论文部分内容阅读
[摘 要]介绍了降膜蒸发器制造过程中的质量控制重点及制造难点,从设计、工艺、采购与材料、焊接、无损检测、检验、水压试验等各控制环节进行了阐述,对其它容器的制造质量控制也有一定的指导意义。
[关键词]降膜蒸发器 制造过程 质量控制
中图分类号:TS252.3 文献标识码:TS 文章编号:1009―914X(2013)22―0376―03
1 前言
降膜蒸发器属Ⅰ类换热压力容器,由某大学某新技术开发公司设计,其工作原理是利用壳程内导热油的循环对管程内的山苍子香料油进行加热达到一定的工作温度,设备壳程工作温度200℃,属中温容器。作为一台换热压力容器,其制造、检验均有它特殊的规定,本文根据此台容器制造过程中的质量控制重点及制造难点,围绕该设备的结构特点进行阐述,说明了容器整体质量控制的要求,确保容器的制造质量。
2 降膜蒸发器的结构及特点
2.1产品的结构形式
降膜蒸发器属于固定管板式换热器(见图1),它由封头、筒体、管束、管板和折流板等部分组成,封头、管束、管板的材料均为06Cr19Ni10,筒体的材料为Q235-B,容器总高3433mm,108根换热管束采用焊接的形式与管板连接,管板与筒体通过焊接连在一起。管束外安装的折流板是为了增加导热油在管外空间的流速,并使导热油能多次错流过管束以改善给热情况。筒体上装有导热油的出入口及放净口,与封头连接的短筒节上装有山苍子油的入口,外壳上其余各接管法兰均为放空口。山苍子油通过入口进入换热管内,导热油从筒体接管进入管束和筒体之间的间隙内流动,依靠两种流体的温度差,通过管壁进行换热。
2.2产品的技术特性
降膜蒸发器的技术特性见表1。
3 制造工艺流程
降膜蒸发器的制造工艺流程见图2。
在制造过程中,换热管与管板的焊接是该产品的制造难点。
4 降膜蒸发器的质量控制
压力容器制造过程中,为确保产品质量,必须抓好各过程控制要素,产品实现所需过程控制要素图见图3。
针对降膜蒸发器制造过程中涉及到的设计、工艺控制、材料控制、焊接控制、无损检测控制、检验控制、水压试验控制等作为质量控制重点。
4.1设计、工艺控制
在编制制造工艺之前,制造厂必须首先对设计文件如:图样、强度计算书、制造技术条件等进行工艺性审图,
工艺性审图的主要内容包括文件的合法性,选用标准的有效性,容器定类的准确性,无损检测方法、比例、合格级别的正确性,结构、选材是否符合有关法规及制造厂工艺制造的可行性等方面。工艺性审图是设计、工艺控制中的重要内容之一。
降膜蒸发器的设计温度较高,通常,鋼材的机械性能随温度显著下降,其许用应力也随之显著下降,当设计温度超过200℃时尤其显著。(见表2)
对内压容器,这时必须提高在常温条件下进行液压试验的试验压力,以维持设计时预计达到的应力水平,使容器在试验条件下的应力安全状况与操作条件下的应力安全状况基本相当。故在计算液压试验压力时,应考虑温度修正系数[σ]/[σ]t。
通过上表比较,管板的[σ]/[σ]t比值较小。
故计算得壳程液压试验压力:
原设计试验压力与工艺性审图计算所得试验压力存在差距,与设计方沟通,设计方同意更改壳程液压试验压力为0.42 MPa,并出具设计更改书面批准文件。
4.2材料控制
采购材料的验收、复验入库是材料控制的重点,主要控制的内容有:①材料质量证明书的审查,其内容应当齐全、清晰,并盖有材料制造单位质量检验章;②实物检查符合要求;③材料代号编制及标记移植按要求执行;④材料入库审查。
4.3焊接质量控制
4.31焊接工艺评定
