CN103196131B

CN103196131B - 一种过热段外包壳及制造工艺

Info

Publication number: CN103196131B
Application number: CN201310120264.6A
Authority: CN
Inventors: 高洁; 陈小明; 邓科; 王冬平; 吴勇; 张俊; 钟力; 薛燕辉
Original assignee: Dongfang Boiler Group Co Ltd
Current assignee: Dongfang Boiler Group Co Ltd
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2033-04-09
Also published as: CN103196131A

Abstract

本发明公开了一种过热段外包壳及制造工艺，包括过热段外弧板、过热段侧板和过热段顶板，所述过热段顶板的截面为“T”形，过热段外弧板和过热段侧板采用一个弧形板整体压制成型，压制后形成两个外角和两个内角，外角的转角R处与过热段顶板的“T”形处焊缝组成对接焊缝。本过热段外包壳减少了蒸汽对换热管束的振动，提高了设备的换热效率和设备的运行性能；减少了焊接量和焊接变形，过热段外包壳焊接数量由原来的四条减少到两条，组件焊接变形由100%的变形降低到10%；组件的焊缝数量减少，焊后探伤工作量减小，解决了质量问题，采用本制造工艺，过热段外包壳组件焊接、打磨、探伤的工作量和生产周期大大缩小，提高了组件的生产效率。

Description

一种过热段外包壳及制造工艺

技术领域

本发明涉及一种过热段外包壳及制造工艺，属于高压加热器技术领域。

背景技术

常规火电高压加热器简称“高加”，高压加热器是在回热给水系统中位于给水泵至锅炉之间的加热器。高压加热器主要由水室、壳体和管系三大部分组成。

常规火电高压加热器的传热方式一般为“过热-凝结-疏水”三级。从汽轮机来的抽汽是温度较高的过热蒸汽，过热蒸汽从加热器的蒸汽口进入，首先在高加过热蒸汽冷却段(以下简称过热段)完成第一次热传递。过热段是利用蒸汽的过热度加热即将离开本级高加的给水，使给水出口温度进一步提高。之后蒸汽进入高加饱和凝结段(以下简称饱和段)，在此进行第二次传热。饱和段是加热器主要的传热区，加热蒸汽在此释放大量的潜热并凝结成为饱和疏水，大大提高了给水温度。饱和疏水聚集在设备下部，并在压差的作用下靠虹吸原理进入疏水冷却段(以下简称疏冷段)，在此，饱和疏水再次释放热量，加热刚进入高加的给水，完成第三次传热。最后疏水成为低于饱和温度的过冷水，经由疏水出口离开高加本体。

如图1所示，高加过热段分为：过热段外包壳101和过热段包壳102两部分，过热段外包壳101位于高加过热段103的上部。过热段外包壳的作用：当过热段蒸汽通过蒸汽进口管进入到高加过热段包壳内传热，过热段外包壳起着密封的作用，使过热蒸汽不能直接与管系筒体接触，同时它还起着引导的作用，使过热段蒸汽引流到过热段顶板孔内，很好地达到高加的换热效果。

如图2所示，过热段外包壳101主要由过热段外弧板111、两件过热段侧板112和过热段顶板113焊接成形，整个组件通过角接方式在P处进行焊接，焊缝量为：4×L；由于高加规格不同，组件L＝1100～1400mm。整个组件焊接成型，由于零件均为0Cr18Ni9材料，钢板厚度仅10mm，由于钢板薄，焊接长度长，不锈钢焊接变形大，每次在装焊过程中，组件总会产生变形，由于变形产生的间隙大小不一，最严重的时侯间隙达到17mm；在生产时组件的一次装焊合格率仅30％。

角接采用的是手工焊，焊接材料为：焊条A307，φ3.2mm，焊接高度6mm，A、B两端焊接长度为165mm。A、B两端受蒸汽冲击，如焊缝有缺陷时，焊缝会被破坏，并使得A、B端上下运动，会对过热段顶板下面的换热管造成损伤，造成换热管爆管现象。

