天津华能北方热力设备有限公司 天津市 301900
摘要：余热回收装置是某石油化工项目的关键产品。这是第一个由该公司制造的这种热交换设备。与原余热锅炉相比，结构更新颖、更复杂。本文介绍了余热回收装置的结构特点、制造过程中的技术难点及解决措施，为同类产品的制造提供了参考。
关键词：余热回收器；制造工艺；技术
1产品结构及技术参数
1.1结构简介
1）所述换热管采用喷泉式布管方式；2）所述壳体构件为斜锥壳偏心结构；3）所述管箱的内部构件较为复杂，均为不锈钢制造，主要包括内热风箱缸体构件、冷端管构件、热端管构件、热端管构件、热端管壳体构件等[1]。
1.2主要设计参数
该余热回收器主要设计参数见表1。
表1 主要设计参数
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2主要零部件制造难点及工艺措施
2.1管束组件
2.1.1管板
镍基合金堆焊层厚度为7mm。一方面由于管板堆焊和热处理过程中存在变形，为了保证堆焊层的厚度和平整度能够满足管板车加工变形后拉拔的要求，实际上需要堆焊不小于11mm 的镍基合金，另一方面由于镍基合金的硬度和可加工性非常高，因此在深孔加工中BTA钻头的选择非常重要。位选择厂家没有更好的推荐，因此，只能从参数和加工工作上下功夫。总体技术路线是分段建立焊层和基体材料，对参数进行分解，通过观察主轴输出量、机床振动、钻头磨损、位置和断屑的变化，连续调整参数，从而获得最佳加工参数[2]。
2.1.2管束组装
换热管共有444种，在规格上有44种，每种换热管的数量不同，而且换热管通过的顺序也不规则，容易出错。为了保证穿孔的顺利进行，首先，根据换热器换热管的数量对应管板孔和支撑板孔的数量，并将其标注在实际支撑板1：1的印刷纸上，其次，在穿孔时，应严格按照预制标记和顺序一根一根地穿孔，在穿孔过程中应检查管子和支撑板及管板孔的标签，确保每个孔的准确性。
2.1.3换热管－管板焊接
本工程采用铬钼钢厚壁换热管，管板为SA-336F22CL3IV，并覆盖镍基合金。管子与管板的焊接采用“强力焊 + 粘结膨胀”的方法。管端焊接后，换热管外露部分容易变形，导致管子膨胀困难。因此，管道端部焊缝的质量，尤其是根部熔化的质量、坡口的设计、焊接操作都必须逐层进行。过去，管端焊缝多为单 v 型坡口。在实验中，通过增加坡口角度和改进自动焊机，改善了根部熔合，但增加坡口角度直到与管端焊缝相交时，焊接质量没有明显改善，设计了一种新型的 j 形坡口，发现根部熔合良好，根部缺陷率为0。
2.1.4换热管－管板胀接
早期采用深孔加工获得膨胀试样，并对几根换热管进行了模拟焊接。采用新的焊接坡口，焊接质量得到了很好的控制，但由于换热管从管板处延伸了15mm，焊接后换热管仍然会受到热收缩，因此有必要对焊接管的孔径进行测量，通过多组数据分析确定合适的扩径管，然后进行换热管与管板的胀接试验。通过大量的膨胀试验，得到了适宜的膨胀参数：粘结膨胀率合格范围为0.3% ー0.7%，膨胀机压力为220ー230mpa，膨胀时间为3s，根据拉出试验合格的要求，将上述参数最终膨胀应用于产品膨胀[3]。
2.2管箱内件
2.2.1内热气盒筒体组件
内热风箱缸体总成的内法兰，管口内部的法兰应用膨胀节法兰紧固。为了保证安装位置的准确性，管口的两个法兰安装在一起并钻孔，以保证两法兰的同心度和位置。在组装内部热风箱总成时，应先安装膨胀节总成。装配件的椭圆头的槽端可以适当地磨削，以确保内部热风箱装配件的法兰与膨胀节法兰相匹配[4]。
2.2.2冷端筒节组件
