一种管箱松衬结构及其制作方法与流程

本发明属于复合板设备制造技术领域，具体涉及一种管箱松衬结构及其制作方法。

背景技术：

钛、锆、钽、铌及其合金等稀有金属由于其在许多酸、碱等介质中优异的耐腐蚀性能，在石油化工等领域中使用越来越广泛。但由于钛、锆、钽等稀有金属成本较高，大面积推广使用时，为了降低成本，石油化工设备通常采用钛/钢、锆/钢、钽/钢的复合结构形式，这样既可以满足耐蚀性要求，同样也可以满足强度需求。

钛、锆、钽、铌及其合金与钢的复合结构设备中的筒体、封头均采用复合板板材，钢法兰与钛、锆、钽、铌及其合金等稀有金属的复合成本及复合难度较高，通常采用松衬结构。纯钛线膨胀系数为8.2×10^-6K^-1，纯锆为6.1×10^-6K^-1，纯钽为6.5×10^-6K^-1，纯铌为7.1×10^-6K^-1，钢为12.32×10^-6K^-1，钛、锆、钽、铌及其合金与钢材的热膨胀差别较大。在常温下松衬的钛、锆、钽、铌及其合金等稀有金属衬筒，在高温使用时，由于热膨胀大小不同，与钢法兰之间产生较大间隙，设备内介质如果流速不均匀，容易造成衬筒的震动，对衬筒焊缝造成疲劳失效。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种一种管箱松衬结构。该结构能够有效防止钛、锆、钽、铌及其合金等稀有金属与钢的复合结构设备在实际运行中稀有金属衬筒的失效。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种管箱松衬结构，其特征在于，包括两端开口的圆形筒体、焊接在筒体一端的封头和焊接在筒体另一端的法兰，所述封头和筒体均采用由稀有金属和钢板复合而成的复合板制成，所述法兰为钢法兰，所述法兰内壁贴设有衬筒，所述法兰顶部设置有焊环，封头和筒体的焊接焊缝的内侧设置有第一防护盖板，筒体和法兰的焊接焊缝的内侧设置有第二防护盖板，封头和筒体的焊接焊缝处开设有第一检漏孔，所述第一检漏孔与第一检漏嘴连通，筒体和法兰的焊接焊缝处开设有第二检漏孔，所述第二检漏孔与第二检漏嘴连通，所述衬筒、焊环、第一防护盖板和第二防护盖板均为稀有金属材质。

上述的一种管箱松衬结构，其特征在于，所述法兰内壁设有圆环形凹槽，所述凹槽内设置有垫圈，所述垫圈为稀有金属材质。

上述的一种管箱松衬结构，其特征在于，所述稀有金属为钛、钛合金、锆、锆合金、钽、钽合金、铌或铌合金。

另外，本发明还提供了一种上述管箱松衬结构的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将封头、筒体和法兰组对，组对完毕并检测错变量满足要求后，将封头焊接在筒体一端，将法兰焊接在筒体另一端；

步骤二、将电加热履带均匀缠绕在法兰外壁上，然后使用保温棉将电加热履带严密包覆，之后接通电加热履带的电源，利用电加热履带对法兰进行加热，使法兰内表面升温至220～250℃；

步骤三、待法兰内表面在温度为220～250℃的条件下保持0.5h后，将温度为20℃～30℃的衬筒贴设到法兰内壁；

步骤四、断掉电加热履带的电源，拆除保温棉和电加热履带，静置冷却，待法兰内表面的温度降至室温后，将焊环与衬筒和法兰进行组对；

步骤五、在筒体与封头的焊接焊缝处钻设第一检漏孔，然后在第一检漏孔处组焊第一检漏嘴，在筒体与法兰的焊接焊缝处钻设第二检漏孔，然后在第二检漏孔处组焊第二检漏嘴；

步骤六、向第一检漏嘴或/和第二检漏嘴内充入氩气，然后将第一防护盖板焊接在封头和筒体的焊接焊缝内侧，将第二防护盖板焊接在筒体和法兰的焊接焊缝内侧，将焊环与衬筒焊接，最终得到管箱松衬结构。

上述的方法，其特征在于，步骤六中所述氩气的质量纯度不低于99.99％。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明能够有效防止稀有金属衬筒焊缝在设备使用过程中的失效。