另外，如图3、图4所示，过热段顶板113的中部设有“凹部”，直接面对蒸汽进口管的蒸汽，它起到了防冲刷的作用。根据电厂反馈情况，很多高加泄漏位置正好处在过热段顶板的凹槽蒸汽进口部位，过热段第一、二排管子直接受到过热段蒸汽的冲刷，工况恶劣，管子振动大。

为解决过热段外包壳的变形问题，对过热段外包壳结构及工艺进行分析：过热段外包壳产生的变形主要是由于它自身的结构型式和组件为不锈钢板薄、焊接量输出量大等原因产生。对现有的过热段外包壳进行调查，得到的变形结果如表一所示。

表一为过热段外包壳组件变形调查统计表，从表一可以看出过热段外包壳组件有两种情况：过热段侧板和外弧板焊接时变形以及过热段顶板变形；组件变形在5～10mm范围内。

因此，综上所述，现有的过热段外包壳组件由于整个组件长度长，并且采用焊接成型的方式，存在以下不足之处：

1、焊接量大，焊接过程变形不易控制且变形后不易校正，无法保证组件的几何尺寸和精度；

2、在电厂运行过程中，过热段蒸汽产生泄漏，将影响高加的换热效率，同时当过热段外包壳产生变形，尺寸出现偏差的时候，会影响到过热段外包壳与过热段筒节间隙，也严重影响到过热段包壳的装配尺寸；

3、由于过热段包壳位于过热段筒节里面、管系外面、过热段外包壳下方，这一特殊位置，因此，过热段包壳尺寸必须非常精确，否则会影响到后续管系隔板的装配，而目前过热段外包壳采用焊接成型，容易产生变形而无法保证过热段的几何尺寸和精度，导致质量问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种不易变形的过热段外包壳及制造工艺，组件中的过热段顶板减少了蒸汽对高加管束冲击和振动，提供高加的运行性能；过热段外包壳组件结构及工艺保证了过热段外包壳不易变形，不再产生蒸汽泄漏，提高了高加的换热效率，有利于节能，解决现有高加由于过热段外包壳变形而导致高加质量出现问题的技术问题，从而能有效的解决上述现有技术中存在的问题。

本发明目的通过下述技术方案来实现：一种过热段外包壳，包括过热段外弧板、过热段侧板和过热段顶板，所述过热段顶板的截面为“T”形，过热段外弧板和过热段侧板采用一个弧形板整体压制成型，压制后形成两个外角和两个内角，外角的转角R处与过热段顶板的“T”形处焊缝组成对接焊缝。

作为一种优选方式，采用CO₂气体保护焊焊接对接焊缝处，焊接材料为：焊丝：ER309L1-1，直径：φ1.2mm；焊接工艺参数为：CO₂：纯度≥98％，电流：200～230A，电压：24～28V；焊接速度为：18～25m/h，无摆动；焊接时，首先打底焊一道，然后焊盖面层两道，焊接时的搭接量不小于1/2。

一种制造过热段外包壳的制造工艺，包括以下工艺步骤：

第一步，下料：下两侧带直边段L1的外弧板作为过热段外弧板；

第二步，画线：在过热段外弧板的直边段上画出四条压弯线，分别为两个外角压弯线和两个内角压弯线，外角压弯线画在外弧板的凸面，内角压弯线画在外弧板的凹面；

第三步，压角：利用通用模在油压机上采用对线压制的方式压制四个角，先压制外角R1，再压制内角R2；压制成型后，形成过热段外包壳；

第四步，T形过热段顶板下料；将原有技术中的过热段顶板取消了凹的部分，改为“T”形结构。两端凹部分不与遮热板相焊，减少了两条焊缝；同时加大了蒸汽进入管系的面积，通过过热段顶板的优化，减少蒸汽对换热管振动。

