CN115070244B - 一种耐硫耐氯耐高温高压的换热管焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种耐硫耐氯耐高温高压的换热管焊接方法。本发明用N08800材质的换热管，具有耐高温腐蚀性能；本发明的换热管壁厚降为2.5mm，在保证强度的情况下，提高换热管弯制加工性能，降低应力；本发明对换热管进行固溶退火，降低换热管的残余应力，提高其塑性、韧性和耐腐蚀性；本发明对换热管进行酸洗钝化，保证形成优质的钝化膜，提高换热管抗腐蚀的稳定性；本发明将小U形弯的尺寸提升至190～210mm，能够减少换热器中心小U形弯处应力；采用至少两道强度焊，可以保证换热管与管板焊接的密封性和强度。经本发明焊接的换热管在含硫、氯的高温、高压工况下，不易损坏，使用寿命从2年延长到了10年。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种耐硫耐氯耐高温高压的换热管焊接方法。
背景技术
蒸汽过热器是把饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽的设备，在电站、机车和船用锅炉中具有广泛应用。
现有蒸汽过热器的换热管材料采用321(0Cr18Ni10Ti)，在同时含有硫、氯离子的高温高压工况下，应力腐蚀较快；且换热管与管板的连接方式采用胀接，易过胀(用力过猛)，导致换热管在加工制作过程中受损。故，该制备方式得到的换热管，易损坏泄漏，使用寿命短(一般为2年)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐硫耐氯耐高温高压的换热管焊接方法，采用本发明的焊接方法解决了蒸汽过热器换热管在含硫、氯的高温、高压工况下，易损坏，使用寿命短这一难题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种耐硫耐氯耐高温高压的换热管焊接方法，包括以下步骤：
将换热管依次进行固溶退火和酸洗钝化，得到钝化换热管；所述换热管的材质为N08800；所述换热管的壁厚为2.5mm，厚度偏差为0～+0.20mm；
按图样要求对管板进行引孔，按照引孔位置在管板上钻孔，顺序串入钝化换热管，并按要求调整管束外伸长度，点焊定位，得到待焊管板；所述引孔时，管板中心对应的最小U形弯的尺寸为190～210mm；
对所述待焊管板进行强度焊，所述强度焊包括依次进行打底焊和强度盖面焊接。
优选的，所述换热管的外径为38～39mm，外径偏差为-0.20～+0.10mm。
优选的，所述换热管不存在拼接。
优选的，所述固溶退火的温度为680～700℃，保温时间为110～120分钟。
优选的，对换热管的U形弯管段及至少150mm直管段进行固溶退火。
优选的，所述管板钻孔后允许的孔桥宽度为5.73～8.44mm。
优选的，所述酸洗钝化包括：将换热管浸泡到酸液中，待在换热管表面形成银白色膜，取出换热管洗涤至中性，烘干。
优选的，以质量百分含量计，所述酸液包括复合酸3～5％、缓释剂0.1～0.3％和余量的脱盐水；所述复合酸包括硝酸和氢氟酸。
优选的，所述打底焊和强度盖面焊接的起弧点错开115～125°。
优选的，所述打底焊接后，采用壳程冲压对管板与换热管焊缝进行气密检漏，合格后，再进行强度盖面焊接。
本发明提供了一种耐硫耐氯耐高温高压的换热管焊接方法，包括以下步骤：将换热管依次进行固溶退火和酸洗钝化，得到钝化换热管；所述换热管的材质为N08800；所述换热管的壁厚为2.5mm，厚度偏差为0～+0.20mm；按图样要求对管板进行引孔，按照引孔位置在管板上钻孔，顺序串入钝化换热管，并按要求调整管束外伸长度，点焊定位，得到待焊管板；所述引孔时，管板中心对应的最小U形弯的尺寸为190～210mm；对所述待焊管板进行强度焊，所述强度焊包括依次进行打底焊和强度盖面焊接。
