钛板钛管高效冷却器新颖制造工艺和特点.doc

钛板钛管高效冷却器新颖制造工艺和特点一摘要为了解决钛板钛管高效冷却器制造中胀接焊接等工艺难点结合实际制造过程设计了全套钛板钛管高效冷却器的制造工艺随着国民经济的飞速发展工业企业蓬勃成长越来越对电力的依赖而目前最可靠环保经济的电力无论是发达国家还是发展中国家都采用核能电力而核电所依赖的核电机所用的冷却器由于工业成本需要循环冷却水大部采用高盐份的海水以及未经深度处理的工业用水因此冷却水中泥沙含量大这就要求冷却器的冷却管必须采用氯化物含量高抗腐蚀抗盐腐的材料因此核电机用冷却器大都采用了高贵材料作为冷却管但是材料针对海水的腐蚀率仍有的腐蚀量而且带来了冷却器制造成本而对能抗腐蚀抗盐腐的钛类材料由于其材料物理和化学性能的特性以至于冷却器制造厂家都束手无策不敢投入生产有的中途而退无功而返我们投入了大量的人力物力财力对钛管钛板高效冷却器的制造工艺特点进行的研究和开发二制造工艺特点原材料的采购规范要求钛材的特点及优势钛是热力学上很活泼的金属其平衡电位为接近铝的平衡电位但是在大气或水溶液中钛表面上会立即形成一层保护很好的氧化膜使之处于钝态因而使其稳定电位远远地偏向正值钛的钝化膜具有非常好的愈合性当这层钝化膜被机械破损后能很快地弥合修复形成新膜钛及其合金在中性或弱酸性的氯化物溶液中有高度的稳定性例如钛在的所有的浓度所有的浓度及的中都稳定钛对于含氯离子的氧化剂溶液也有高度的稳定性如王水到的次亚氯酸钠溶液氯水气体氯达含有过氧化氢的氯化钠溶液等钛对某些氧化剂也是稳定的如对沸腾的铬酸达的浓度的硝酸以及的硫酸和的硝酸的混酸在稀盐酸氟氢酸硫酸和磷酸中钛溶解的速度比铁慢得多除了甲酸草酸和相对浓度的柠檬酸之外台在所有的有机酸中都不被腐蚀在稀碱浓度低于中钛是稳定的在较浓的碱中特别当加热时它缓慢作用放出氢并生成钛盐酸由上述不难看出钛是化学工业中最耐蚀最有前途的耐蚀材料它在动静海水中和海洋大气中都完全耐蚀正由于以上特点钛管冷却器正逐步应用于舰艇石油化工等行业中电力行业对冷却器的高可靠性要求使用户在复杂水质环境中要求要用钛管冷却器按照我国电力行业标准的规定管板和管的连接采用胀接焊接的方式钛板钛管高效冷却器制造过程之中首先应当考虑材料的物理和化学性能一般套片式高效冷却器大量采用了冷却管与管板冷却管与散热片之间的扩胀式密封结构以及紧密贴合扩胀热交换结构这样就必须保证钛管有一定的扩胀量为了符合上述要求实际制造中采用了钛板硬度大于冷却管硬度以保证密封扩胀的密封效果且冷却管我们采用了抗拉强度伸长率而管板采用材料抗拉强这样在材料准备上首先满足钛管冷却器制造要求钛材与其它管材性能指标对比如下表钛材相对其它管材抗冲击耐蚀性最好但材料性能在热传过程中也有其劣势下表是与的耐蚀性与材料性能的对比表一材料性能指标耐蚀性电位差海水全浸区平均腐蚀率年海水潮汐区平均腐蚀率年溶解固形物短期短期不限不限短期短期不限不限悬浮物和含砂量材料性能抗拉强度屈服强度延伸率导热系数密度线膨胀系数虽然钛管的耐腐蚀性好但因钛的强度和化学活性大以及线膨胀系数小其与散热片的胀接贴合及与管板的辘管焊接工艺对我们也是一个新课题太不了解于是采取了分步制作几台试件进行试验逐步掌握工艺技术图纸设计在图纸设计之中诸如