浅谈多层高温蒸汽发生器的制造

浅谈多层高温蒸汽发生器的制造
摘要：为了制造新型专利产品高温蒸汽发生器，我厂对其从图纸的设计改进、选材到焊接工艺、无损检测、拼装工艺、压力试验等方面进行了攻关，形成了较为成熟的制造方案，并为业主制造了30台高温蒸汽发生器，试机后各项参数均达标。

关键词：高温蒸汽发生器；多层；工艺
高温蒸汽发生器是一种利用导热油加热产生高温蒸汽的设备。

它具有体积小、造价低、热能利用率高、瞬间产生蒸汽的特点，能广泛应用于食品、医药、糖业、发电、化工、酒店业等行业，具有广泛发展前景。

1.结构和工作原理
1.1 结构
高温蒸汽发生器属于多层整体包扎压力容器，从内至外共有八层筒体，其结构主要包括两个组成部分：水和水蒸气系统和导热油系统。

结构为套管的结构，总共有8种不同规格的管组成7个腔。

水和水蒸汽系统为1、3、5、7连体腔，导热油系统为2、4、6连体腔。

同一系统相连腔间用滤通管连接。

1.2 工作原理
高温蒸汽发生器的工作流程是：由二层送入高温导热油，将油层筒体加热，再由一层送入高压雾化的水汽流，受热后水汽流迅速转变成蒸汽。

蒸汽从内而外流动的过程中持续受热温度升高，在蒸汽出口处得到气化的高温蒸汽。

2.制造难点及制造方案
2.1 制造难点
高温蒸汽发生器的内部缺陷无法直观检测和返修。

筒体所使用的管材和筒体上的每一道焊缝必须百分百合格，一旦出现问题，整台设备就将报废。

2.2对设计细节的改进
在研究图纸过程中，我们发现若是按原有设计进行制作，在某些方面难度很大，且欠缺安全性。

具体表现在：①进油管在第一层筒体末端处未固定，可能会因大幅度震动而导致开裂。

②原有设计要求事先将疏通管焊接于内筒体上，再通过套装，使其对准外筒体预留的焊接口，然后施焊。

这样一来，疏通管长度受到外筒节内径的限制，无法与外筒节形成良好接头形式，焊接难度高，焊缝质量难以保证。

③在第2、4、6层筒体上设计有加强柱，导致筒体套装难度加大。

经过设计室、车间等人员沟通，并同专利持有人探讨，最终决定对原有设计做出改进。

变更如下：①增加一套固定件，限制进油管末端的震动幅度。

②对疏通管的焊接方式，改为在外层筒体上对应位置预留一个可供焊工进行焊接操作的焊接预留口，待内筒体套装后，再由焊接预留口处将疏通管焊在内筒体上。

然后焊接焊接预留口与筒体、疏通管的焊缝。

③
经过计算，证明在第2、4、6层筒体上不需要用加强柱来进行加强，因此取消这三层筒体上
的加强柱设计。

2.3材料的选用和质量控制
该设备主体材料，从最外层φ610筒体到最内层φ219筒体均采用管材制作，以免卷板后增加焊缝。

同时为避免由材料缺陷导致的设备报废，材料到货后，除了严格执行材料采购技
术条件及GB/T8163-2008中相关规定，将采购回来的材料与图纸要求对照检测其材质、厚度
等外，还对每一条无缝管在使用前进行水压致密性试验，试验压力 1.0Mp，保压时间30min，无渗漏方为合格，才能用于下一步的生产制造。

2.4 工艺方案
2.4.1焊接工艺的制定
根据经验和公司内部已有的焊接工艺评定，我们初步制定了焊接方法：以坡口机加工坡口，以氩弧焊打底，以手工焊填充及盖面，最外层筒体环缝用埋弧焊焊接成型。

理由有：（1）手工开坡口效率低而且外观粗糙，会增加下一步焊工操作的难度，影响焊缝质量。

为此，我们新购了几台坡口机，为关键的焊接工序做好准备。

图3所示为工人在车间中使用坡
口机。

（2）采用氩弧焊打底，能实现单面焊双面成型，焊后焊缝外观美观均匀，不需打磨，能解决该设备无法从内部施焊、无法清除焊缝背面夹杂物的难题，提高焊缝的质量。

但氩弧
焊对焊工水平要求很高，且成本和辐射较大，不宜全程使用，所以考虑结合手工焊和埋弧焊
来保证填充和外观质量。

2.4.2无损检测方法及返修工艺
每一道焊缝在焊接完成之后，都要接受100%超声波探伤（见图4），要求不得存在长度
大于10mm的气孔、夹渣、未融合、未焊透等缺陷，否则需要进行返修。

超声波探伤合格之后，还需对焊缝进行100%磁粉探伤（见图5），确保焊缝表面无裂纹等缺陷。

如果焊缝不合格，需进行第一次返修，由该焊缝原施焊焊工操作，将缺陷部位刨除至距离焊缝背面约
2~3mm，然后按照同样焊接工艺重新施焊。

若仍不合格，需进行第二次返修，须由焊接工程
师制定专门的返修工艺，由分公司总工程师确认方能进行返修，且返修人员需为经验较为丰
富且技术较好的其他焊工。

如出现需三次返修的情况，则该材料报废。

2.4.3 工艺的改进
在制定了一系列工艺后，开始进行试焊接和检测。

通过检测合格率数据和缺陷分布统计，我们发现原定的氩弧焊焊接参数使得焊缝具有熔池深度较浅，融敷速度慢的缺点，加上焊工
技术不够成熟，在实际生产时，经常出现焊缝底部出现未融合缺陷。

为解决这一难题，我们
修改了原有的焊接工艺参数，将氩弧焊焊接电流适当加大20%至30%，使等离子弧具有更深
的熔融力。

实践证明，该焊接工艺在确保焊缝外观质量的前提下，能够较好的解决焊缝底部
未融合缺陷。

焊缝合格率大大提高。

2.5 拼装方案
确认焊缝检测合格之后，进行套装。

该设备每层筒体均长约10米，受制于车间条件，
无法采用垂直套装，因此采用水平套装。

其方法是：利用卷扬机牵引内层筒体，并认真矫正，使其缓慢套入外层筒体内。

由于内层筒体上有加强柱、定距柱、折流带等凸起物，因此在套
装时容易出现卡壳现象。

这就要求不仅要保证内层圆筒焊后的圆度，并对应的将内层筒体上
过高的凸起物磨低或者打磨光滑，还要求在切制加强柱、定距柱时严格要求其长度尺寸。

同
时在套装时可以用铁锤以适当力度频繁敲击外层筒体，以实现顺利套装。

2.6 压力试验
该设备要分别进行汽层和油层两次水压试验，两次试验须按照GB150、固定式压力容器
安全技术监察规程以及公司制定的质量管理体系压力试验程序文件进行。

第一次是在第1～7层筒体都组装、焊接、检验合格之后，进行汽层水压试验，试压时
应先将油程压力提到工作压力，即0.3Mpa，再将汽程压力提高到试验压力为4.3Mpa；水压
试验合格后，泄压并排空水后再进行第8层筒体拼装和焊接；
第二次是在该设备全部制作完成且检验合格之后，进行油层的水压试验，试验压力为
0.54Mpa。

3、结束语
高温蒸汽发生器作为一种新型、高效、节能环保的蒸汽产生设备，具有广泛的应用前景。

该项目制作的30台高温蒸汽发生器，因其工艺完善，质量合格，且业主进行试机后确定各
项参数均达标，因而受到特检院和客户的认可和赞扬。

这也是企业立足于未来市场，追求创新，持续改进的具体表现。