S32205雙相鋼管殼式換熱器的制造

許矛良

（蘭州節能環保工程有限責任公司)

S32205雙相鋼管殼式換熱器的制造

許矛良*

（蘭州節能環保工程有限責任公司)

闡述了S32205材料管殼式換熱器的制造工藝，包括平蓋、管板和換熱管等部件的裝焊工藝以及質量控制的方法。

換熱器制造工藝焊接工藝質量控制S32205壓力容器

在造紙生產的堿回收過程中，一些換熱設備處于氯離子腐蝕介質的環境中運行，這就對設備的抗腐蝕性提出了很高的要求。因此在設計選材上采用了S32205雙相鋼制造管殼式換熱器。由于設備的零部件加工次數多、裝配要求高，且雙相鋼強度高、彈性大，易出現冷作硬化現象，焊接不當還會引起金屬組織的變化。為了保證產品的質量，制造過程中采取了一定的工藝措施。

1 結構與設計參數

1.1 結構

該管殼式換熱器由上平蓋、下平蓋、管束、上管箱和下管箱等部件組成，如圖1所示。

1.2 設計參數

該設備管殼程的設計壓力均為1.5 MPa，各項設計參數如表1所示。

表1 管殼式換熱器設計參數

1.3 主要材料的化學成分和機械性能

該設備主要材料的化學成分和機械性能如表2所示。換熱器管程、殼程材料均為S32205雙相鋼超低碳材料，材料中加氮并控制Cr、Mo、Ni的成分，其目的就是獲得較為理想的鐵素體/奧氏體（F/A）兩相金相組織。S32205雙相不銹鋼不僅有較高的強度，而且具有良好的耐腐蝕性能、較低的熱膨脹性能、較高的導熱性和良好的焊接性。它的屈服強度比普通不銹鋼高1倍多,且具有成型需要的足夠的塑韌性。用雙相鋼制造的設備其殼體、管壁等的厚度比普通不銹鋼可減小30%～50%，有利于降低成本。

圖1 管殼式換熱器結構

表2 殼體材料的化學成分（%）和機械性能

2 主要零部件的制造

2.1 上、下平蓋

設計的管箱采用平蓋結構。上、下平蓋采用的材料是在Q345R基礎上貼焊S32205，其中S32205材料作為耐蝕層及密封面。密封面由局部加工而成，以達到節約材料的目的。為了檢查貼焊面的表面情況，采用滲透檢測和氣密性試驗，以保證焊縫質量和貼焊后平蓋的抗腐蝕性能。

平蓋的結構如圖2所示。

圖2 平蓋結構

2.2 管板和折流板

管板是換熱器的主要受壓元件，其制造精度對換熱管與管板連接接頭的焊接質量有很大的影響。為了保證抗腐蝕性，管板采用S32205材料。

折流板由于片數多，采用板面較平的整板下料，并采用數控鉆床編程先鉆管板后配鉆折流板的工藝，以滿足孔距、孔位和穿孔時的同心度要求。

2.3 換熱管

換熱管材料是S32205，為進口的無縫管。換熱管是換熱器的主要受壓元件，不允許表面有裂紋和凹坑等缺陷。由于其生產周期較長，因此直接采購符合圖紙要求的定尺管，并在其出廠之前做渦流檢測。

3 換熱管與管板裝配

換熱管與管板的連接是換熱器制造最重要的一環，其連接采用氬弧焊焊接工藝。制造過程要求換熱管與管板孔壁之間不得有雜物，否則難以保證焊接的致密性并會影響焊接的強度。

4 換熱管與管板焊接

4.1 焊接方法

換熱管與管板焊接采用氬弧焊焊接，不僅焊接質量穩定，且成型美觀、無飛濺、焊縫不存在條渣。

4.2 控制焊接能量

雙相不銹鋼焊接工藝的關鍵要素是焊接線能量。若焊接線能量過小，則熱影響區出現高比例的鐵素體相；若焊接線能量過大，則金相組織粗大，甚至產生碳化物和氮化物析出，引起相不平衡，從而使材料的耐腐蝕性能下降。

