换热器中渗铝钢管的应用及其焊接情况
                                             孙德义
                      (中冶葫芦岛有色金属集团有限公司,辽宁葫芦岛125003)
    摘要：介绍了某硫酸厂转化系统的Φ4 000 mm换热器的结构和工况,给出了改造方案,通过选择 合适的焊接方法,采用手工电弧焊,表面渗铝处理换热器列管,抗氧化、耐腐蚀、耐高温,使 用效果好.




    关键词：换热器;列管;渗铝处理;焊接
    中图分类号：TG4文献标识码：B
    1　前　言
    某硫酸厂转化系统的Φ4 000 mm换热器,长期 处于高温和SO2、SO3气体腐蚀的条件下运行.

由 于受高温SO3和SO2气体腐蚀,氧化皮大量堆积,不 但减少了换热器的换热面积,而且也降低了换热效 率.

以往换热器列管与管板的联接都是采用胀管 法,通过多年的实践发现,胀管接头很难适应高温工 况,有时设备运行还没到一个周期,胀管连接部位就 会脱开泄漏,被迫停产检修,给生产造成严重打击.

 一台换热器的使用寿命仅5 a左右.


    2　换热器结构和工况
    2. 1　结构现状
    换热器的上下管板材质为20#钢,上管板厚30 mm,下管板厚40mm.

换热器列管为Φ51mm×3. 5 mm的20#钢管,长为6 m,每台共有2 124根,列管 与管板的连接都是采用胀管法.

由于受高温SO3和 SO2气体腐蚀,氧化皮大量堆积,不但减少了换热器 的换热面积,而且也降低了换热效率.


    2. 2　工作温度和压力
    换热器长期处于高温和SO2、SO3气体腐蚀的 条件下.

运行工作温度和压力见表1.


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    3　改造实践
    3. 1　改造方案
    2000年4月大修更新换热器时,我们对列管进 行了渗铝处理,由于铝和氧有非常强的亲和力,极易 形成致密的AL2O3薄膜,这层薄膜的熔点很高,可 以大大的提高列管的高温抗氧化能力和耐腐蚀能 力,故能起到保护内部不被氧化和腐蚀的作用.

表 2~4为上海冶金研究所对渗铝钢所用的腐蚀、氧化 实验结果.


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    由以上各表可知,渗铝管用于转化系统的换热器中,可以解决高温氧化和SO2、SO3气体的腐蚀问题,降低维修费用,延长设备使用寿命,有利于提高 产量,降低成本.


    以往,换热器列管与管板的连接都是采用胀管法,通过多年的实践发现,胀管接头很难适应高温工况,有时设备还没运行到一个周期,胀管连接部位就会脱开.

为了保证设备的正常运行,对新换热器列管与管板连接采用焊接.

但保证渗铝管与管板不同材质焊接质量是关键.

为此,我们曾向渗铝单位要求保留管头部分不渗铝,但在渗铝工艺上对方无法满足.

而对管子上需焊的部位进行加工,将渗铝层xx干净的方法,既浪费人力,又增加加工费用,而且对设备的使用寿命不利.

{zh1},仍决定管板与渗铝管直接焊接.


    3. 2　焊接方法的选择
    根据材料的性质,选用熔化极氩弧焊是可以的, 但我单位无此设备.

选用手工钨极氩弧焊,虽然能 够获得优质的焊接接头,但成本高,同时在焊接过程 中会产生臭氧等有害气体,当施工场所通风不良时, 臭氧浓度会显著提高,甚至超过标准值,影响焊工的 身体健康.

而且手工钨极氩弧焊,对焊前的清理工 作要求严格,否则焊缝质量也不易保证.

于是,我们 决定采用手工电弧焊进行焊接试验.


    3. 3　焊条的选择
    因为渗铝管渗铝前材质是20#钢,所以首先用 T422焊条进行试验,但发现焊接接头上出现大量的气孔.

后来我们又用T427焊条进行试焊,发现焊缝均没有气孔,而且这种焊条平常用得较多,于是准备选用T427焊条.

但设备使用单位要求我们用E1- 23-12Mo-16型焊条,此种焊条焊芯为不锈钢焊丝,价格较贵,每吨价格20 000元左右.

另外,在烘 焊条时发现,当温度为150℃时,焊缝有气孔,将温 度提高到250℃以上后,才没有气孔.

所以正式焊 接时,对E1-23-12Mo-16型焊条作250℃的烘干处理.

鉴此,在焊接时,两种焊条均使用了.

为了保证焊缝质量,选用了AX-300-1型焊机,施焊时,尽量采取窄焊道,焊条不作横向摆动.


    3. 4　管与管板的焊接工艺及焊接顺序
    由于换热器列管贯穿上、下管板,且焊缝密,数量多,稍不注意就易发生变形,影响设备的使用寿命.

为了把好质量关,我们首先在板的外缘上做好定位标记,以便上、下孔对正.

然后进行定位点焊, 每管点焊2~3点.

为了减少变形量,采取放射交叉的焊接顺序,两人同时反向焊接.

值得一提的是,渗铝管的焊接要注意切去管头,因为管头端部渗铝层较厚,若不去掉会使焊缝产生裂纹.


    3. 5　焊接工艺评定
    渗铝管与管板的角焊缝,经外观检查未发现裂纹、气孔、弧坑和肉眼可见的夹渣缺陷,接头的抗拉强度,T427焊条为455MPa,E1-23-12Mo-16焊条为550MPa.

渗铝管与管板的角焊缝在压力机上作实验,试件在压力作用下,不是从角焊缝处破坏, 而是从管子上破坏.

另外,分别切取几个焊接头的断口进行检查,发现焊缝与母材xx熔合,未发现裂纹、夹渣及其他缺陷,熔合线上均有CrMo化学元素,也就是说,接头的耐高温性能良好.

管件同心度、垂直度均符合图纸要求,经98 kPa水压试验,30 min未发现渗漏现象,可满足正常生产工艺要求.


    4　结　语
    换热器焊接过程中,由于使用单位要求,主要采用E-23-12Mo-16型焊条进行焊接,但我们曾用T427焊条进行过试验,其焊缝质量能满足设计要求,所以我们在新换热器制作中仍然使用T427焊条焊了50个焊口.

后来停产检修时进行了检查,发现不管是用T427焊条还是用E1-23-12Mo-16焊条,它们的焊缝表面情况均良好,仅四周漆膜有些脱落.

从焊缝情况来看,两种焊条都可以用来焊接渗铝管.

但T427焊条货源广,价格便宜,所以用T427 焊条焊接带渗铝层的渗铝材料既能保证焊缝质量又经济.

从检查的结果看,换热管表面渗铝层完好无损,设备内没有氧化皮堆积,设备投产到现在,阻力从没上涨.

由此可见,渗铝钢的耐高温、耐腐蚀能力大大超过非渗铝材料.