張士博 國(guó)瀟彬 孔令寶(山東齊魯石化機(jī)械制造有限公司，山東 淄博 255400)

1 前言

急冷換熱器是乙烯裂解裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，主要承擔(dān)兩個(gè)任務(wù)：其一是將800℃左右的高溫裂解氣迅速冷卻至二次反應(yīng)溫度以下，減少烯烴損失；其二是盡可能多地回收裂解氣的高位熱能，產(chǎn)生120MPa 左右的高壓蒸汽。從制造上講，急冷換熱器設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，用材復(fù)雜，對(duì)單件加工、整體組裝、焊接、熱處理、換熱管預(yù)拉伸等要求苛刻。目前應(yīng)用較廣泛的急冷換熱器型式主要有線性急冷換熱器和傳統(tǒng)式急冷換熱器[1][2]。

此次為某石化烯烴廠開(kāi)發(fā)制造的新型急冷換熱器，總結(jié)之前所用國(guó)外進(jìn)口設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，采用立式管殼式結(jié)構(gòu)，處理量大，可與大處理量爐管相匹配。

2 新型急冷換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要設(shè)計(jì)參數(shù)

新型急冷換熱器為立式管殼式結(jié)構(gòu)，高溫裂解氣從下部進(jìn)入上部流出，裂解氣走管程，汽水混合物走殼程。為了適應(yīng)高溫和高壓操作條件，新型急冷換熱器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上主要有以下特點(diǎn)：

①新型急冷換熱器上部和下部均采用撓性薄管板和彈性連接件，撓性薄管板和彈性連接件固有的彈性有利于吸收換熱管和筒體之間的熱膨脹差，減小熱應(yīng)力，管板沿壁厚方向的溫度梯度較小，減少了管板失效的可能性[3]。

②采用內(nèi)孔焊。急冷換熱器換熱管與管板的連接處是最容易損壞的部位，特別是入口管板。為了提高管板和換熱管連接的可靠性，新型急冷換熱器入口管板與換熱管的焊接采用內(nèi)孔對(duì)接焊，避免發(fā)生間隙腐蝕，降低了焊接應(yīng)力，降低了焊縫溫度，提高了焊縫的可靠性。換熱管與出口管板連接采用傳統(tǒng)角接焊加貼脹，焊接前需進(jìn)行預(yù)拉伸處理。

③薄管板和管口的熱防護(hù)。為了防止高溫裂解氣將管板和管口燒壞，入口管板外表面敷有5～10mm 的耐熱合金堆焊層，對(duì)入口管板可以起到良好的保護(hù)作用。

④裂解氣的流量分配。新型急冷換熱器新增了入口流體分布器，并且設(shè)有防焦擋板，一方面可以防止高溫裂解氣中夾帶的焦粒對(duì)管板的沖刷，另一方面也可以起到使裂解氣均勻分配的作用。

表1 新型急冷換熱器主要設(shè)計(jì)參數(shù)

⑤汽水混合物入口和出口均設(shè)有導(dǎo)流裝置，使汽水混合物以一定速度流過(guò)管板，防止流體短路，對(duì)管板進(jìn)行充分冷卻。[4]

3 新型急冷換熱器的制造工藝

3.1 主要部件制造工藝方案

概述：所有零部件都在預(yù)先準(zhǔn)備好的專(zhuān)用平臺(tái)和工裝上進(jìn)行制造加工，以確保后續(xù)組裝質(zhì)量。

3.1.1 入口管板堆焊、加工

①粗車(chē)鍛坯，UT+MT 檢測(cè)，合格后車(chē)成堆焊本體；

②堆焊及檢查：堆焊面清理，表面檢測(cè)，預(yù)熱；在預(yù)熱溫度范圍內(nèi)堆焊，要求厚度均勻，表面平滑，焊道間凹凸量≤1mm，接頭不平度≤1mm，焊接應(yīng)采用短弧焊，直進(jìn)焊，盡量不擺動(dòng)，第一層堆焊后冷卻，打磨，PT 檢測(cè)，單層焊接厚度約2mm，層間溫度≤100℃，嚴(yán)格清渣；堆焊后立即進(jìn)行消應(yīng)力熱處理；熱處理后堆焊層表面PT 檢測(cè)；

③堆焊層機(jī)加工后(鉆孔前)UT 檢測(cè)；堆焊表面PT 檢測(cè)；以堆焊面為基準(zhǔn)，數(shù)控劃窩，鉆孔，鉆孔時(shí)對(duì)堆焊層取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析；嚴(yán)格控制管孔垂直度、孔橋?qū)挾取⑵驴诮嵌?、鈍邊。