2、本发明的加热方式采用电加热，简单方便、易于控制。

3、本发明同样适用于复合板设备的钢接管与稀有金属衬管的组装、其他类型的衬筒或衬管的组装。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明管箱松衬结构示意图。

图2为本发明封头、筒体和法兰焊接件的电加热状态图。

附图标记说明：

1—封头； 2—筒体； 3—法兰；

4—电加热履带； 5—保温棉； 6—垫圈；

7—衬筒； 8-1—第一防护盖板； 8-2—第二防护盖板；

9—焊环； 10-1—第一检漏嘴； 10-2—第二检漏嘴。

具体实施方式

本发明管箱松衬结构通过实施例1进行描述。

实施例1

如图1所示的一种管箱松衬结构，包括两端开口的圆形筒体2、焊接在筒体2一端的封头1和焊接在筒体2另一端的法兰3，所述封头1和筒体2均采用由稀有金属和钢板复合而成的复合板制成，所述法兰3为钢法兰，所述法兰3内壁贴设有衬筒7，所述法兰3顶部设置有焊环9，封头1和筒体2的焊接焊缝的内侧设置有第一防护盖板8-1，筒体2和法兰3的焊接焊缝的内侧设置有第二防护盖板8-2，封头1和筒体2的焊接焊缝处开设有第一检漏孔，所述第一检漏孔与第一检漏嘴10-1连通，筒体2和法兰3的焊接焊缝处开设有第二检漏孔，所述第二检漏孔与第二检漏嘴10-2连通，所述衬筒7、焊环9、第一防护盖板8-1和第二防护盖板8-2均为稀有金属材质。

如图1所示，所述法兰3内壁设有圆环形凹槽，所述凹槽内设置有垫圈6，所述垫圈6为稀有金属材质。

上述的稀有金属，是指钛、钛合金、锆、锆合金、钽、钽合金、铌或铌合金。所述钛包括TA1-3等，钛合金包括TA5-8、TC1-10、TB1-2等，锆包括Zr0、Zr1、Zr3等，锆合金包括Zr2、Zr4、Zr5等，钽包括Ta1-2、FTa1-2等，钽合金包括TaNb3、TaNb20、TaNb40、TaW2.5、TaW10、TaW12等，铌包括Nb1-2、FNb1-2等，铌合金包括NbZr1-2、NbHf10-1等。

本发明管箱松衬结构的制作方法通过实施例2至实施例9进行描述。

实施例2

本实施例管箱松衬结构的制作方法包括以下步骤：

步骤一、将封头1(材质为：钛钢复合板，其中钛复层厚度3mm，规格为：内径600mm，厚度18mm)、筒体2(材质为钛钢复合板)和法兰3(材质为：钢，规格为：内径606mm)组对，组对完毕并检测错变量满足“错变量≤1.5mm”的要求后，将封头1焊接在筒体2一端，将法兰3焊接在筒体2另一端；

焊接后进行100％RT无损检测，经检测，焊接符合NB/T47013.2-2015I级或II级合格；

步骤二、将电加热履带4均匀缠绕在法兰3外壁上，然后使用保温棉5将电加热履带4严密包覆，之后接通电加热履带4的电源，利用电加热履带4对法兰3进行加热，使法兰3内表面升温至220～250℃；

步骤三、待法兰3内表面在温度为220～250℃的条件下保持0.5h后，将温度为20℃～30℃的衬筒7(材质为：钛，规格为：外径608mm，厚度3mm)贴设到法兰3内壁，然后将垫圈6(材质为：钛)放置到钢法兰3内表面的槽中；

步骤四、断掉电加热履带4的电源，拆除保温棉5和电加热履带4，静置冷却，待法兰3内表面的温度降至室温后，将焊环9与衬筒7和法兰3进行组对；

步骤五、在筒体2与封头1的焊接焊缝处钻设第一检漏孔，然后在第一检漏孔处组焊第一检漏嘴10-1，在筒体2与法兰3的焊接焊缝处钻设第二检漏孔，然后在第二检漏孔处组焊第二检漏嘴10-2；