本发明改用N08800材质的换热管，该材质的换热管具有较高的铬含量和足够的镍含量，具有较高的耐高温腐蚀性能；本发明的换热管壁厚从原来的3mm降为2.5mm，在保证强度的情况下，提高换热管弯制加工性能，降低应力；本发明对换热管进行固溶退火，可以降低换热管的残余应力，提高其塑性、韧性和耐腐蚀性；本发明对换热管进行酸洗钝化，可清除各类油污、锈、氧化皮、焊斑等污垢，提高换热管抗腐蚀性能，保证重新形成优质的钝化膜，钝化膜可提高换热管抗腐蚀的稳定性；所述引孔时，本发明将管板中心对应的最小U形弯的尺寸从现有的104mm提升至190～210mm，能够减少换热器中心小U形弯处应力；最后，本发明采用至少两道强度焊代替现有的胀接，可以保证换热管与管板焊接的密封性和强度，防止发生管子管板角焊缝处断裂。经本发明焊接的换热管在含硫、氯的高温、高压工况下，不易损坏，使用寿命从2年延长到了10年。
附图说明
图1为实施例1的焊接图样；
图2～图9为实施例1所用原材料的检验报告。
具体实施方式
本发明提供了一种耐硫耐氯耐高温高压的换热管焊接方法，包括以下步骤：
将换热管依次进行固溶退火和酸洗钝化，得到钝化换热管；所述换热管的材质为N08800；所述换热管的壁厚为2.5mm，厚度偏差为0～+0.20mm；
按图样要求对管板进行引孔，按照引孔位置在管板上钻孔，顺序串入钝化换热管，并按要求调整管束外伸长度，点焊定位，得到待焊管板；所述引孔时，管板中心对应的最小U形弯的尺寸为190～210mm；
对所述待焊管板进行强度焊，所述强度焊包括依次进行打底焊和强度盖面焊接。
本发明将换热管依次进行固溶退火和酸洗钝化，得到钝化换热管。
在本发明中，所述换热管的材质为N08800。以质量百分含量计，所述换热管的成分满足：C≤0.025％，Ni 32～35％，Cr 20～23％，Ti 0.30～0.60％，Al 0.15～0.45％，Cu≤0.50％，Ti/C>15；所述换热管的晶粒度≥5。本发明改用N08800材质的换热管，该材质的换热管具有较高的铬含量和足够的镍含量，具有较高的耐高温腐蚀性能。在本发明中，所述换热管满足ASME SB-407和《热交换器用管订货技术条件》标准要求。
在本发明中，所述换热管的壁厚为2.5mm，厚度偏差为0～+0.20mm。本发明的换热管壁厚从原来的3mm降为2.5mm，在保证强度的情况下，提高换热管弯制加工性能，降低应力。在本发明中，所述换热管的外径优选为38～39mm(为保证换热管U型弯管处外侧壁厚及管内流通面积，换热管实际采购过程中，外径为38.45mm)，外径偏差优选为-0.20～+0.10mm。本发明选用上述规格的换热管，既满足换热及强度要求，又可提高换热管弯制加工性能，降低应力。在本发明中，Φ38mm×2.5mm规格的换热管在500℃的屈服强度(RP0.2)为273MPa。在本发明中，所述换热管为U型，所述换热管优选由整根管子制成，不存在拼接。U形管采用冷弯。
在本发明中，所述固溶退火的温度优选为680～700℃，更优选为690℃；保温时间优选为110～120分钟，更优选为115分钟。本发明优选对换热管的U形弯管段及至少150mm直管段进行固溶退火。本发明优选从室温升温至所述固溶退火的温度，升温速率优选为55～115℃/h；固溶退火保温结束后，优选以55～150℃/h的速率降温至400℃，然后自然降至室温。本发明对换热管进行固溶退火，可以降低换热管的残余应力，提高其塑性、韧性和耐腐蚀性。
完成所述固溶退火后，本发明将所得换热管进行酸洗钝化。在本发明中，所述酸洗钝化优选包括：将换热管浸泡到酸液中，待在换热管表面形成白色膜，取出换热管洗涤至中性，烘干，得到钝化换热管。在本发明中，以质量百分含量计，所述酸液优选包括复合酸3～5％、缓释剂0.1～0.3％和余量的脱盐水；所述复合酸包括硝酸和氢氟酸；所述硝酸的质量浓度优选为68％，所述氢氟酸的质量浓度优选为45％；所述氢氟酸和硝酸的体积比优选为1:4。本发明对所述酸液的配制过程没有特殊要求，直接将复合酸和缓释剂加入到脱盐水中即可。本发明对所述酸液的用量没有特殊要求，能够将换热管浸没即可。本发明对所述洗涤至中性没有特殊的要求，可以采用清水冲洗。本发明对换热管进行酸洗钝化，可清除各类油污、锈、氧化皮、焊斑等污垢，提高换热管抗腐蚀性能，保证形成优质的钝化膜，钝化膜可提高换热管抗腐蚀的稳定性。
