組合式氨冷器的設計及制造

白巨娟，林天昊

（中昊（大連）化工研究設計院有限公司，遼寧 大連 116023）

組合式氨冷器是為某公司化肥項目設計制造的三類壓力容器，是氨合成／尿素裝置（200萬t／a合成氨350萬t／a尿素項目）的關鍵設備。此設備為實現工藝過程，管板采用多管板，換熱管采用環管套內管，環管與中間管板采用深度脹接，內管與冷端第二管板采用“O”型圈連接，冷熱端第二管板及中間管板采用壓差設計的結構［1］。因此該設備制造過程中的管板加工、換熱管深度脹接及耐壓試驗等的難度很大。為此，在制造過程中制定了嚴密的管板加工、換熱管深度脹接及耐壓試驗等技術方案，攻克了制造過程中各難點，最終使產品的質量達到設計和相關技術條件的要求。

1 設備結構特點和主要技術參數

1.1 設備結構特點

該設備共有五塊管板，兩塊熱端管板，兩塊冷端管板，以及中間一塊管板。換熱管由環管和內管組成，環管設置在熱端主管板和冷端主管板之間，內管設置在熱端第二管板和冷端第二管板之間。環管與中間管板采用深度脹接，環管與冷熱端主管板采用脹焊并用，內管與熱端第二管板采用強度脹，內管與冷端第二管板采用“O”型圈連接。（見圖1）

圖1 設備結構簡圖

1.2 設備技術參數（表1）

表1 技術參數

2 換熱管材料的采購

由于此換熱器為環管套內管結構，并且內管外壁間隔745、圓周120度均勻焊有φ3×30的支撐棒結構，因此在采購時對環管內徑，內管外徑及管壁厚偏差提出了比常規標準更嚴格的要求，以便制造安裝時順利穿管。

3 制造控制要點

3.1 關鍵零部件的制造

3.1.1 管板

設備共有五塊管板，兩塊熱端管板，兩塊冷端管板，以及中間一塊管板。因此加工及組裝時要特別注意各管板的同心度、平行度及其與殼體軸線的垂直度等。為了保證換熱管能夠順利穿入，要求組裝前進行五塊管板的預組裝。

3.1.2 冷端第二管板“O”型圈密封槽

內管與冷端第二管板為“O”型圈連接，為保證密封性能，對密封槽的加工精度提出了嚴格要求（如圖2）。

圖2 冷端第二管板”O”型圈密封槽結構圖

3.1.3 內管焊接支撐棒

內管共840根，每根內管上需焊接63根支撐棒，共52920根。大量間隔有嚴格要求的支撐棒給焊接帶來了難題。因此制造過程中制作了焊接工裝，保證了間距要求、相對方位和焊接速度。

3.1.4 殼程筒體制造控制要點

有4組管組與殼程筒體連接，為了不得影響管束安裝需打磨管組與CF－1、CF－2焊縫內部與母材齊平。進行熱處理時為防止殼體變形，影響管束安裝需注意安裝內部支撐。

3.1.5 深度脹接

設備全長約22m，環管約15m米，與中間管板在距熱端約65 000處進行深度脹。為避免漏脹和過脹，制定了環管與主管板及中間管板模擬脹接工藝（如圖3）。采用與主體相同的材料、結構、焊接及無損檢測。殼程進行水壓試驗及氨檢漏試驗。試驗合格后做中間管板與環管脹接部位的拉脫試驗，做中間管板與環管脹接部位的剖切檢查，測量脹接后的環管外徑、中間管板內孔直徑。依據試驗結果，確定產品制作時環管與中間管板之間的脹接壓力。

3.2 產品的檢驗

3.2.1 無損檢測

殼程筒體A、B類焊接接頭在最終熱處理前進行局部RT，符合JB／T 4730.2－2005中B級透照質量的Ⅱ級合格。環管及管程A、B類焊接接頭在最終熱處理前進行100%RT，符合JB／T 4730.2－2005中B級透照質量的Ⅱ級合格。所有A、B、C、D類焊接接頭最終熱處理前、后及水壓試驗后進行100%MT，符合JB／T 4730.4－2005中的Ⅰ級合格［3］。

圖3 模擬脹接工藝圖

3.2.2 氨滲漏試驗

熱端主管板和冷端主管板管頭進行氨滲漏試驗（如圖4）。試驗介質15%氨氣＋85%氮氣。試驗壓力＝0.1353MPa（表壓）。氨滲漏試驗一次合格。

3.2.3 耐壓試驗

殼程水壓試驗：殼程氨滲漏試驗合格后進行中間管板及殼程水壓試驗（如圖4）。CF－2側進水口為S2，出水口為S1，排氣口為C3，試驗壓力0.65 MPa（CF－2側），CF－1側不加壓，試驗溫度≥10℃，檢測無泄漏；CF－2與CF－1兩側同時加壓，注意兩側壓差≤0.52MPa（包括升壓、保壓、泄壓），CF－1側進水口為S4，出水口為S3，排氣口為C3，試驗壓力2.7MPa，試驗溫度≥10℃，檢測無泄漏。

管程及環管水壓試驗：殼程水壓試驗合格后進行管程及環管水壓試驗（如圖5）。熱端、冷端第二管板水壓試驗，進水口為T1，出水口為T2，排氣口為C1，試驗壓力0.65MPa（環管側），試驗溫度≥10℃，檢測無泄漏；熱端、冷端第二管板兩側同時加壓，注意兩側壓差≤0.52MPa（包括升壓、保壓、泄壓），進水口為T4，出水口為T3，排氣口為C1，試驗壓力20.4MPa，試驗溫度≥10℃，檢測無泄漏。

水壓試驗合格后，容器內的水必須徹底排凈吹干，表面處理合格后用氮氣置換容器內的空氣，置換后充氮至壓力為0.05MPa時保壓，此壓力保持到運輸存放全過程，直至安裝卸壓。

圖4 殼程氨滲漏試驗、水壓試驗示意圖

圖5 管程水壓試驗示意圖

4 結 語

在產品的設計過程中合理選擇結構；換熱管材料采購時控制了尺寸偏差，確保環管和內管順利安裝；制造過程中通過制定克服難點的技術方案，使得制成的產品最終通過嚴格的產品檢查和驗收，各項指標均達到了相應標準和技術條件的要求，較好地保證了產品的質量。設計、制造過程和最終取得的成果，使有關技術人員和現場操作者在設計、制造經驗和管理水平等方面都有較大的提高，為同類結構關鍵設備的設計與制造提供了借鑒。

［1］ GB151－1999管殼式換熱器 ［S］.

［2］ ASMEⅡ卷 A篇 鐵基材料 ［S］.

［3］ JB／T 4730－2005，承壓設備無損檢測 ［S］.