第五步，对接焊：过热段外包壳外角的转角处与过热段顶板的“T”形处焊缝组成对接焊缝；采用CO₂气体保护焊焊接对接焊缝处，焊接材料为：焊丝：ER309L1-1，直径：φ1.2mm；焊接工艺参数为：CO₂：纯度≥98％，电流：200～230A，电压：24～28V；焊接速度为：18～25m/h，无摆动；焊接时，首先打底焊一道，然后焊盖面层两道，焊接时的搭接量不小于1/2。

作为一种优选方式，压制外角R1采用通用模上模和下模配合的方式进行，其工艺步骤如下：

将过热段外弧板起吊，起吊位置在外弧板纵向两端，过热段外弧板放置于上模和下模之间，调整过热段外弧板直到外角压弯线与上模底部中心对齐才进行压制，压制完后用样板测量压制角度是否合格，不合格加垫块进行压制校正，直到合格；将过热段外弧板转180°压制另一端外角，压制前，将起吊位置移至已压制端，分别完成两个外角90°的压制。

作为一种优选方式，压制内角R2采用通用模内角上模和内角下模配合的方式进行，其工艺步骤为：分别在下模的两端放置垫块，然后压制内角。

作为一种优选方式，过热段外弧板的L1长度为：120～140mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本过热段外包壳优化了传统结构及工艺，通过结构的优化减少了蒸汽对换热管束的振动，提高了设备的换热效率，提高了设备的运行性能；通过工艺的优化，在制造过程中减少了焊接量，从而减小焊接变形，过热段外包壳焊接数量由原来的四条减少到两条，组件焊接变形由过去100％的变形降低到10％；组件的焊缝数量减少，焊后探伤工作量减小，解决了质量问题，另外，采用本制造工艺，过热段外包壳组件焊接、打磨、探伤的工作量和生产周期大大缩小，提高了组件的生产效率。

附图说明

图1是过热段外包壳在高加中的位置示意图；

图2是现有技术中过热段外包壳的结构示意图；

图3是现有技术中过热段顶板截面示意图；

图4是本发明过热段外包壳和顶板结合的结构示意图；

图5是本发明过热段外包壳的结构示意图；

图6是本发明T形过热段顶板的截面示意图；

图7是本发明压制内角时的受力示意图；

图8是本发明工件压制原理示意图之一；

图9是本发明工件压制原理示意图之二。

附图标记为：

现有技术中的过热段外包壳-101，过热段包壳-102，高加过热段-103；过热段外弧板-111，过热段侧板-112，过热段顶板-113。

本发明中的过热段外包壳-201，T形的过热段顶板-202，上模-1，下模-2，工件-3。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

如图4、图5、图6所示，一种过热段外包壳，其包括过热段外弧板、过热段侧板和过热段顶板，所述过热段顶板202的截面为“T”形，过热段外弧板和过热段侧板采用一个弧形板整体压制成型,形成弧度为R的过热段外包壳201，压制后形成两个外角R1和两个内角R2，外角的转角处与过热段顶板的“T”形处焊缝组成对接焊缝，进行对接焊。采用CO₂气体保护焊焊接对接焊缝处，焊接材料为：焊丝：ER309L1-1，直径：φ1.2mm；焊接工艺参数为：CO₂：纯度98％，电流：200～230A，电压：24～28V；焊接速度为：18～25m/h，无摆动；焊接时，首先打底焊一道，然后焊盖面层两道，焊接时的搭接量不小于1/2。

一种制造所述过热段外包壳的制造工艺，具体包括以下工艺步骤：

第一步，下料：下两侧带直边段L1的外弧板作为过热段外弧板，其中：L1＝120～140mm；外弧板的弧度R是设计尺寸，R根据过热蒸汽的流通面积来计算而得，产品规格R的取值范围为650～1250mm范围内；

