轉化氣蒸汽發生器的制造要點

摘要：轉化氣蒸汽發生器是國內石油化工行業中常見的設備之一，被廣泛地應用于加氫制氫裝置中。針對其結構復雜，所用材料種類多，安裝使用時可能出現的問題，在制造過程中對設備的部件加工、組裝、焊接等一些關鍵工序進行了分析，并采取了相關措施予以解決。

關鍵詞：轉化氣蒸汽發生器；過程；問題；措施；解決

1.概述

轉化氣蒸汽發生器是制氫裝置中的核心設備，它屬于三類壓力容器，其工作條件苛刻，屬高溫高壓設備。為滿足某石油化工公司制氫裝置建設的需要，我公司承接了其中一臺制造任務。其結構如圖 1 所示：

圖 1 轉化氣蒸汽發生器結構示意圖

①體（一） ②錐體（二） ③左管箱 ④連接段 ⑤筒體 ⑥管板 ⑦右管箱 ⑧⑨襯里⑩中心管

此設備殼體尺寸φ1100×24，材質為 16MnR；管箱尺寸φ1400×32，材質為 15CrMoR，錐體部分為 UNS NO8810，換熱管材質為 15CrMoR。

2.制造要點分析

通過對設備技術參數、結構特點和以往此類設備現場安裝使用的情況分析，此次制造的關鍵在以下幾個方面：

（1）轉化器氣出口與中心管同軸度的問題。以往此設備在現場安裝時，有可能出現轉化氣調節閥在安裝時，不能和中心管同心，造成轉化氣調節閥安裝后不能很好的調節轉化氣出氣量，影響使用效果。

（2）管板與換熱管的焊接。

（3）UNS NO8810 與 15CrMoR 的焊接。

（4）襯里部分的施工。

3.轉化器氣出口與中心管同軸的

3.1殼程部分此設備殼體部分結構與普通換熱器不同，管板的連接是通過一個連接段實現的，見圖 2。內部的支撐板是通過螺栓固定在殼體連接板上，在換熱管穿引過程中不能自調，屬盲穿，組裝時就要求所有支撐板、管板管孔有很好的同心度，筒體橢圓度也需要控制。

3.1.1 管板與支撐板的加工

為保證所有支撐板、管板管孔有很好的同心度，管板、支撐板管孔在加工時采取數控鉆床，且支撐板下料后點焊在一起再進行配鉆，很好的解決了同心度的問題。

3.1.2 殼程筒體橢圓度

首先在組對殼體縱環焊縫時要嚴格控制好對口錯邊量及校圓質量。其次由于殼體上同一方向的接管眾多，而且距離又近（790mm），為防止焊接接管時造成殼體的較大變形，我們采取間隔跳焊接管的焊接順序，焊接工藝上要求焊接時采用小電流，多層多道焊，減小熱輸入量，并用工裝在殼體內部撐住，直到殼體熱處理完。

3.1.3 管束

（1）由于設備特殊的結構形式，我們安排了以下的步驟完成了管束和內件的裝配。（1）完成連接段與殼體、一塊管板組焊；

（2）從管板一側穿入中心管，而且四個角也穿入換熱管，調整安裝第一層支撐板，使中心管和換熱管穿入，這時用螺栓把連接板和支撐板把緊，這就完成了第一層，按照此方法支起剩下的支撐板。