焊接工艺评定是焊接质量控制最重要的环节之一,按照文献[3]的要求,制造厂要根据金属材料的焊接性能,拟定预焊接工艺规程,施焊工件和制取试样,检测焊接接头是否符合规定的要求,并形成焊接工艺评定报告,对拟定的焊接工艺评定是否合格和覆盖范围作出结论。在未完成焊接工艺评定工作之前,超出原有焊接工艺评定覆盖范围的所有焊接工作都不得进行。
4.32换热管与管板的焊接质量控制
降膜蒸发器的换热管与管板的连接形式为焊接,管板上分布着108个Ф25.4 mm的孔,与108根Ф25×2的导热管焊接,此处的焊接是制造过程中的一个难点。管板为密集开孔,焊接时热影响大,应力集中点多,微裂纹产生的可能性大;换热管管头的清理不净也会造成焊缝中产生夹渣。
为保证焊接质量,首先要控制换热管与管板的配合尺寸、加工坡口、换热管的伸出长度等(见图4),管板的加工坡口不能太小,应为45o,换热管伸出长度L1控制为2mm,L2控制为2mm;其次是焊接方法的选择,因换热管略高于管板且换热管间距较小,采用钨极氩弧焊工艺焊接能保证焊缝成形美观(具体焊接参数见表4)。组装焊接时,先将换热器吊立,使管板处于水平位置,焊前将待焊区用钢丝刷清理、丙酮擦洗干净,然后采用钨极氩弧焊方法焊接第一道,借助放大镜检查焊缝外观,对漏点和裂纹要打磨后补焊,之后再进行第二道焊接,保证焊脚高度。焊接完成后,仔细进行外观检查。
4.4无损检测控制
无损检测是保障压力容器质量的有效手段,它利用各种物理方法检测材料及焊接接头质量,能够及时准确地找出缺陷并确定其形状、方向、数量、大小和位置,进行安全评估和处理。
4.4.1无损检测过程中需注意的几个问题
相关法规及标准中对无损检测的工艺文件、检测部位、扩探要求都有明确的规定。要求无损检测机构必须制定出符合要求的通用工艺规程和工艺卡用来指导操作[4]。规定局部检测的部位由制造单位根据实际情况指定,应当包括A、B类焊缝交叉部位以及被其他元件覆盖的焊缝部分[5]。规定经过局部无损检测的焊接接头,如果在检测部位发现超标缺陷时,应当在该缺陷两端的延伸部位增加检查长度,增加的长度为该焊接接头长度的10%,且两侧均不小于250mm。若仍有不允许的缺陷时,则对该焊接接头做全部检测[1]。过程中严格按要求执行,确保无损检测的工作质量。 4.4.2透照方式的选择
降膜蒸发器要求按文献[4]对A、B类焊接接头进行射线检测,检测比例大于等于20%,检测技术等级 AB级,合格级别为Ⅲ级。降膜蒸发器的A、B类焊缝布置图见图5。
透照方式应根据工件特点和技术条件要求来选择,在可以实施的情况下应选用单壁透照方式,在单壁透照不能实施时才允许采用双壁透照方式[4]。降膜蒸发器筒体的内径较小,仅为Ф400mm,对于B2焊缝的透照方式取决于较短筒节的长度b,若筒节长度b较小,便于将胶片贴于筒体B2焊缝内壁位置,则可采用单壁透照;若筒节长度b较大,不能将胶片贴于筒体B2焊缝内壁位置,则可采用双壁透照。
4.5检验质量控制
4.5.1划线开孔检查
在筒体开孔之前,检验人员应按产品的开孔方位图逐个核对划线位置,核对正确无误方可进行开孔,确保开孔尺寸及方位正确。
4.5.2组装,整体外观、几何尺寸检查
降膜蒸发器的筒体长度为2914mm,由于库房材料幅面尺寸的原因,筒体需要由两个筒节拼焊而成,要求其中较短的筒节长度不得小于300 mm,相邻筒节A类接头间外圆弧长应大于钢材厚度的3倍,且不小于100 mm[1]。即图5中的较短的筒节长度b≥300 mm,焊缝A2和A3间外圆弧长a应不小于100 mm。焊缝间最小距离的规定避免了焊缝过于密集而导致容器局部应力集中,所以应严格控制。