第三步，压制内角R2：利用通用模在油压机上采用对线压制的方式压制四个角，先压制外角R1，再压制内角R2；压制成型后，形成过热段外包壳；模具设计须考虑工厂压机能力，产品规格，产品技术要求和材质等，同时设计时还须考虑模具的经济性，工艺性和通用性。通用模是指工厂现有的常规模具，常规形状、尺寸都可以兼顾，进行压制的模具。根据不同的产品形状和尺寸，压制时通过垫块进行调整，不须重新增加专用模具。

压制外角R1采用通用模上模和下模配合的方式进行，其工艺步骤如下：

将过热段外弧板起吊，起吊位置在外弧板纵向两端，过热段外弧板放置于上模和下模之间，调整过热段外弧板直到外角压弯线与上模底部中心对齐才进行压制，压制完后用样板测量压制角度是否合格。之所以用样板测量，是因为外弧板的弧度检测无法用尺子检测，用薄钢板做一个与图纸设计弧度尺寸完全一致的样板，通过样板可以很方便测量弧度尺寸及形状偏差。不合格则加垫块，垫块为长度约1米左右内的薄钢板，钢板为L型，通过在下模的两端加相同尺寸及角度的垫块，可以改变压制的过热段外弧板的角度和高度满足设计尺寸要求。进行压制校正，直到合格；将过热段外弧板转180°压制另一端外角，压制前，将起吊位置移至已压制端，分别完成两个外角90°的压制。

压制内角采用通用模内角上模和内角下模配合的方式进行，其工艺步骤为：分别在下模的两端放置垫块，该垫块的结构和作用和压外角的是一样的，但尺寸和厚度不一定是同一块，因为角度不同，用垫块的尺寸和厚度进行调整，然后压制内角。

第四步：T形过热段顶板下料；将原有技术中的过热段顶板取消了凹的部分，改为“T”形结构；两端凹部分不与遮热板相焊，减少了两条焊缝；同时加大了蒸汽进入管系的面积，通过过热段顶板的优化，减少蒸汽对换热管振动。

实施例1

要降低高加外包壳组件变形，对现有高加过热段外包壳结构及工艺进行以下优化：

一、改变外弧板与侧板焊接处焊接变形的问题

过热段外弧板和侧板组件材质为0Cr18Ni9，该材质为奥氏体不锈钢板，具有良好的较为均衡的弯曲性能、塑性好、成形好、回弹小，弯曲角度容易保证，不易产生裂纹；因此，采取压制将整个零件整体成型可减少变形。在不影响设计性能及设计尺寸的前提下，将此零件分解成由四个弯角和一段圆弧组成，圆弧部分采用卷制，四个角压制成型。具体工艺过程如下：

1.1压制成型：可以采用成型模，效率高。

另外，由于高加年产量非常大，当每台高加设计蒸汽流通面积不同时，高加过热段外包壳长度不同，一套机组高加共三台，如表格二所示，三台高加的过热段外包壳组件中B、H、L(B、H、L这三个参数是根据过热蒸汽传热的流量、过热蒸汽流通面积等设计参数计算出来的尺寸，L代表过热段外包壳的总长，B代表过热段外包壳两内角之间的距离长，H代表内角直段高度)参数不同，如果采取成型模整体压制，需要三套模具。而一般企业生产三个等级的高加便需要对应个数的过热段外包壳，而高加型号不同时，各规格高加圆弧段半径都不同，采用成型模压制则需要多套模具，由于产品零件几何尺寸大，因此，采用成型模会增加成本。

	H	B	L
				1#高加	56	880	1010
2#高加	75	1000	1170
				3#高加	84	1100	1270

表二：一套高加的三台过热段外包壳尺寸。

因此，为了降低制造费用，本实施例将采用通用模在油压机上进行压制。

首先，在过热段外弧板上画出4条压弯线。为压制时对线方便，2个外角压弯线应划在凸面，而2个内角压弯线划在凹面；考虑到压制时过热段外弧板与设备产生干涉的因素，四个角的压制顺序为：先压制2个外角，再压制2个内角；由于角尺模定位不方便，为保证压制件的几何尺寸，采用对线压制。