步骤六、向第一检漏嘴10-1或/和第二检漏嘴10-2内充入质量纯度不低于99.99％的氩气，然后将第一防护盖板8-1焊接在封头1和筒体2的焊接焊缝内侧，将第二防护盖板8-2焊接在筒体2和法兰3的焊接焊缝内侧，将焊环9与衬筒7焊接，焊接后进行100％PT无损检测，焊接符合NB/T47013.5-2015I级合格，最终得到管箱松衬结构。

实施例3

本实施例管箱松衬结构的制作方法与实施例2的区别之处仅在于：所有由复合板制成的部件中，其稀有金属材质的复层均由钛替换为钛合金、钽、钽合金、锆、锆合金、铌或铌合金。所有稀有金属材质的部件中，其材质均由钛替换为钛合金、钽、钽合金、锆、锆合金、铌或铌合金。

实施例4

本实施例管箱松衬结构的制作方法包括以下步骤：

步骤一、将封头1(材质为：锆钢复合板，其中锆复层厚度3mm，规格为：内径1500mm，厚度23mm)、筒体2(材质为锆钢复合板)和法兰3(材质为：钢，规格为：内径1506mm)组对，组对完毕并检测错变量满足“错变量≤1.5mm”的要求后，将封头1焊接在筒体2一端，将法兰3焊接在筒体2另一端；焊接后进行100％RT无损检测，经检测，焊接符合NB/T47013.2-2015I级或II级合格；

步骤二、将电加热履带4均匀缠绕在法兰3外壁上，然后使用保温棉5将电加热履带4严密包覆，之后接通电加热履带4的电源，利用电加热履带4对法兰3进行加热，使法兰3内表面升温至220～250℃；

步骤三、待法兰3内表面在温度为220～250℃的条件下保持0.5h后，将温度为20℃～30℃的衬筒7(材质为：锆，规格为：外径1510mm，厚度3mm)贴设到法兰3内壁，然后将垫圈6(材质为：锆)放置到钢法兰3内表面的槽中；

步骤四、断掉电加热履带4的电源，拆除保温棉5和电加热履带4，静置冷却，待法兰3内表面的温度降至室温后，将焊环9与衬筒7和法兰3进行组对；

步骤五、在筒体2与封头1的焊接焊缝处钻设第一检漏孔，然后在第一检漏孔处组焊第一检漏嘴10-1，在筒体2与法兰3的焊接焊缝处钻设第二检漏孔，然后在第二检漏孔处组焊第二检漏嘴10-2；

步骤六、向第一检漏嘴10-1或/和第二检漏嘴10-2内充入质量纯度不低于99.99％的氩气，然后将第一防护盖板8-1焊接在封头1和筒体2的焊接焊缝内侧，将第二防护盖板8-2焊接在筒体2和法兰3的焊接焊缝内侧，将焊环9与衬筒7焊接，焊接后进行100％PT无损检测，焊接符合NB/T47013.5-2015I级合格，最终得到管箱松衬结构。

实施例5

本实施例管箱松衬结构的制作方法与实施例4的区别之处仅在于：所有由复合板制成的部件中，其稀有金属材质的复层均由锆替换为钛、钛合金、钽、钽合金、锆合金、铌或铌合金。所有稀有金属材质的部件中，其材质均由锆替换为钛、钛合金、钽、钽合金、锆合金、铌或铌合金。

实施例6

本实施例管箱松衬结构的制作方法包括以下步骤：

步骤一、将封头1(材质为：钽钢复合板，其中钽复层厚度3mm，规格为：内径600mm，厚度18mm)、筒体2(材质为钽钢复合板)和法兰3(材质为：钢，规格为：内径606mm)组对，组对完毕并检测错变量满足“错变量≤1.5mm”的要求后，将封头1焊接在筒体2一端，将法兰3焊接在筒体2另一端；焊接后进行100％RT无损检测，经检测，焊接符合NB/T47013.2-2015I级或II级合格；

步骤二、将电加热履带4均匀缠绕在法兰3外壁上，然后使用保温棉5将电加热履带4严密包覆，之后接通电加热履带4的电源，利用电加热履带4对法兰3进行加热，使法兰3内表面升温至220～250℃；