等材料的冷却器在设计管与管板扩胀结构内孔都采用光孔结构而针对钛管冷却器我们对钛板内孔增加了一道密封结构槽如下图所示常规结构改进结构考虑到钛管换热管的扩胀在供货状态的前提之下最大扩胀量之能在之内指冷却管为管径因此我们刻意将冷却器的采购外径提高至这样满足了冷却管扩胀中扩胀的胀益量要求又避免了扩胀管子产生开裂状态制造过程工艺和特点钛板钛管高效冷却器在生产制造过程中由于钛管本身特点要求易发生反弹现象且易发生加工硬化现象我们做如下工艺安排钛管扩胀模头采用钨钢材料淬火硬度为表面粗糙度在钛管内填充专用润滑剂由按比例黄油和碳调配混合均匀晾干后备用钛管冷却器芯体在套散热片管板穿装完毕后首先在芯体的一端进行扩胀定位防止拉扩时冷却管滑移如下图所示全部扩胀完毕后对扩管孔处进行着色探伤在管板表面和管孔检测无任何裂纹和管开裂存在方可进行下一步单端定位扩胀完对钛板钛管冷却管进行内胀扩胀内障中冷却管的扩胀量由扩胀至之间必须采用千分尺进行测量以保证散热片与冷却管的紧密贴合确保换热效果内部扩胀必须充分润滑和冷却避免拉胀过程中摩擦发热形成抱死现象进而拉裂冷却管拉胀速度保证在且需保证拉胀轴线与被拉胀冷却管中心线保持一致如下图所示扩胀结束后拔动散热片散热片与冷却管贴合处无松动现象保证贴合率在之间拉胀完毕后在冷却器另一端去除多余的冷却管金属至管板平齐该工序过程中必须使用油枪对机加工部位进行冷却和润滑扩管处在此因冷却器的钛冷却管经内胀后以及金属割铣后发生了加工硬化现象如再对该端冷却管进行密封扩胀势必导致扩后冷却管开裂因此冷却器两端全部采用密封焊接结构而钛管钛板的焊接同样较为复杂的工艺过程钛板钛管焊接工艺钛管焊接是利用惰性气体对焊接区进行有效保护的焊接工艺由于钛材具有的特殊物理化学特性因而其焊接工艺与其它金属存在较大的差异焊接时相应的焊接工艺与常规不同一焊前准备焊接区金属在以上不受活性气体以及有害杂质元素等污染不能形成粗品洁晶不能产生较大的焊接线条应力和线条变形首先选用焊丝牌号为该焊材的化学成份和力学性能与母材相当且有较高塑性焊丝直径为焊丝表面清洁无氧化皮裂纹及斑疤和夹渣等氩点采用一致纯氩纯度钨极选用的铈钨极钨极材料符合国家标准焊机采用直流焊机焊矩采用型水冷式焊矩二焊接工艺使用专用工具去除管口毛刺重皮等表面使用奥氏体不锈钢钢丝刷清除焊接表面及附近管板冷却管上的锈皮油漆脏物灰尘以及能和钛材起反应的杂物脱腊处理用海棉沾无硫乙醇或丙酮对焊接表面和坡口附近全部脱脂处理焊接工艺电源种类和特性直流正接焊接层数钨板直径焊丝直径电流焊速层间温度线能量喷嘴氩气氩气保护时间焊缝表面酸洗钝化处理钛管焊接后经表面色泽检查合格后对焊缝和影响区进行酸洗钝化处理酸洗后必须立即用水把管口冲洗以除去残留焊件的酸液整个酸洗过程的温度控制在以下焊接检验对焊接所有焊缝进行着色无任何裂纹和氧化现象产生水管箱以接管法兰的焊接等普通高效冷却器的制造方法尽相同这里略之钛管钛板高效冷却器最终组装完毕后必须以倍的设计压力进行水压试验以检验冷却管扩胀内部扩胀密封焊接的性能要求三总之经过多次钛管钛板冷却器制造后我们认为上述工艺流程满足和符合冷却器的制造要求整个工艺制造过程如下图所列钛管钛板冷却器制造工艺和特点图纸设计管板内孔增加密封槽冷却管对调整至同时调整外