化工冷却器制造工艺及管束套装技术研究获奖科研报告

化工冷却器制造工艺及管束套装技术研究获奖科研报告摘

要：化工冷却器制造工艺及管束套装技术对设备的制造成本、制造周期、制造质量、运行安全性及可靠性等方面具有重要影响，而换热器本身具有结构复杂的特性，这在一定程度上增加了设备制造的难度。此外，化工设备的制造工艺作为制定检修改造方案的重要参考，对化工冷却器的后期维护有重要意义，在社会各方对设备制造质量要求日益提高的背景下，化工设备制造工艺的重要性日渐突出。对此，本文将对化工冷却器制造工艺及管束套装技术进行分析，以促进化工冷却器制造质量的提升。

关键词：化工冷却器;制造工艺;管束套装技术

冷却器属于化工装置中的换热设备，需要长时间稳定、可靠地运行，其制造质量必须满足这一要求。化工冷却器制造工艺及管束套装技术对设备的制造成本、制造周期、制造质量、运行安全性及可靠性等方面具有重要影响，同时也可作为制定检修改造方案的重要参考，对化工冷却器的后期维护有重要意义。由于换热器本身具有结构复杂的特性，这在一定程度上增加了设备制造的难度，制造厂的相关人员需对冷却器的制造工艺与管束套装技术有深入研究，以便提高冷却器的制造质量，降低制造成本和制造周期。对此，本文将从五个方面对化工冷却器制造工艺及管束套装技术进行分析。

一、化工冷却器制造方案总体设计

在进行化工冷却器制造方案总体设计时，应按以下步骤进行：首先明晰冷却器的制造要求，如化工冷却器属类、总重、变径段尺寸、壳体厚度、材质以及换热管等各方面信息，再根据制造厂的设备、制造能力、制造经验等制定制造方案，确定需外购的零件与需外协的工序;其次是确定设备制造中的关键点，从冷却器的结构可以看出，冷却器的制造关键点在于壳体变径段的加工成型和换热管管束的制造及套装;再次是确定壳体变径段的制造方案，主要是四件变径折边封头，考虑制造成本，可以选择先冲压成椭圆封头，再通过小端直径开孔反边成型的方法对四件变径折边封头进行加工。最后是管束套装，一般而言，针对于芯体管束的组装多采用卧式拉引整体套装技术和壳体外开式穿管完成组装焊接工作[1]。

二、化工冷却器变径段制造计算分析

若冷却器变径折边封头采用的是先冲压椭圆封头后开孔的方式进行，针对于变径段制造计算分析，需注意以下几方面：一是椭圆封头的毛坯下料直径计算，一般以等面积展开为原理，借助微积分方法进行计算推导，也可根据经验公式进行计算;二是椭圆封头翻边直段高度计算，若将成型变径段折边封头改变为椭圆封头，需要先对封头的翻边高度进行计算确认;三是翻边开孔直径的计算，一般以等面积展开为原理，假定翻边后的面积无明显变化，再进行翻边开孔直径的计算[2]。

三、化工冷却器壳体制造工艺流程

化工冷却器壳体制造工艺流程，主要分为以下步骤：一是变径段折边封头与筒节的组对，一般采用清根后双侧焊接，保证全焊透;二是导流筒制造，在导流筒制造完成之后，应先将其放入壳体内，再与变径段折边封头进行焊接，受空间结构所限，采用单面焊双面成型;三是设备法兰与椭圆封头管箱的组焊成型;四是壳体长度方向余量的加工，提前测量换热管实际长度和管板实际厚度，考虑壳体与管板环缝收缩余量，通过计算确定壳体长度，根据计算结果去除壳体长度方向余量，并加工坡口;五是接管法兰的装焊，应当将各个接管法兰组对焊接在壳体之上，并将导流筒防冲板和壳体进行组装焊接。

四、化工冷却器管束制造流程与套装

在壳体外完成管束的制造。首先应当将带有拉杆孔的管板固定于工作台V形架上，并使用型钢或钢管在管板两侧临时吊耳位置点焊固定，作为支撑。依次安装拉杆、定距管、折流板以及双排换热管，在此过程中使用试穿管进行试穿，同时调整折流板位置。在所有折流板就位后，将拉杆的螺母拧紧点焊，然后进行换热管穿管，穿管时在管板端保留长度约500mm的换热管。

管束套装一般采用卧式拉引整体套装技术。首先将壳体固定于轨道一侧，使用吊车将管束放入壳内并保持约一半长度在壳体内，吊装时使用吊带，精心选择吊点，吊装时应缓慢进行，避免损伤换热管。然后用手拉葫芦拉引法完成最终的套装工作，将壳体与管板点焊固定。在套装完成之后，再组装另一块管板，保证管孔方位对正后，点焊固定，完成所有换热管穿管后，焊妥管板与壳体的焊缝。调整换热管伸出管板长度，去除换热管管端余量，依次对所有换热管进行管子管板焊和贴胀[3]。

五、化工冷却器水压试验

水压试验是检验化工冷却器性能的重要试验。化工冷却器水压试验，应按以下步骤进行。

首先进行壳程水压试验。先将管口进行封闭，充满水后，再安装压力表、打压管路以及水压泵等。在设备内温度达到要求后，缓缓升压至设计压力，保压10min进行检查。继续升压至水压试验压力，保压30min，然后降压至设计压力，并进行检查，无渗漏、异响或可见变形方为合格。水压试验合格后再降压至零并排空水;

然后进行管程水压试验。管程水压试验与壳程水压试验类似，但因换热管的存在，充水过程应缓慢进行，确保换热管内无残存空气，以免影响后续升压过程。在水压试验合格后，排水过程中，应着重注意换热管的排空水与清洁，必要时应增加检查次数。

在水压试验合格排空水后，应及时对壳程和管程进行清理干燥，避免设备内部生锈。

结束语

综上所述，化工冷却器作为化工装置中的重要设备，其制造工艺及管束套装技术逐渐受到重视，但是，由于化工冷却器本身具有结构复杂的特点，使得化工冷却器的制造具有一定的难度。对此，制