产品的整体外观检查包括材料表面和焊接接头表面外观检查,外观缺陷和几何尺寸的不连续会造成容器局部应力集中,增加设备附加压力,检查时一定要认真对待。对于材料表面要避免机械损伤,焊接接头表面不得有裂纹、未焊透、未熔合、气孔和飞溅物等外观缺陷,咬边及焊缝余高符合规定要求,焊缝与母材应圆滑过渡,角焊缝外形应凹形圆滑过渡。A、B类焊接接头对口错边量、棱角度、壳体的圆度、壳体的直线度均应达到要求。
4.6水压试验控制
(1)水压试验是对容器密封结构和焊缝以及容器强度的检查。产品组装合格且制造质量检测资料齐全、正确,并经压力试验质控负责人审查合格、监检员确认后,方可进行水压试验。水压试验时,水压试验质控负责人应在场,检验员作好记录,监检员在现场监检确认。
降膜蒸发器由管程和壳程组成,所以必须分别对管程和壳程进行水压试验,因为壳程的试验压力高于管程,先检验壳程,这样不但可以检查壳体有无可见的变形、试验过程中有无异常的响声,同时也检查了换热管与管板连接接头的质量情况,观察其有无渗漏。壳程水压试验合格后再做管程的水压试验。
(2)降膜蒸发器主要材料为06Cr19Ni10,属奥氏体不锈钢制容器。奥氏体不锈钢材料在拉伸应力和氯离子的共同作用下会发生脆性开裂破坏,即应力腐蚀开裂,在生产运行特别是高温,当有关工质存在时,就会在这些已经离子腐蚀的区间进行晶间腐蚀。因此,对奥氏体不锈钢制容器进行水压试验时,应控制水中的氯离子含量不超过25mg/L。
(3)降膜蒸发器采用卧置进行水压试验便于操作、检查,对于立式容器采用卧置进行水压试验时,试验压力应计入立置试验时的液柱静压力,当液柱高度为3.433m时,计算得P≈0.03MPa即在采用卧置水压试验时,试验压力值均应增加0.03 MPa。
试验前,各连接部件的紧固螺栓必须装配齐全,并将两个量程相同、经过校正的压力表装在试验装置上便于观察的地方,当容器壁温与液体温度接近时,才能缓慢升压至设计压力,确认无泄漏后继续升压至规定的试验压力,壳程为0.45 MPa,管程为0.33 MPa,保压时间一般不少于30min,然后降至设计压力,壳程为0.33 MPa,管程为0.131 MPa,保压不少于30min进行检查,检查期间压力应保持不变。水压试验的合格标准是:试验过程中,容器无渗漏、无可见的异常变形和异常响声,降膜蒸发器壳程和管程经水压试验检查均合格。
5 结论
(1)将设计、工艺控制、材料控制、焊接控制、无损检测控制、检验控制、水压试验控制等作为质量控制重点;
(2)由于设计温度较高,水压试验的试验压力应提高;
(3)采购材料的验收、复验入库是材料控制的重点;
(4)换热管与管板的焊接作为制造难点,关键是保证换热管与管板的焊接配合尺寸、施焊区域清洁、采用适宜的施焊方法;
(5)无损检测透照方式应根据工件特点和技术条件要求来选择,在可以实施的情况下应选用单壁透照方式;
(6)检验质量控制中提到的的外观缺陷和几何尺寸的不连续会造成容器局部应力集中,应尽量避免;
(7)水压试验的检查时机、检查顺序、水中氯离子含量、液柱静压力、试验过程均应按要求执行。
参考文献
[1]GB150.1~150.4-2011《压力容器》
[2]GB151-1999《管壳式换热器》
[3]NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》
[4]JB/T4730.1~4730.6-2005《承壓设备无损检测》
[5]TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》