（3）在另一管板組焊探傷合格后，把換熱管全部投過來；

（4）按圖紙要求保證換熱管伸出管板長度 3.5mm 之后焊接管頭；

（5）對所有焊縫進行檢測合格后，對管板環縫和焊接管頭做局部消除應力熱處理；

（6）殼體管束試壓合格后，組裝煙氣襯筒管板和襯里護板。

3.1.4 管箱的制造

管箱與管板的連接與普通換熱器不同，它是通過連接段焊接在一起。為保證活塞調節閥口與殼體的同心度，我們做了以下控制工作：

（1）封頭投料厚度 36mm，制造符合 JB/T4746-2002 國家標準；

（2）檢查封頭端口的橢圓度，如不圓用千斤頂撐圓，并對封頭進行找中心，并以中心為基準畫φ533mm 的圓；

（3）為減小誤差不用火焰直接開出φ533mm 孔，而是開的孔要比φ533mm 小 6mm 左右；然后上立車固定后先精確車出φ533 的孔，然后再進行車坡口。

（4）封頭選擇在平臺上組對接管法蘭，接管法蘭應保證法蘭面的垂直度，其偏差不得超過 3mm。焊接管時，采取小規范焊接，減小焊接變形。

管板與管板和換熱管材質均為 15CrMoR，此類鋼對焊接裂紋敏感性較強，又因為焊縫氫含量、焊接應力等原因，在焊接過程中極易出現裂紋，焊后出現延遲裂紋[1]。UNS NO8810 與15CrMoR 與 15CrMoR 的焊接錐體段使用 UNS N08810 材料，其中錐體（一）是Ⅳ鍛件，按照圖紙尺寸直接加工即可；而錐體段（二）需板料滾制成形，而且要到外協廠家進行翻邊。其厚度為 32mm，小口直徑為 ?680mm，大口直徑為 ?1400mm，廠房內現有的滾板機無法直接成形，只能采取 1/2 分瓣壓制成形，分瓣部分兩側都留有 100mm 的帶頭量，以便在壓制板邊緣時有合適的弧度，壓制完成后用等離子切割機切割掉帶頭量。由于組焊成錐體后無法校圓，因此在壓制過程中，應使用樣板嚴格控制大小口的橢圓度和同心度，為后序組對質量創造良好條件。

UNS NO8810 是鎳鉻鐵合金，具有良好的耐腐蝕性和抗氧化特性，其化學成分如表

1，其在焊接時極易出現熱裂紋和氣孔[2]，根據其特點我們制定了合理的焊接工藝，根據焊接工藝作業指導書，我們選用鎳、鉻含量高的 ENiCrFe-2焊條。在錐體縱縫焊接之前，為防止焊接飛濺損傷母材，應在焊道周邊刷上石灰粉。在焊接過程中為減少焊接熔池過熱，選用較小的焊接電流（80～90A）和較快的焊接速度（100～150mm/min），并控制好焊接的層間溫度（100℃左右）。在與管箱 15CrMoR 材料焊接時，對 15CrMoR 一側進行大于 100℃的預熱，再在坡口上用 ENiCrFe-2焊條堆焊 6mm 的過渡層，然后再與 UNS NO8810 材質相焊接，焊接形式如圖 4，其目的有兩方面：①15CrMoR 一側堆焊 ENiCrFe-2之后，不需再進行預熱，直接就可以和 UNSN O8810 相焊；②減小設備在運行中由于異種材料溫度變化產生的應力。

4.襯里部分的施工

在管程做完水壓試驗并清理干凈后，進行隔熱襯里施工。隔熱襯里采用 Al2O3 混凝土，并嚴格烘干。由于管箱空間狹小，給襯里護板的組焊帶來了很大困難。在組對襯里護板時，應在襯里與護板之間加裝 5mm 的厚紙板，為護板提供熱脹空間。在組裝管板襯里護板時，我們發現部分護板管孔與陶瓷管管孔不同心，這將影響轉化氣的流量。經分析，一方面可能是陶瓷管安裝不牢固，襯里澆筑時擠壓陶瓷管，造成陶瓷管偏移，導致與換熱管不同心；另一方面是焊接螺栓剛性不夠，襯里澆筑時導致螺栓端部定位尺寸發生改變，造成護板管孔與陶瓷管孔不同心。我們通過對護板擴孔，基本能保證不影響轉化氣的流量。通過這個問題，為我們今后同類設備的制造提供了經驗：襯里澆筑時，應盡量減小對陶瓷管和焊接螺栓的擠壓，并隨時進行修正，嚴格控制陶瓷管與換熱管的同心度和焊接螺栓的定位尺寸，這樣就能保證陶瓷管與護板管孔的同心度要求。

5.結束語

通過對設備結構和制造過程的難點和關鍵部位的提前分析，落實相應的控制措施和合理的制造工藝安排使設備得以順利完成，為我們今后同類設備的制造提供了經驗。

參考文獻：

[1]壓力容器實用技術叢書編委會 編 壓力容器制造和維修·第一版 北京：化工工業出版社 2004

[2]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊.北京：機械工業出版社，2001.

作者簡介：王振剛，男，北京燕華工程建設有限公司質量工程師。