好防护措施。吊装镍基合金材料时应采用软绳，不允许采用钢丝绳。镍基合金材料筒体纵缝和环缝装配不允许采用强力组装的方式。不允许使用铁器真接敲打金属表面，防止产生铁离子污染。在组装过程中要注意保护金属表面和设备法兰密封面。法兰表面应同保护膜，防止产生拉毛和碰伤。组对时要参考设备管口方位图，尽量避免接管开到焊缝上。修磨抛光有色金属材料制品外表面局部缺陷时，打磨方向应保持与母材的加工方向一致（轧制方向或切削方向），不准许任意的交叉打磨、抛光。对于尖锐伤痕以及表面的局部伤痕、刻槽等缺陷应予修磨，修磨范围的斜度至少为1：3。修磨的深度应不大于该部位材料厚且均不大于2mm，否则应予焊补。镍基合金材料管束或换热器的组装要点：管板、折流板应全部清除毛刺，锐角倒钝，筒体内部清理干净后方可组对。穿管前，对管子、管板和折流板要进行去油、脱脂、清洗干净后方可穿管。穿管时，操作人员应穿干净的工作服，戴干净的白手套，工作场地周围不得进行打磨及有粉尘的作业。拉杆上的螺母应拧紧，以免在装入或抽出管束时，因折流板窜动而损伤换热管。穿管时不应强行敲打，换热管表面不应出现凹瘪或划伤。除换热管与管板间以焊接联接外，其它任何零件均不准与换热和相焊。四、焊接B-3合金可以用所有常用的焊接方法焊接，但我们推荐在腐蚀环境下使用的部件用氩弧焊方法。在焊接时要特别注意采取一定的预防措施以防止过度热输入。接口处每一面的焊接表面和邻近区域在焊接前都要彻底清洁和除油。在焊接时，焊接区(1”)的近邻氧化层表面必须磨至光亮；如果没有进行打磨，氧化膜和焊渣会引起热影响区的腐蚀。用完的焊丝应密闭储存在温度为121-200℃的炉中，暴露在室温下所引起的潮湿会造成机械性能的降低。施焊环境：操作人员必须穿戴干净的劳保用品（鞋套、手套、帽子）;焊接区域相对独立，空气洁净、无尘、无烟;风速小于1.5m/s,相对湿度小于60％，温度不低于50C。焊接前重新用丙酮等清洗，热吹风机或火焰枪吹扫烘干。严禁使用钢丝刷抛光轮清理，可以使用不锈钢丝刷。施焊前各个气体管路和保护罩应预通气一段时间，保证无残留杂质和水气。在焊接时，在底部焊道的背面必须要一直用100%氩气保护；严格按照焊接工艺的要求来选择焊接参数。为了达到焊接件最佳的抗腐蚀性，必须要避免过热输入。比如采用最小交织缝技术，尤其在薄的地方避免过慢的速度；控制层间温度，一般在93℃或以下。在焊接时，采用电流稳定，高频起弧、预先延时喷气和电流控制（脚控制板）的电源。焊接坡口60º~80º。焊接参数如下：ERNiMo-10，Φ2.4,I=100~130A,U=11~16V,υ=7~8m/h.避免长时间在538-816℃的温度范围停留。焊接完毕后，按照《压力容器质量手册》有关要求，施焊人员在规定部位做好焊工代号钢印，并由检验员对焊缝的外观、成形等进行检验。焊缝外观检验合格后，按照设计图样规定进行射线探伤，并按JB4730《压力容器无损检测》标准进行验收。四、热处理哈氏合金的热处理是关键技术，加热和冷却都必须快速通过475℃低温脆化区和高温时的σ相及其它中间相的生成。因此必须能够使工件能够快速加热和冷却。因此必须要先将炉温加热到规定的温度后再将工件放入炉中。工件在装入炉中前，必须先将表面清理干净。保温一段时间后推出快速吊入水中槽中水冷。对于B3合金来说，唯一的热处理方法就是在1065℃时进行适当时间的固熔退火，并随后用水冷或迅速空冷。固溶热处理温度要控制在1060~1080℃之间，之后进行水冷淬火以获得最好的耐蚀性能。由于固熔处理的温度比较高，而且还要经过快速冷却，工件的变形是难免的。在进行热处理时要注意以下一些问题：为了防止设备部件热处理变形，须要采用不锈钢加强环；对装炉温度、加热和冷却时间应严格控制；装炉前，对热处理件进行预处理，防止产生热裂纹；热处理后，对热处理件100%PT；在热处理过程中如产生热裂纹，经过打磨消除后需补焊者，要采用专门的补焊工艺。以上是我公司对于B3换热器的一个初步的制造方案。B3换热器的制造在我国来讲还比较少见，因其材料的特殊性，在制造过程有许多的问题需要注意。难度还是比较大的。如果能够与贵公司合作进行该台设备的制造工作，我方将邀请HaynesInternational的专家到现场进行指导（我公司与HaynesInternational有多年的合作关系）。