4.3 焊前的清理與焊接保護

要想獲得良好的焊接質量，必須做到二點：一是換熱管的兩端和焊絲要清洗干凈，防止污物進入焊縫；二是高溫熔池和高溫焊道必須得到氬氣保護，防止金屬氧化。

4.4 分區焊接

焊接時，為了防止焊接高溫引起結構變形，常分成幾個區域進行焊接。

4.5 焊絲的填充

S32205材料在焊接時，需加入ER2209焊絲以提高鎳含量，更好地保證焊縫金屬中的相比例，從而保證焊縫金屬的強度和耐腐蝕性。

4.6 焊接的工藝參數

焊接的工藝參數如下：焊材牌號ER2209，規格?2.4 mm，電源類型直流正接，層間溫度≤100℃，電流130～150 A，電壓12～14 V。

5 管束和管箱的組裝焊接

5.1 管箱的組成

管箱是由16MnII的高頸法蘭和高頸襯里以及筒節、襯環等組成。高頸法蘭密封面采用在16MnII材料的基礎上貼焊S32205材料。高頸法蘭的內部采用S32205材料來襯里。這樣不僅節約了制造成本，而且不影響其耐腐蝕性。由于管箱的制造需要多次加工，為了保證各條焊縫的質量，在加工之前進行100%的滲透檢測，以保證焊縫表面沒有不允許的缺陷（如表面裂紋、氣孔等）；在加工之后進行100%的滲透檢測和氣密性試驗，以檢測機械加工后各焊縫的整體質量和焊后的貼合程度。

管箱結構如圖3所示。

5.2 管束和管箱的組裝焊接

管束和管箱的組裝是以管板作為基礎，利用管板特有的結構來進行的。從設計上看，利用管板的設計結構直接進行管束與管箱的組裝，不僅可使設備結構緊湊，而且占用空間小。為了使各條焊縫焊透，采用氬弧焊打底、手工焊蓋面的焊接工藝。焊后采用100%超聲波和滲透探傷對焊縫進行無損檢測，I級為合格。

圖3 管箱結構

管束和管箱組裝的焊縫結構如圖4所示。

圖4 管束和管箱組裝的焊縫結構

6 檢測方法和水壓試驗

管板與換熱管焊接完畢后，管接頭進行100%的滲透探傷檢查，符合JB 4730.5—2005，I級合格。然后將上下平蓋、管束、管箱進行組裝，組裝完畢后進行管程1.95 MPa和殼程1.95 MPa的水壓試驗，檢查無滲漏，試壓合格。

7 結語

按上述制造工藝制造的S32205材料換熱器，不僅滿足了造紙生產中堿回收工藝的要求，而且設備的使用壽命大大提高。這也為造紙堿回收工藝使用S32205材料制造的耐腐蝕設備提供了可供借鑒的經驗。

[1] GB 150—1998.鋼制壓力容器[S].

[2] GB 151—1999.管殼式換熱器[S].

[3] TSG R0004.固定式壓力容器安全技術監察規程[S].

[4] И Я索科爾.雙相不銹鋼[M].李丕鐘，王欣增譯.北京：原子能出版社，1979.

[5] 英若采.熔焊原理及金屬材料焊接[M].北京：機械工業出版社，2005.

Manufacturing of Shell and Tube Heat Exchanger Made from S32205 Duplex Stainless Steel

Xu Maoliang

The paper described manufacturing process of shell and tube heat exchanger made from S32205,including welding process and quality control methods of flat cap,tube plate,heat exchange tubes and other components.

Heat exchanger；Manufacturing process；Welding process；Quality control；S32205；Pressure vessel

TQ 051.5

*許矛良，男，1973年生，工程師。蘭州市，730050。

2011-12-26）