[6]中国化工装备协会 《压力容器制造单位质量保证人员培训考核教材》
[关键词]降膜蒸发器 制造过程 质量控制
中图分类号:TS252.3 文献标识码:TS 文章编号:1009―914X(2013)22―0376―03
1 前言
降膜蒸发器属Ⅰ类换热压力容器,由某大学某新技术开发公司设计,其工作原理是利用壳程内导热油的循环对管程内的山苍子香料油进行加热达到一定的工作温度,设备壳程工作温度200℃,属中温容器。作为一台换热压力容器,其制造、检验均有它特殊的规定,本文根据此台容器制造过程中的质量控制重点及制造难点,围绕该设备的结构特点进行阐述,说明了容器整体质量控制的要求,确保容器的制造质量。
2 降膜蒸发器的结构及特点
2.1产品的结构形式
降膜蒸发器属于固定管板式换热器(见图1),它由封头、筒体、管束、管板和折流板等部分组成,封头、管束、管板的材料均为06Cr19Ni10,筒体的材料为Q235-B,容器总高3433mm,108根换热管束采用焊接的形式与管板连接,管板与筒体通过焊接连在一起。管束外安装的折流板是为了增加导热油在管外空间的流速,并使导热油能多次错流过管束以改善给热情况。筒体上装有导热油的出入口及放净口,与封头连接的短筒节上装有山苍子油的入口,外壳上其余各接管法兰均为放空口。山苍子油通过入口进入换热管内,导热油从筒体接管进入管束和筒体之间的间隙内流动,依靠两种流体的温度差,通过管壁进行换热。
2.2产品的技术特性
降膜蒸发器的技术特性见表1。
3 制造工艺流程
降膜蒸发器的制造工艺流程见图2。
在制造过程中,换热管与管板的焊接是该产品的制造难点。
4 降膜蒸发器的质量控制
压力容器制造过程中,为确保产品质量,必须抓好各过程控制要素,产品实现所需过程控制要素图见图3。
针对降膜蒸发器制造过程中涉及到的设计、工艺控制、材料控制、焊接控制、无损检测控制、检验控制、水压试验控制等作为质量控制重点。
4.1设计、工艺控制
在编制制造工艺之前,制造厂必须首先对设计文件如:图样、强度计算书、制造技术条件等进行工艺性审图,
工艺性审图的主要内容包括文件的合法性,选用标准的有效性,容器定类的准确性,无损检测方法、比例、合格级别的正确性,结构、选材是否符合有关法规及制造厂工艺制造的可行性等方面。工艺性审图是设计、工艺控制中的重要内容之一。
降膜蒸发器的设计温度较高,通常,鋼材的机械性能随温度显著下降,其许用应力也随之显著下降,当设计温度超过200℃时尤其显著。(见表2)
对内压容器,这时必须提高在常温条件下进行液压试验的试验压力,以维持设计时预计达到的应力水平,使容器在试验条件下的应力安全状况与操作条件下的应力安全状况基本相当。故在计算液压试验压力时,应考虑温度修正系数[σ]/[σ]t。
通过上表比较,管板的[σ]/[σ]t比值较小。
故计算得壳程液压试验压力:
原设计试验压力与工艺性审图计算所得试验压力存在差距,与设计方沟通,设计方同意更改壳程液压试验压力为0.42 MPa,并出具设计更改书面批准文件。
4.2材料控制
采购材料的验收、复验入库是材料控制的重点,主要控制的内容有:①材料质量证明书的审查,其内容应当齐全、清晰,并盖有材料制造单位质量检验章;②实物检查符合要求;③材料代号编制及标记移植按要求执行;④材料入库审查。
4.3焊接质量控制
4.31焊接工艺评定