然后，压制外角：

过热段外弧板重量通常在100Kg以上，起吊时，采用起吊机，起吊吊索的位置在外弧板纵向两端，过热段外弧板吊在模具中，调整过热段外弧板，直到过热段外弧板压弯线与上模底部中心对齐才进行压制；压制完后，用样板测量压制角度是否合格，若不合格加垫块进行压制校正。垫块的长度约1米左右的薄钢板，钢板为L型，通过加垫块，可以改变压制的过热段外弧板的角度和高度满足设计尺寸要求；压制完后先用样板测量压制角度是否合格，当角度不合格时加垫块进行压制校正，直到合格。然后，将过热段外弧板转180°，压制另一端外角，为避免吊索与设备的干涉，压制时起吊位置移至已压制端，分别完成外角90°的压制。

压制内角：

如图7所示，以表二中的2#高压为例，内角约为119°，而通用的角尺模成形部分角度约89°，通过控制工件3在通用模的上模1在下模2中的行徎就能达到各种压制角度的要求，在油压机控制压制行程时，需要在模具设定限位装置，计算出限位块厚度。

如图7、图8、图9所示，图7中的A、B、C三点处为压制时的三点受力示意图，压制后工件会产生回弹现象。通用模设计的时候，考虑到工件的回弹因素，角尺模的角度小于工件的角度。比如2#高加的内角是119°，通用模的角度是89°。上模作垂直升降运动调整距离，在弯曲开始阶段，工件属于自由弯曲，随着上模的下降，工件与下模工作表面逐渐靠紧，弯曲半径由R₀变为R₁，弯曲力臂由l₀变为l₁。当上模运行时，继续往下降时弯曲半径会越来越小，为了控制实际成型半径，在下模与工件间即R₁与l₁的空白处放入垫块起到限位的作用，控制垫块的角度来控制弯曲半径，操作上控制上模的压量来控制下模的行程及高度。弯曲时控制工件的角度到略小于所要求的角度，回弹后刚好符合要求。因为工件材料的原因，塑性变形不大，回弹不大，一般在2-3°范围内。比如2#高加的内角是119°，压制时工件角度控制到116°是最合适，但实际操作时由于通用模角度或者操作时角度会产生偏差，当模具的角度比工件角度小的比较多时，比如105°时，所需垫块的角度需更深些，做垫块的钢板尺寸可以窄些、厚些；当模具的角度比工件角度小的比较少时，比如110°时，做垫块的钢板尺寸可以宽些，薄些。

所述垫块分别放置在下模上两端，再分别压制内角。压制内角时，注意下模的选择，因为H值小时，外角部分可能搭在下模上平面，而不能进行压制。所以根据零件特点，设计通用角尺模时，下模型腔中心线离下模边小于H，满足了压制此类型过热段外弧板的要求。

压制完成后，对新过热段外弧板和侧板结构进行检测，其中：尺寸由人工检查，检查员通过尺子检查新过结构的直段部分，用样板检查外弧板R部分，整体尺寸符合要求，成型好，无变形。

由于过热段顶板直接面对蒸汽进口管的蒸汽，起到了防冲刷的作用。根据电厂反馈情况，很多高加泄漏位置正好处在过热段顶板的凹槽蒸汽进口部位，过热段第一、二排管子直接受到过热段蒸汽的冲刷，工况恶劣，管子振动大。