步骤三、待法兰3内表面在温度为220～250℃的条件下保持0.5h后，将温度为20℃～30℃的衬筒7(材质为：钽，规格为：外径608mm，厚度3mm)贴设到法兰3内壁，然后将垫圈6(材质为：钽)放置到钢法兰3内表面的槽中；

步骤四、断掉电加热履带4的电源，拆除保温棉5和电加热履带4，静置冷却，待法兰3内表面的温度降至室温后，将焊环9与衬筒7和法兰3进行组对；

步骤五、在筒体2与封头1的焊接焊缝处钻设第一检漏孔，然后在第一检漏孔处组焊第一检漏嘴10-1，在筒体2与法兰3的焊接焊缝处钻设第二检漏孔，然后在第二检漏孔处组焊第二检漏嘴10-2；

步骤六、向第一检漏嘴10-1或/和第二检漏嘴10-2内充入质量纯度不低于99.99％的氩气，然后将第一防护盖板8-1焊接在封头1和筒体2的焊接焊缝内侧，将第二防护盖板8-2焊接在筒体2和法兰3的焊接焊缝内侧，将焊环9与衬筒7焊接，焊接后进行100％PT无损检测，焊接符合NB/T47013.5-2015I级合格，最终得到管箱松衬结构。

实施例7

本实施例管箱松衬结构的制作方法与实施例6的区别之处仅在于：所有由复合板制成的部件中，其稀有金属材质的复层均由钽替换为钛、钛合金、钽合金、锆、锆合金、铌或铌合金。所有稀有金属材质的部件中，其材质均由钽替换为钛合金、钽合金、锆、锆合金、铌或铌合金。

实施例8

本实施例管箱松衬结构的制作方法包括以下步骤：

步骤一、将封头1(材质为：铌钢复合板，其中铌复层厚度3mm，规格为：内径1500mm，厚度23mm)、筒体2(材质为铌钢复合板)和法兰3(材质为：钢，规格为：内径1506mm)组对，组对完毕并检测错变量满足“错变量≤1.5mm”的要求后，将封头1焊接在筒体2一端，将法兰3焊接在筒体2另一端；焊接后进行100％RT无损检测，经检测，焊接符合NB/T47013.2-2015I级或II级合格；

步骤二、将电加热履带4均匀缠绕在法兰3外壁上，然后使用保温棉5将电加热履带4严密包覆，之后接通电加热履带4的电源，利用电加热履带4对法兰3进行加热，使法兰3内表面升温至220～250℃；

步骤三、待法兰3内表面在温度为220～250℃的条件下保持0.5h后，将温度为20℃～30℃的衬筒7(材质为：铌，规格为：外径1508mm，厚度3mm)贴设到法兰3内壁，然后将垫圈6(材质为：铌)放置到钢法兰3内表面的槽中；

步骤四、断掉电加热履带4的电源，拆除保温棉5和电加热履带4，静置冷却，待法兰3内表面的温度降至室温后，将焊环9与衬筒7和法兰3进行组对；

步骤五、在筒体2与封头1的焊接焊缝处钻设第一检漏孔，然后在第一检漏孔处组焊第一检漏嘴10-1，在筒体2与法兰3的焊接焊缝处钻设第二检漏孔，然后在第二检漏孔处组焊第二检漏嘴10-2；

步骤六、向第一检漏嘴10-1或/和第二检漏嘴10-2内充入质量纯度不低于99.99％的氩气，然后将第一防护盖板8-1焊接在封头1和筒体2的焊接焊缝内侧，将第二防护盖板8-2焊接在筒体2和法兰3的焊接焊缝内侧，将焊环9与衬筒7焊接，焊接后进行100％PT无损检测，焊接符合NB/T47013.5-2015I级合格，最终得到管箱松衬结构。

实施例9

本实施例管箱松衬结构的制作方法与实施例8的区别之处仅在于：所有由复合板制成的部件中，其稀有金属材质的复层均由铌替换为钛、钛合金、钽、钽合金、锆、锆合金或铌合金。所有稀有金属材质的部件中，其材质均由铌替换为钛、钛合金、钽、钽合金、锆、锆合金或铌合金。

本发明管箱松衬结构能够有效防止了钛、锆、钽、铌及其合金等稀有金属与钢的复合结构设备在实际运行中稀有金属衬筒的失效。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。