完成所述酸洗钝化后，本发明优选对换热管进行逐根水压试验，试验压力6.95MPa，换热管U形弯管段包括50mm直管段做100％PT检测，Ⅰ级合格后进行后续步骤。
本发明按图样要求对管板进行引孔，按照引孔位置在管板上钻孔，顺序串入钝化换热管，并按要求调整管束外伸长度，点焊定位，得到待焊管板。
在本发明中，所述引孔前，本发明优选将管板清理干净，无油污及其它有害杂质。
在本发明中，所述引孔时，管板中心对应的最小U形弯的尺寸为190～210mm，更优选为200mm(如图1所示)。本发明将管板中心对应的最小U形弯的尺寸从现有的104mm提升至190～210mm，能够减少换热器中心小U形弯处应力。在本发明中，所述管板的材质优选为15CrMo堆焊ENiCrMo。
引孔后，本发明优选检查各引孔位置是否符合图样要求。
本发明对所述钻孔的过程没有特殊要求，采用本领域熟知的钻孔过程即可。在本发明中，所述管板钻孔后允许的孔桥宽度优选为5.73～8.44mm。本发明控制孔桥宽度在上述范围，既能防止孔桥过窄，换热管之间相互影响，又能房子孔桥太宽，管板利用率低，成本高。
穿管前，本发明优选再次清理管板及换热管。
得到待焊管板后，对所述待焊管板进行强度焊，所述强度焊包括依次进行打底焊和强度盖面焊接。
本发明先采用打底焊，打底焊接后，壳程冲压对管板与换热管焊缝进行气密检漏合格后，再进行强度盖面焊接。在本发明中，所述打底焊和强度盖面焊接的起弧点优选错开120°，以保证焊接质量。本发明采用至少两道强度焊代替现有的胀接，既可以保证换热管与管板焊接的密封性和强度，又可以防止管子与管板角焊缝处断裂。本发明对所述打底焊和强度盖面焊接的具体条件没有特殊要求，采用本领域熟知的焊接条件即可。
完成所述强度焊后，本发明优选进行100％PT检测，按NB/T47013.5-2015中的Ⅰ级合格即可。
下面结合实施例对本发明提供的耐硫耐氯耐高温高压的换热管焊接方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
图样如图1所示，换热管的尺寸为Φ38.45mm×2.5mm，材质为N08800，管板中心对应的最小U形弯的尺寸为200mm，管板外径为1600mm，管板的材质为15CrMo堆焊ENiCrMo，图1中右侧数字为每排换热管的数量，左下角为换热管的根数为710根，外径以及偏差要求。
具体的焊接步骤如下：
S1换热管检验：
换热管满足ASME SB-407、《热交换器用管订货技术条件》标准要求；换热管材质为N08800；换热管除满足ASME SB-407外，成分还应满足以下要求：C≤0.025％，Ni 32～35％，Cr 20～23％，Ti 0.30～0.60％，Al 0.15～0.45％，Cu≤0.50％，Ti/C>15；所述换热管的晶粒度＞5。换热管为Φ38.45mm×2.5mm，壁厚从原来的3mm，降为2.5mm，在保证强度的情况下，提高换热管弯制加工性能，降低应力，500℃下屈服强度(RP0.2)为273MPa。外径偏差为-0.20～+0.10mm，壁厚偏差为0～+0.20mm；换热管两端面应与换热管轴线垂直，U形管由整根管子制成，不存在拼接。
S2换热管固溶退火+酸洗钝化：从室温升温至690℃，升温速度85℃/h；在690℃保温115分钟；再以100℃/h的速率降温至400℃，然后自然降温。酸洗钝化：用酸液(组成为：5％复合酸(质量浓度为45％的氢氟酸和质量浓度为68％的硝酸按体积比1:4混合得到)+0.2％缓蚀剂+脱盐水)浸泡至表面污垢完全清除，成均匀银白色，形成均匀致密的钝化膜为止，处理完成后取出，用清水冲洗干净。
S3检验：热处理后应进行逐根水压试验，试验压力6.95MPa，换热管U形弯管段包括50mm直管段做100％PT检测，Ⅰ级合格。