根据流体力学理论，流动阻力不计，流体的能量损失∑hf＝0，这种流体称为理想流体。对于理想流体，按柏努利方程式：

总机械能(总能量):位能+静压能+动能。该式表示静压能之和为一常数。

例如,某种理想流体在水平管道中稳定流动，若在某处管道的截面积增大时,流速减小,动能减小，按柏努利方程式则静压能增加。

因此，本过热段顶板取消了凹的部分，改为“T”形结构。两端凹部分不与遮热板相焊，减少了两条焊缝；同时加大了蒸汽进入管系的面积，原高加蒸汽进口面积为940×345mm，优化后的高加蒸汽进口面积为1270×345mm，面积增大了35.1％，按柏努利的原理，即通过过热段顶板的优化，蒸汽进入管系的面积增大了35.1％，流过的过热蒸汽流速就会减小，动能(1/2MV²)减小,动量(MV)也就减少，动量减少说明蒸汽对换热管的冲击减小。蒸汽对换热管的冲击减小，蒸汽对外层换热管的振动就减小。当增大蒸汽进口面积后，动能减小后，按柏努利的原理，静压就增加了，也就增大了对换热管的静压，由于换热管内的压力很大与水室给水压力基本相等，也就减小了换热管的压差，这对保护换热管十分有利；同时新型的顶板去除了原来的两端部，可以直接面对蒸汽的冲击。

综上所述，将过热段外弧板和侧板结构改为了整体压制件，将过热段顶板改为T型式的顶板，组件焊接工作量减少，已经能够减少组件变形情况。但如果采用现有的角接的焊接形式，当焊缝有缺陷时，焊缝会被破坏，会对过热段顶板下面的换热管造成损伤，造成换热管爆管现象。通过结构的优化，巧妙的利用压制成型后形成的过热段外包壳外角的转角R处与过热段顶板的焊缝“T”形处结成对接焊缝，对接焊接比角接焊缝能承受更大的剪应力。

另外，采用对接方式及CO₂焊丝，可以有效防止不锈钢变形。

过热段外包壳结构优化后：过热段外包壳焊接数量条数由原来的四条减少到两条，组件焊接变形由过去100％的变形降低到10％。组件的焊缝数量减少，焊后探伤工作量减小。

采用本发明的结构后，过热段外包壳组件焊接、打磨、探伤的周期大大缩小，制造成本也大幅缩短。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种过热段外包壳，包括过热段外弧板、过热段侧板和过热段顶板，其特征在于：所述过热段顶板的截面为“T”形，过热段外弧板和过热段侧板采用一个弧形板整体压制成型，压制后形成两个外角和两个内角，外角的转角R1处与过热段顶板的“T”形处焊缝组成对接焊缝。

2.如权利要求1所述的过热段外包壳，其特征在于：采用CO₂气体保护焊焊接对接焊缝处，焊接材料为：焊丝：ER309L1-1，直径：φ1.2mm；焊接工艺参数为：CO₂：纯度≥98％，电流：200～230A，电压：24～28V；焊接速度为：18～25m/h，无摆动；焊接时，首先打底焊一道，然后焊盖面层两道，焊接时的搭接量不小于1/2。

3.一种制造如权利要求1所述过热段外包壳的制造工艺，其特征在于：包括以下工艺步骤：

第四步，T形过热段顶板下料；

第五步，对接焊：过热段外包壳外角的转角处与过热段顶板的“T”形处焊缝组成对接焊缝。

4.如权利要求3所述的过热段外包壳的制造工艺，其特征在于：在第五步中，采用CO₂气体保护焊焊接对接焊缝处，焊接材料为：焊丝：ER309L1-1，直径：φ1.2mm；焊接工艺参数为：CO₂：纯度≥98％，电流：200～230A，电压：24～28V；焊接速度为：18～25m/h，无摆动；焊接时，首先打底焊一道，然后焊盖面层两道，焊接时的搭接量不小于1/2。

5.如权利要求3所述的过热段外包壳的制造工艺，其特征在于：压制外角R1采用通用模上模和下模配合的方式进行，其工艺步骤如下：

6.如权利要求3所述的过热段外包壳的制造工艺，其特征在于：压制内角R2采用通用模内角上模和内角下模配合的方式进行，其工艺步骤为：分别在下模的两端放置垫块，然后压制内角R2。

7.如权利要求3所述的过热段顶板的制造工艺，其特征在于：过热段外弧板的直边段L1长度为：120～140mm。