焊接工艺评定是焊接质量控制最重要的环节之一,按照文献[3]的要求,制造厂要根据金属材料的焊接性能,拟定预焊接工艺规程,施焊工件和制取试样,检测焊接接头是否符合规定的要求,并形成焊接工艺评定报告,对拟定的焊接工艺评定是否合格和覆盖范围作出结论。在未完成焊接工艺评定工作之前,超出原有焊接工艺评定覆盖范围的所有焊接工作都不得进行。
4.32换热管与管板的焊接质量控制
降膜蒸发器的换热管与管板的连接形式为焊接,管板上分布着108个Ф25.4 mm的孔,与108根Ф25×2的导热管焊接,此处的焊接是制造过程中的一个难点。管板为密集开孔,焊接时热影响大,应力集中点多,微裂纹产生的可能性大;换热管管头的清理不净也会造成焊缝中产生夹渣。
为保证焊接质量,首先要控制换热管与管板的配合尺寸、加工坡口、换热管的伸出长度等(见图4),管板的加工坡口不能太小,应为45o,换热管伸出长度L1控制为2mm,L2控制为2mm;其次是焊接方法的选择,因换热管略高于管板且换热管间距较小,采用钨极氩弧焊工艺焊接能保证焊缝成形美观(具体焊接参数见表4)。组装焊接时,先将换热器吊立,使管板处于水平位置,焊前将待焊区用钢丝刷清理、丙酮擦洗干净,然后采用钨极氩弧焊方法焊接第一道,借助放大镜检查焊缝外观,对漏点和裂纹要打磨后补焊,之后再进行第二道焊接,保证焊脚高度。焊接完成后,仔细进行外观检查。
4.4无损检测控制
无损检测是保障压力容器质量的有效手段,它利用各种物理方法检测材料及焊接接头质量,能够及时准确地找出缺陷并确定其形状、方向、数量、大小和位置,进行安全评估和处理。
4.4.1无损检测过程中需注意的几个问题
相关法规及标准中对无损检测的工艺文件、检测部位、扩探要求都有明确的规定。要求无损检测机构必须制定出符合要求的通用工艺规程和工艺卡用来指导操作[4]。规定局部检测的部位由制造单位根据实际情况指定,应当包括A、B类焊缝交叉部位以及被其他元件覆盖的焊缝部分[5]。规定经过局部无损检测的焊接接头,如果在检测部位发现超标缺陷时,应当在该缺陷两端的延伸部位增加检查长度,增加的长度为该焊接接头长度的10%,且两侧均不小于250mm。若仍有不允许的缺陷时,则对该焊接接头做全部检测[1]。过程中严格按要求执行,确保无损检测的工作质量。 4.4.2透照方式的选择
降膜蒸发器要求按文献[4]对A、B类焊接接头进行射线检测,检测比例大于等于20%,检测技术等级 AB级,合格级别为Ⅲ级。降膜蒸发器的A、B类焊缝布置图见图5。
透照方式应根据工件特点和技术条件要求来选择,在可以实施的情况下应选用单壁透照方式,在单壁透照不能实施时才允许采用双壁透照方式[4]。降膜蒸发器筒体的内径较小,仅为Ф400mm,对于B2焊缝的透照方式取决于较短筒节的长度b,若筒节长度b较小,便于将胶片贴于筒体B2焊缝内壁位置,则可采用单壁透照;若筒节长度b较大,不能将胶片贴于筒体B2焊缝内壁位置,则可采用双壁透照。
4.5检验质量控制
4.5.1划线开孔检查
在筒体开孔之前,检验人员应按产品的开孔方位图逐个核对划线位置,核对正确无误方可进行开孔,确保开孔尺寸及方位正确。
4.5.2组装,整体外观、几何尺寸检查
降膜蒸发器的筒体长度为2914mm,由于库房材料幅面尺寸的原因,筒体需要由两个筒节拼焊而成,要求其中较短的筒节长度不得小于300 mm,相邻筒节A类接头间外圆弧长应大于钢材厚度的3倍,且不小于100 mm[1]。即图5中的较短的筒节长度b≥300 mm,焊缝A2和A3间外圆弧长a应不小于100 mm。焊缝间最小距离的规定避免了焊缝过于密集而导致容器局部应力集中,所以应严格控制。
