转化气蒸汽发生器的制造要点

转化气蒸汽发生器的制造要点

摘要：转化气蒸汽发生器是国内石油化工行业中常见的设备之一，被广泛地应用于加氢制氢装置中。针对其结构复杂，所用材料种类多，安装使用时可能出现的问题，在制造过程中对设备的部件加工、组装、焊接等一些关键工序进行了分析，并采取了相关措施予以解决。

关键词：转化气蒸汽发生器；过程；问题；措施；解决

1.概述

转化气蒸汽发生器是制氢装置中的核心设备，它属于三类压力容器，其工作条件苛刻，属高温高压设备。为满足某石油化工公司制氢装置建设的需要，我公司承接了其中一台制造任务。其结构如图 1 所示：

图 1 转化气蒸汽发生器结构示意图

①体（一）②锥体（二）③左管箱④连接段⑤筒体⑥管板⑦右管箱⑧⑨衬里⑩中心管

此设备壳体尺寸φ1100×24，材质为16MnR；管箱尺寸φ1400×32，材质为15CrMoR，锥体部分为UNS NO8810，换热管材质为15CrMoR。

2.制造要点分析

通过对设备技术参数、结构特点和以往此类设备现场安装使用的情况分析，此次制造的关键在以下几个方面：

（1）转化器气出口与中心管同轴度的问题。以往此设备在现场安装时，有可能出现转化气调节阀在安装时，不能和中心管同心，造成转化气调节阀安装后不能很好的调节转化气出气量，影响使用效果。

（2）管板与换热管的焊接。

（3）UNS NO8810 与15CrMoR 的焊接。

（4）衬里部分的施工。

3.转化器气出口与中心管同轴的

3.1壳程部分此设备壳体部分结构与普通换热器不同，管板的连接是通过一个连接段实现的，见图2。内部的支撑板是通过螺栓固定在壳体连接板上，在换热管穿引过程中不能自调，属盲穿，组装时就要求所有支撑板、管板管孔有很好

的同心度，筒体椭圆度也需要控制。

3.1.1 管板与支撑板的加工

为保证所有支撑板、管板管孔有很好的同心度，管板、支撑板管孔在加工时采取数控钻床，且支撑板下料后点焊在一起再进行配钻，很好的解决了同心度的问题。

3.1.2 壳程筒体椭圆度

首先在组对壳体纵环焊缝时要严格控制好对口错边量及校圆质量。其次由于壳体上同一方向的接管众多，而且距离又近（790mm），为防止焊接接管时造成壳体的较大变形，我们采取间隔跳焊接管的焊接顺序，焊接工艺上要求焊接时采用小电流，多层多道焊，减小热输入量，并用工装在壳体内部撑住，直到壳体热处理完。

3.1.3 管束

（1）由于设备特殊的结构形式，我们安排了以下的步骤完成了管束和内件的装配。（1）完成连接段与壳体、一块管板组焊；

（2）从管板一侧穿入中心管，而且四个角也穿入换热管，调整安装第一层支撑板，使中心管和换热管穿入，这时用螺栓把连接板和支撑板把紧，这就完成了第一层，按照此方法支起剩下的支撑板。

（3）在另一管板组焊探伤合格后，把换热管全部投过来；

（4）按图纸要求保证换热管伸出管板长度 3.5mm 之后焊接管头；

（5）对所有焊缝进行检测合格后，对管板环缝和焊接管头做局部消除应力热处理；

（6）壳体管束试压合格后，组装烟气衬筒管板和衬里护板。

3.1.4 管箱的制造

管箱与管板的连接与普通换热器不同，它是通过连接段焊接在一起。为保证活塞调节阀口与壳体的同心度，我们做了以下控制工作：

（1）封头投料厚度36mm，制造符合JB/T4746-2002 国家标准；

（2）检查封头端口的椭圆度，如不圆用千斤顶撑圆，并对封头进行找中心，并以中心为基准画φ533mm 的圆；

（3）为减小误差不用火焰直接开出φ533mm 孔，而是开的孔要比φ533mm 小6mm 左右；然后上立车固定后先精确车出φ533 的孔，然后再进行车坡口。

（4）封头选择在平台上组对接管法兰，接管法兰应保证法兰面的垂直度，其偏差不得超过3mm。焊接管时，采取小规范焊接，减小焊接变形。

管板与管板和换热管材质均为15CrMoR，此类钢对焊接裂纹敏感性较强，又因为焊缝氢含量、焊接应力等原因，在焊接过程中极易出现裂纹，焊后出现延迟裂纹[1]。UNS NO8810 与15CrMoR 与15CrMoR 的焊接锥体段使用UNS N08810 材料，其中锥体（一）是Ⅳ锻件，按照图纸尺寸直接加工即可；而锥体段（二）需板料滚制成形，而且要到外协厂家进行翻边。其厚度为32mm，小口直径为?680mm，大口直径为?1400mm，厂房内现有的滚板机无法直接成形，只能采取1/2 分瓣压制成形，分瓣部分两侧都留有100mm 的带头量，以便在压制板边缘时有合适的弧度，压制完成后用等离子切割机切割掉带头量。由于组焊成锥体后无法校圆，因此在压制过程中，应使用样板严格控制大小口的椭圆度和同心度，为后序组对质量创造良好条件。

UNS NO8810 是镍铬铁合金，具有良好的耐腐蚀性和抗氧化特性，其化学成分如表

1，其在焊接时极易出现热裂纹和气孔[2]，根据其特点我们制定了合理的焊接工艺，根据焊接工艺作业指导书，我们选用镍、铬含量高的ENiCrFe-2焊条。在锥体纵缝焊接之前，为防止焊接飞溅损伤母材，应在焊道周边刷上石灰粉。在焊接过程中为减少焊接熔池过热，选用较小的焊接电流（80～90A）和较快的焊接速度（100～150mm/min），并控制好焊接的层间温度（100℃左右）。在与管箱15CrMoR 材料焊接时，对15CrMoR 一侧进行大于100℃的预热，再在坡口上用ENiCrFe-2焊条堆焊6mm 的过渡层，然后再与UNS NO8810 材质相焊接，焊接形式如图4，其目的有两方面：①15CrMoR 一侧堆焊ENiCrFe-2之后，不需再进行预热，直接就可以和UNSN O8810 相焊；②减小设备在运行中由于异种材料温度变化产生的应力。

4.衬里部分的施工

在管程做完水压试验并清理干净后，进行隔热衬里施工。隔热衬里采用Al2O3 混凝土，并严格烘干。由于管箱空间狭小，给衬里护板的组焊带来了很大困难。在组对衬里护板时，应在衬里与护板之间加装5mm 的厚纸板，为护板提供热胀空间。在组装管板衬里护板时，我们发现部分护板管孔与陶瓷管管孔不同心，这将影响转化气的流量。经分析，一方面可能是陶瓷管安装不牢固，衬里浇筑时挤压陶瓷管，造成陶瓷管偏移，导致与换热管不同心；另一方面是焊接螺栓刚性不够，衬里浇筑时导致螺栓端部定位尺寸发生改变，造成护板管孔与陶瓷管孔不同心。我们通过对护板扩孔，基本能保证不影响转化气的流量。通过这个问题，为我们今后同类设备的制造提供了经验：衬里浇筑时，应尽量减小对陶瓷管和焊接螺栓的挤压，并随时进行修正，严格控制陶瓷管与换热管的同心度和焊接螺栓的定位尺寸，这样就能保证陶瓷管与护板管孔的同心度要求。