双套管急冷换热管束制造工艺技术研究

康龙基 韩秀兰 王 静

（1、高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室（哈尔滨锅炉厂有限责任公司），黑龙江 哈尔滨150046 2、哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨150046）

急速冷却换热管束是乙烯裂解装置中的关键设备，主要作用是将800℃左右的高温裂解气迅速冷却至二次反应温度以下，减少烯烃损失和回收裂解气的高位热能。急速换热管束通过上下连接件将内外管连接成双套管结构，入口锥体与下连接件通过环缝对接，裂解气温度高，热强度大，内管与下连接件环缝拼接位置运行工况最恶劣；内外管束长度长，柔性大，内外管束间隙小，排列密集，穿管难度大；运行过程中内管承受高温，内管伸长弯曲后，套管间隙减小冷却水流量减少，内管易受热不均；入口锥体与下连接件焊接完成后需热处理，入口锥体易产生热裂纹。如何保证双套管结构的产品质量是迫切需要解决的问题。

1 急速冷却换热管束主要结构特点

急速冷却换热管束内管材质13CrMo4-5，直径较小，仅为Φ73×7.1mm；长度约20m；外管材质SA-106MGr.B；上下连接件为SA-336MF22CL3；入口锥体为 捏积合金材料。产品结构如下图1：

图1 急速冷却换热管束

2 内孔焊焊接工艺技术

内管与下连接坡口为60°V 型坡口，内管内径为Φ59mm，操作空间小，焊接过程中可视性差，对正过程中易错边，产生焊接缺陷后，该位置无法返修只能切断后重新加工坡口。

内管与下连接件坡口设计为U 型坡口，且内管与下连接件坡口为非等角度结构，扩大了焊接过程中的可视范围，且内孔焊焊缝采用M-GTAW 焊接完成，保证全焊透，提高了焊接质量。

图2 内孔焊原结构示意图

图3 改进后内孔焊示意图

内孔焊定位工装:

为保证内管与下连接件坡口对正，设计了定位工具，确保装配过程中内管与下连接件对齐，保证焊接不错口。与焊缝接触端为铜垫，不与焊缝熔合，铜垫内部预留焊接槽，槽深为背部焊脚高，能够使焊缝单边焊双面成型质量更有保证。

3 内外管束套装工艺技术

内外管长度较长约为20m，柔性大，内外管束套装时，内管移动过程易发生转动且穿管至中间部位内管出现下沉，增加了穿管难度。为保证穿管顺利，内管前端采用机械牵引，后端利用助推小车辅助前进，降低了穿管过程中的摩擦力；设计了行进轨道和助推小车，保证内外管束中心在同一水平高度；穿管时，将多个助推小车安装在行进轨道上，拖起内管并随内管一起前进，使内管端部进入外管时始终保持水平进入；利用轨道侧定位支撑，防止内管旋转，并在外管端部装好导向套，防止穿管过程中内管附件磕碰外管坡口。通过套装工装，可快速的完成穿管工序，缩短产品制造周期（图4）。

图4

4 内管预拉伸工艺技术

根据理论分析和加热变形试验，设计了内置式电阻加热装置，利用温控柜控制加热温度和加热时间，保证内管伸长长度。利用加热后管子的伸长量计算公式，△L=L×a(T2-T1)，其中T2为管子加热温度，T1 为管子的初始温度，α 线膨胀系数，L 为管子加热长度，△L 为管子的伸长量，确定了内管加热长度L=2m，加热温度为320℃，保温时间30min。内管预拉伸后与上连接的焊缝为坡口焊缝和角焊缝的组合焊缝，为保证焊缝的质量，确定了最终坡口为单V 型坡口，角度为40°，内管与上连接件的单侧间隙3mm。

图5 预拉伸试验和产品示意图

5 下连接件与镍基焊接工艺技术

下连接件材质为SA-336MF22CL3，下锥体材质为Incoloy800HT，为降低异种钢的焊接应力和避免焊后热处理，更改下连接坡口，确定了坡口和堆焊尺寸，在坡口位置堆焊镍基隔离层，待内外管束整体热处理后再与下锥体进行同种钢焊接，提高了焊接质量。

图6 下连接件堆焊尺寸和实物示意图

6 结论

通过一系列试验及工艺制造技术的不断完善，现已成功完成了多台急速冷却换热管束的制造生产制造。在不断改进工艺制造方案的过程中，很好的保证了产品的设计要求和使用性能。