产品的整体外观检查包括材料表面和焊接接头表面外观检查,外观缺陷和几何尺寸的不连续会造成容器局部应力集中,增加设备附加压力,检查时一定要认真对待。对于材料表面要避免机械损伤,焊接接头表面不得有裂纹、未焊透、未熔合、气孔和飞溅物等外观缺陷,咬边及焊缝余高符合规定要求,焊缝与母材应圆滑过渡,角焊缝外形应凹形圆滑过渡。A、B类焊接接头对口错边量、棱角度、壳体的圆度、壳体的直线度均应达到要求。
4.6水压试验控制
(1)水压试验是对容器密封结构和焊缝以及容器强度的检查。产品组装合格且制造质量检测资料齐全、正确,并经压力试验质控负责人审查合格、监检员确认后,方可进行水压试验。水压试验时,水压试验质控负责人应在场,检验员作好记录,监检员在现场监检确认。
降膜蒸发器由管程和壳程组成,所以必须分别对管程和壳程进行水压试验,因为壳程的试验压力高于管程,先检验壳程,这样不但可以检查壳体有无可见的变形、试验过程中有无异常的响声,同时也检查了换热管与管板连接接头的质量情况,观察其有无渗漏。壳程水压试验合格后再做管程的水压试验。
(2)降膜蒸发器主要材料为06Cr19Ni10,属奥氏体不锈钢制容器。奥氏体不锈钢材料在拉伸应力和氯离子的共同作用下会发生脆性开裂破坏,即应力腐蚀开裂,在生产运行特别是高温,当有关工质存在时,就会在这些已经离子腐蚀的区间进行晶间腐蚀。因此,对奥氏体不锈钢制容器进行水压试验时,应控制水中的氯离子含量不超过25mg/L。
(3)降膜蒸发器采用卧置进行水压试验便于操作、检查,对于立式容器采用卧置进行水压试验时,试验压力应计入立置试验时的液柱静压力,当液柱高度为3.433m时,计算得P≈0.03MPa即在采用卧置水压试验时,试验压力值均应增加0.03 MPa。
试验前,各连接部件的紧固螺栓必须装配齐全,并将两个量程相同、经过校正的压力表装在试验装置上便于观察的地方,当容器壁温与液体温度接近时,才能缓慢升压至设计压力,确认无泄漏后继续升压至规定的试验压力,壳程为0.45 MPa,管程为0.33 MPa,保压时间一般不少于30min,然后降至设计压力,壳程为0.33 MPa,管程为0.131 MPa,保压不少于30min进行检查,检查期间压力应保持不变。水压试验的合格标准是:试验过程中,容器无渗漏、无可见的异常变形和异常响声,降膜蒸发器壳程和管程经水压试验检查均合格。
5 结论
(1)将设计、工艺控制、材料控制、焊接控制、无损检测控制、检验控制、水压试验控制等作为质量控制重点;
(2)由于设计温度较高,水压试验的试验压力应提高;
(3)采购材料的验收、复验入库是材料控制的重点;
(4)换热管与管板的焊接作为制造难点,关键是保证换热管与管板的焊接配合尺寸、施焊区域清洁、采用适宜的施焊方法;
(5)无损检测透照方式应根据工件特点和技术条件要求来选择,在可以实施的情况下应选用单壁透照方式;
(6)检验质量控制中提到的的外观缺陷和几何尺寸的不连续会造成容器局部应力集中,应尽量避免;
(7)水压试验的检查时机、检查顺序、水中氯离子含量、液柱静压力、试验过程均应按要求执行。
参考文献
[1]GB150.1~150.4-2011《压力容器》
[2]GB151-1999《管壳式换热器》
[3]NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》
[4]JB/T4730.1~4730.6-2005《承壓设备无损检测》
[5]TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》
[6]中国化工装备协会 《压力容器制造单位质量保证人员培训考核教材》