胀内胀模头尺寸材料采购制造工艺管板采用供货状态为冷却管采用供货状态为钛管表面去氧化皮抛皮锈的杂质且管内填充专用润滑剂包装贮装防止氧化一端定位胀管且需着色合格冷却管内胀控制抗胀速度充分冷却润滑保持氧化和抱死现象扩胀量由胀接至另一端去除多余冷却管清理管口杂物去毛刺等钛管钛板密封焊接清洗冷却器且组装冷却器冷却器试压试压后吹干四应用前景我国电机冷却器经过半个世纪的发展取得了巨大的令人瞩目的成就特别是九十年代起逐步推广使用的穿片胀接式冷却器总体性能已经达到当今国外同类产品的先进水平但多年来我国各种型式的冷却器的管材的选择仅局限于紫铜黄铜铁白铜实际证明铁白铜的采用已经使冷却管的抗腐蚀抗磨损的能力有了很大的提高但由于我国许多火电厂包括一些新兴的燃气发电厂冷却器用的冷却水质普遍很差含有大量的溶解固形物氯离子硫酸根离子这些杂质不仅对冷却管产生直接的腐蚀尤其是水中杂质还会滋生出许多微生物腐蚀更是令人难以对付别说普通的海军黄铜铝黄铜就连高性能的铁白铜也还会出现不同程度的腐蚀损坏经过一定时间的运行有些水冷却管可能局部破裂或渗水漏水事故电厂为此不得不频繁停机检修更换这不仅给电厂造成损失而且对整个电网稳定性产生不利影响特别是我国火电设备单机容量越来越大如何尽可能的提高冷却器水管的抗腐蚀能力尽可能的减少频繁检修采用钛管不失是一个重要手段因为只有钛管具有最大的抗腐蚀包括微生物腐蚀的能力可以说开发钛管冷却器具有重大的现实意义是电机冷却器发展史上的又一里程碑对于许多水电站来说冷却水通常利用江河自然水不仅存在一些悬浮杂质酸碱离子而且我国水电主要地区无论黄河长江岷江大渡河等都存在着泥沙过多的问题尤其是黄河长江中下游泥沙含量有时竟达到甚至更高大量的泥沙磨损已成为我国水电设备的一大灾害从各水电站的运行情况来看冷却器水管的破裂泄露主要是水中泥沙磨损引起其次要解决这个问题不外乎两个一是兴建冷却水未用净化水池它的缺点是投资大占用土地增加管理运行费用一般电站难以负担其二就是采用钛管冷却器它比任何合金铜管更耐磨不但使用寿命大大延长更重要的能使事故减少维护简便可见钛管在许多大型水电站中不仅存在着巨大的推广价值同时也必将产生巨大的经济效益和社会效益这里还值得一提的是我国正在兴建或即将动工的核电站不仅容量大数量多而且绝大多数位于沿海地区利用海水冷却具有得天独厚的便利但海水的盐碱腐蚀一直是令人望人生畏的难题而只有钛管具有令人满意的抗海水腐蚀能力所以利用钛管冷却器将是这些电站最佳的选择能简化供水系统投资简化维护工作带来明显效益我国的电力事业正以前所未有的速度迅猛发展我国今后的若干年中每年新增的装机容量将平均达到万千瓦而电厂的结构重点在向增加核电水电的份额发展今后十几年到廿年水电所占比重要从目前亿千瓦增加到亿千瓦核电的增涨倍率更高这都为钛管冷却器描绘了广阔前景一般火电的单机容量正逐步向万千瓦大型化过渡这些大容量发电机也迫切要求有更高质量的冷却器配套这些都是钛管冷却器的巨大潜在市场从行业的角度来看钛管冷却器的开发式冷却器发展史上又一次重大发展不仅推动着行业向更高的技术水平迈进而且也为我国大电机整套技术水平的提高做出贡献我们有决心有信心用最大的努力焕发更大的热情把钛管冷却器开发好推广好对我国电力事业的发展作出我们应有的贡献