浅谈大型空分冷箱的制造工艺

浅谈大型空分冷箱的制造工艺

摘要：本文主要介绍工业气体项目中的大型冷箱设备的制造工艺，对制作过程中的关键控制环节和特殊注意事项进行了较为详细的论述。

关键词：冷箱；弯管；洁净管道；氧气AA级清洗；无绒布；分段处理

前言：

冷箱被广泛应用于各类工业气体项目之中，是大型空分装置中的标志性设备，主要由提纯设备、换热设备、富氧洁净管道、钢结构、密封墙板、附属的电气和仪表设施等组合而成；因其零部件多、制造要求严、总体重量大（不锈钢冷箱重量在500吨左右，铝冷箱约300吨）、内部构造复杂；因而探讨其制作或组装工艺有着重要的现实意义。

1.结构组对

大型冷箱一般分为塔式圆形冷箱和方形冷箱两类，前者的外部结构是圆筒形，由钢板卷制而成；后者的结构是长方形，由方钢组对而成；结构的材料均为普通碳钢，其主体结构截面最大尺寸可达6.5米以上，长度在70米左右。由于主体结构是安装设备、管道等的载体，因此组对时必须严格控制焊接变形及其几何尺寸。

1.1下料切割

下料精度影响着组对质量。过大的下料负偏差会导致组对间隙过大，而间隙过大则对焊接造成困难，且容易在焊接时产生大的焊接收缩变形；反之，过大的正偏差则会增加结构的整体几何尺寸。因此，主结构方钢的下料方法一般不主张火焰切割，而以机械锯割为好。

1.2 组对方法

结构组对采用卧式进行，它是在距地面高度约1米（以作业人员在下面能方便作业为准）的立柱式支架上进行的。其组对顺序如下：

下部立柱分段组对下部横梁安装上部立柱分段组对上部横梁安装侧面支撑梁安装斜加强筋安装。

需要说明的是，结构的组对顺序不是固定的，可根据内部设备的到货时间和设备的安装方法进行调整（包括留出部分活动梁），以在保证组对质量的前提下方便施工为目的。

1.3注意事项

冷箱的全部预制工作完成后，在运输之前要进行分段切割处理，因此，方形冷箱的立柱或圆形冷箱的筒体，在组对时就应该提前考虑并留出两道分段接口的位置，以免焊后切割不便。

1.4尺寸检查

结构完成后应全面检查各部尺寸，如对角线之差、总高、宽度等，尺寸的检查方法按常规进行，结果应满足规定要求。

圆形冷箱筒体的制造同一般的塔设备，此不再赘述。

2.设备安装

（1）冷箱的主要设备有粗、细精馏塔和换热器等，全部安装在主体结构的内部，重量在10-70吨不等，尺寸较长；因此，设备的安装方法决定于结构的施工程序，需与结构的安装工作互相配合。

（2）如果设备到货较早，为降低设备安装难度，在下部立柱及其横梁组对完成后可立即进行塔设备及换热器的安装，而后再安装侧面支撑梁及上部结构；反之，如果设备到货时间较晚，则可将主要结构工作完成后再安装设备，但此时由于设备尺寸较长，安装较为困难，设备必须从结构的一端吊入框架，必要时还需采用特制的临时导轨支架将设备滑入框架。

（3）设备就位后应及时安装设备支架和必要的临时固定用支架，以保证设备正确定位，避免配管发生大的位移，同时也保证内部作业人员的安全。

3.配管

3.1弯管施工

（1）因冷箱的工作温度多在-196℃以下，因此其管道材质多为低温塑性较好的材料，如不锈钢（304等）和铝管（L5083、L6061等）等；同时，由于所有的管道焊口或接头在冷箱投用后均埋藏在冷箱墙板的内部，且内部空间还要填充满珠光砂，一旦泄露，难以及时发现和处理，故为了减少焊口数和泄漏点，冷箱中4寸及以下的管道设计时多采用机械弯管代替轧制弯头焊接；这样，控制弯管质量尤为重要。

（2）目前国外弯管设备质量过关，弯管精度极高，故弯管被大量采用；但国内好的设备相对较少，因此应选择质量可靠的设备，以保证弯管质量。我们采取引进德国的数控弯管设备，弯管质量比较理想。

（3）需要指出的是，用于弯管的管道本身的质量对保证弯管质量非常重要，因此材料采购时，对材料的物理性能应提出必要的要求，以避免弯管时出现开裂

等缺陷而造成浪费。

3.2 管道安装

（1）冷箱内的管道是根据结构内部有限的空间布置的，管道纵横交错，走向较乱，这与一般的外部管道的施工是大不一样的，因此，制订合理的管道安装顺序是加快施工进度的必要条件，必须统筹考虑。

（2）配管的一般原则是先大后小，先底后顶，中间加之以必要的穿插施工。

（3）管道的支架必须同步进行，以保证管道的正确定位；同时，由于温差的影响，管道开车时会因低温大量回缩，故管道之间、管道与设备或结构之间必须按照设计要求预留出足够的回缩间隙。

3.3管道的核对

所有管道安装完成后，应对每条管线进行技术核对，以确认流程正确、走向正确，无损检测资料齐全。为避免混淆，提高效率，可以对检查后的管道贴上标签标识。

3.4注意事项

冷箱内部空间狭小，管道的安装应与无损检测工作配合进行，以避免造成管道安装完后，由于位置所限而导致大量焊口难以检测。如确因间隙太小，探伤设备可以采用伽马放射源来完成。

4.管道焊接

4.1不锈钢管道的焊接

不锈钢管道的焊接按常规进行，即单面V型坡口，背部充氩，双面气体保护，氩弧焊打底，电弧焊填充盖面，并做好防飞溅、防铁污染工作。

4.2铝管的焊接

4.2.1焊接因素分析

（1）铝和氧的亲和力很大，铝的表面极易形成氧化膜；由于该氧化膜的熔点远远高于纯铝，且比重又大，焊接时它会阻碍金属之间的良好结合，从而形成夹渣。

（2）液态铝中吸收了大量的氢，冷却凝固时，氢的溶解度急剧降低；当气体氢来不及快速逃逸时极易形成氢气孔。