3.1.2 殼程板制筒體卷制

由于該筒體內(nèi)徑小、壁厚較大，為保證成型尺寸，安排溫卷溫校，主要工序?yàn)椋?/p>

①?lài)?yán)格控制下料長(zhǎng)度及兩端帶頭長(zhǎng)度；

②卷板之前鋼板表面質(zhì)量準(zhǔn)備；

③溫卷：始卷溫度≥400℃，終卷溫度≥300℃，防止錯(cuò)口；

④切割帶頭，合口卷制；

⑤焊接，按焊接工藝；

⑥溫校，始卷溫度≥400℃，終卷溫度≥300℃；

⑦卷制完檢查，圓度≤3.9mm，探傷。

3.2 重點(diǎn)、難點(diǎn)工序介紹

3.2.1 急冷換熱器換熱管與管板深孔對(duì)接焊

由于結(jié)構(gòu)原因及RT 檢測(cè)要求，工藝制訂了合理的焊接、探傷分組順序，每一組管頭在探傷合格之后方可進(jìn)行下一組的焊接。

焊接材料選用T Union GT Cr2Mo SC氬弧焊絲，規(guī)格Φ0.8mm，符合標(biāo)準(zhǔn)AWS A5.28，并通過(guò)焊接工藝評(píng)定。

焊機(jī)采用PS406-2 型專(zhuān)用深孔焊焊機(jī)。焊接過(guò)程：

①設(shè)備定位，清洗坡口。

②組對(duì)換熱管與管板，外側(cè)加好保護(hù)工裝，預(yù)熱。

③焊接，每層焊完后觀察接頭內(nèi)外成型情況，修磨鎢極尖(必要時(shí)更換鎢極)，調(diào)整焊槍各數(shù)據(jù)，依次焊接，焊后進(jìn)行消氫處理。

④焊后PT 檢測(cè)，RT(AB 級(jí))檢測(cè)；熱處理后PT 檢測(cè)；水壓試驗(yàn)后PT 檢測(cè)。

3.2.2 急冷換熱器出口端管頭焊接及換熱管預(yù)拉伸

①清洗管板，清除坡口處銹蝕及其他雜質(zhì)，打磨換熱管至露出金屬光澤。

②預(yù)劃管：每根換熱管伸出管板長(zhǎng)度一致，且≥5mm。

③劃基準(zhǔn)線：以管板外表面為基準(zhǔn)，在換熱管外表面劃基準(zhǔn)線。

④按順序?qū)茴^加熱，預(yù)拉伸，基準(zhǔn)線相對(duì)管板平面外移4mm 后將換熱管點(diǎn)固；管頭焊接，每焊完一層均要徹底清理，并檢查表面成型情況，焊后進(jìn)行消氫處理。

⑤焊后PT 檢測(cè)，RT(AB 級(jí))檢測(cè)；熱處理后PT 檢測(cè)；水壓試驗(yàn)后PT 檢測(cè)。

3.2.3 設(shè)備焊后熱處理

由于本設(shè)備用材復(fù)雜，需要熱處理的主體部分材質(zhì)有12Cr2Mo1、13MnNiMoR、20MnMoNb、10CrMo9-10、13CrMo4-5 等，分屬不同的鋼質(zhì)母材類(lèi)別。根據(jù)GB/T 30583—2014《承壓設(shè)備焊后熱處理規(guī)程》規(guī)定，同時(shí)結(jié)合國(guó)內(nèi)同類(lèi)相似設(shè)備制造經(jīng)驗(yàn)，制定焊后熱處理工藝為：保溫溫度660～680℃，保溫時(shí)間110 分鐘，升溫速度20～30℃/hr，降溫速度20～30℃/hr，400℃以下緩冷[5]。

3.2.4 收尾處理

管程氣壓合格后，請(qǐng)專(zhuān)業(yè)襯里施工人員，按圖紙及技術(shù)要求完成“入口帶叉錐體”內(nèi)襯里的施工，按技術(shù)要求驗(yàn)收合格。

至此完成整臺(tái)急冷換熱器的制造。然后對(duì)設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行吹掃干凈，按圖樣及規(guī)范要求對(duì)殼程進(jìn)行水壓試驗(yàn)，對(duì)管程進(jìn)行氣密試驗(yàn)。

按設(shè)計(jì)圖樣要求進(jìn)行設(shè)備外表面除銹處理，刷油漆，標(biāo)識(shí)，包裝，充氮保護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

新型急冷換熱器目前已開(kāi)發(fā)制造成功十多臺(tái)，在某石化烯烴廠裂解爐裝置中正常運(yùn)行使用，用戶(hù)反映良好。該新型急冷換熱器既可作為大容量一級(jí)急冷換熱器使用，也可作為二級(jí)急冷換熱器的第一或第二急冷換熱器使用，應(yīng)用范圍廣泛，使我國(guó)的急冷換熱器技術(shù)對(duì)所有爐型實(shí)現(xiàn)全覆蓋。[4]