S4清理(引孔前)：将管板清理干净，无油污及其它有害杂质。
S5引孔：按图1在管板上引换热管孔，为减少换热器中心小U形弯处应力，对换热管小U形弯尺寸进行了加大，从104mm提升至200mm。
S6检查：检查各引孔位置是否符合图样要求。
S7钻孔：按图及引孔位置进行钻孔，管板钻孔后允许最小孔桥宽度为5.73mm。
S8穿管：穿管前清除换热管切口毛刺，并清理干净，无油污及其它有害杂质，顺序串入换热管，按要求调整管束外伸长度，并点焊定位。
S9焊接：换热管与管板的连接方式采用强度焊，至少分两道焊接，打底焊接后，壳程冲压对管板与换热管焊缝进行气密检漏合格后，再进行强度盖面焊接，起弧点错开120°。
S10检验：打底及焊完后进行100％PT检测，按NB/T47013.5-2015中的Ⅰ级合格。管端平齐，焊接接头光滑，不得有裂纹、气孔、夹渣、未融合、未焊透等缺陷。
图2～图9为实施例1所用原材料的检验报告，显示换热管和管板均符合相应的标准要求。
对比例1
对比例1云南天安化工有限公司变换装置蒸汽过热器之前采用常规方法焊接，换热管材质为321(0Cr18Ni10Ti)，壁厚为3mm，管板中心对应的最小U形弯的尺寸为104mm，换热管和管板采用胀接。
实施例1焊接的换热管目前已在云南天安化工有限公司变换装置实施。变换装置蒸汽过热器，壳程的蒸汽为255～440℃，4.0～4.8MPa；管程的合成气：350～500℃，3.8～4.5MPa，含有CO、H2、CO2、H2S、Cl-等多种成分，特别是H2S(2000～4000ppm)、Cl-(500～700ppm)对设备腐蚀大。通过本发明，换热管使用寿命可达10年，而之前的换热器(对比例1)使用寿命仅为2年。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种耐硫耐氯耐高温高压的换热管焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
将换热管依次进行固溶退火和酸洗钝化，得到钝化换热管；所述换热管的材质为N08800；所述换热管的壁厚为2.5mm，厚度偏差为0~+0.20mm；
按图样要求对管板进行引孔，按照引孔位置在管板上钻孔，顺序串入钝化换热管，并按要求调整管束外伸长度，点焊定位，得到待焊管板；所述引孔时，管板中心对应的最小U形弯的尺寸为190~210mm；
对所述待焊管板进行强度焊，所述强度焊包括依次进行打底焊和强度盖面焊接；
所述固溶退火的温度为680~700℃，保温时间为110~120分钟；从室温升温至所述固溶退火的温度，升温速率为55~115℃/h；固溶退火保温结束后，以55~150℃/h的速率降温至400℃，然后自然降至室温。
2.根据权利要求1所述的换热管焊接方法，其特征在于，所述换热管的外径为38~39mm，外径偏差为-0.20~+0.10mm。
3.根据权利要求1所述的换热管焊接方法，其特征在于，所述换热管不存在拼接。
4.根据权利要求1所述的换热管焊接方法，其特征在于，对换热管的U形弯管段及至少150mm直管段进行固溶退火。
5.根据权利要求1所述的换热管焊接方法，其特征在于，所述管板钻孔后允许的孔桥宽度为5.73~8.44mm。
6.根据权利要求1所述的换热管焊接方法，其特征在于，所述酸洗钝化包括：将换热管浸泡到酸液中，待在换热管表面形成银白色膜，取出换热管洗涤至中性，烘干。
7.根据权利要求6所述的换热管焊接方法，其特征在于，以质量百分含量计，所述酸液包括复合酸3~5%、缓释剂0.1~0.3%和余量的脱盐水；所述复合酸包括硝酸和氢氟酸。
8.根据权利要求1所述的换热管焊接方法，其特征在于，所述打底焊和强度盖面焊接的起弧点错开115~125°。
9.根据权利要求1所述的换热管焊接方法，其特征在于，所述打底焊接后，采用壳程冲压对管板与换热管焊缝进行气密检漏，合格后，再进行强度盖面焊接。
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