冷端管总成装配间隙只有1毫米，间隙小，装配困难。为保证装配质量，采取了以下工艺措施：将连接环板Ⅰ数控气割材料、连接环板Ⅱ和冷端桶截面分为两种数控气割材料，连接环板Ⅰ和连接环板Ⅱ与钻头配合，在装配过程中在两个环板之间放置一块1m 钢板，确保两环板之间的1m 间隙固定和钻孔；环板Ⅰ和环板Ⅱ各用两根Φ18圆钢棒定位，并用螺栓拧紧，其中环板Ⅰ仍为整体环，在两个冷端筒接头和连接环板Ⅱ之间放置1m 钢板，以保证间隙要求，冷端筒接头和连接环板Ⅱ焊接妥当，安装焊接钢板2-18，拆去连接环板Ⅰ，将冷端管接头总成分为两个整体，在钢板与钢板之间放置10m 钢板模具，两钢板背靠背用螺栓紧固，将钢板与冷端管接头和连接环板Ⅱ焊接，安装焊接后拆去钢板上的螺栓，将冷端管接头分为两部分。
2.2.3
插入管为长杆，在车削过程中容易变形。热端机匣装配关系复杂，各件尺寸公差应严格控制。热端套管总成与换热管之间的装配间隙小（换热管公称外径为Φ25，热端套管内径为Φ25 + 0.35 + 0.1最大间隙为0.25 mm），造成装配困难。为了防止零件在加工过程中产生变形，设计了一种专用车刀，该车刀需要每个车刀进给0.1 mm，以减小车削阻力，防止零件在车削过程中产生变形。在安装绝缘时，需要用镍丝紧紧包裹。为了满足装配要求，设计了特殊的镍丝绕组工装，以保证绝缘层的紧凑绕组。保温套管端部外径为32毫米，套管装配时可能发生套管与套管之间的干涉。所述隔热套的右侧和所述换热管组的部分被倒角。当套筒安装时，作为导向，可使套筒更加平滑[5]。
2.3总装
设备外壳为偏心结构，即筒盒部件壳体部件距壳体部件中心线475m，两部件用斜锥体连接。整个管路系统总成与管箱总成中心重合，使管路系统总成位于壳体总成的下部，造成设备重量分布不均匀，重量偏心。安装管束和壳体后，管束只支承在壳体的下部，而不支承在壳体的上部。在正常情况下，整个部分不能旋转。为了保证装配质量和焊接质量，采用以下工艺方案：
1）在管束顶部加入支撑槽钢，并将槽钢与膜片和壳体焊接固定管束。在安装管束之前，将预焊部件安装在壳体的内部。装配完成后，将支撑槽钢与膜片和壳体的预焊部件焊接在一起。支撑槽钢焊接拆除时，应对管道系统进行良好的保护。
2）壳体总成热处理前，在椭圆形封头上焊接一备用缸体，并在壳体上加装一预焊配重件。组装完成后，及时焊接配重，使外壳和管束在辊架上作为一个整体旋转。
装焊备用管时，备用管与管板应同心，同时配重应安装在鼓形管接头的对面，备用管与管板壳过渡段应安装在辊架上。
结束语
通过上述工艺措施，解决了偏心、喷泉分布式余热集热管总成及复杂内件总成的问题，保证了整个产品的质量。该项目的成功完成，为新型换热器的制造积累了宝贵的经验，具有广泛的借鉴和推广意义。
参考文献：
[1]王虹雅，周勃，黄诗雯，朱里昂.双效溴化锂吸收式热泵余热回收系统数值模拟研究[J].制冷与空调（四川），2021，35（01）：32-36.
[2]唐文捷，龚思茹，李军，杨开敏，张修霖，毛煜东.新型笼套式煅后焦余热回收换热器传热性能数值模拟[J].轻金属，2021（02）：56-62.
[3]高谦，商蕾，管聪.考虑余热回收系统发电的船舶电力系统配置优化研究[J].中国修船，2021，34（01）：39-43.
[4]郑勇，张青，张宝财.含硫化氢废气干法制硫酸余热回收系统优化设计[J].硫磷设计与粉体工程，2021（01）：11-14+5.
[5]陈康路. 660MW火电机组烟气余热利用技术探究[C]. 江西省电机工程学会.2020年江西省电机工程学会年会论文集.江西省电机工程学会：江西省电机工程学会，2021：129-133.