验收工作总结报告

一、项目概述1、项目基本信息计划类别新材料和新能源指南领域新能源、节能技术及应用项目名称高效节能、高安全性双管板换热器研究与产业化项目编号201002024承担单位南京德邦金属装备工程有限公司技术依托单位无主管部门江宁区科技局项目负责人茆国文项目起止时间2010-01-21--2011-12-21项目经费概算总投资(万元)

单位自筹部门拨款申请市科技拨款银行贷款其他1500950/50500/2、项目来源及立项依据双管板换热器是多晶硅生产装置中的关键设备，原料介质SiHCl3通过该设备进行预热/冷凝后,进入精馏塔分馏得到高纯度的SiHCl3。

普通列管式单管板换热器管头焊缝发生泄漏两种换热介质不可避免发生接触的问题。基于安全性考虑由德国首先设计使用了一种安全性设备——双管板换热器。双管板换热器确保管壳程介质完全隔离，从而杜绝两种介质接触时导致的腐蚀、爆炸等事故发生。

3、研究目的及用途我国已经是世界性的化工装备制造大国，国内化工装备制造业不仅基本上可以满足化学工业发展需求，而且在生产经营体系方面已经初步与国际接轨。为了解决现代化学工业的发展所必需的生产装置大型化问题，提高国内化工装置的先进性和可靠性是十分必要的。

我公司研究开发的高效节能、高安全性双管板换热器,其管程，设备换热管与外管板焊接和管箱形成一个封闭的系统；壳程，换热管与内管板胀接连接和壳程筒体形成另一个封闭的系统；两个独立系统因内外管板之间间隔而完全隔离。

这种结构避免了单管板结构换热器因焊接或胀接接头失效，两程介质发生混合反应的问题。设备主体结构由左管箱、左侧外/内管板、壳程筒体、右侧内/外管板、右管箱等七部分组成。原料介质SiHCl3通过该设备进行预热/冷凝后，进入精馏塔分流得到高纯度的SiHCl3。工艺过程中避免SiHCl3与循环水反应生成盐酸等强腐蚀介质，对设备造成腐蚀。

4、主要研究内容4.1实现管壳程绝对隔离，这种结构避免了单管板结构换热器因管板与换热管接头失效，壳程介质与管程介质发生混合反应的问题，是一种高安全性设备；4.2进行了大量的管子管板胀接型试验，确定胀接参数，编制了《双管板胀接操作规程》、《超高压液压胀管器使用守则》，编制了采用连续的柔性链式胀接的先进工艺，增加了管板管孔开槽宽度，使换热管管槽部位产生更大的塑性变形，出现鼓突，形成波节，大幅度提高换热管与管板的拉脱抗力和密封性；4.3产品各项性能指标遵照《压力容器安全技术监察规程》（99版），GB151-1999《管壳式换热器》的要求制造，且在结构形式和制造工艺上达到国内同类产品先进水平。

5、技术方案，方法和技术路线的选择5.1技术方案和方法由于普通列管式单管板换热器管头焊缝发生泄漏两种介质混合会发生易燃、易爆、易腐蚀的高危险事故，故采用双管板结构。经采用计算机优化设计后，在满足各项性能指标的前提下，开发设计压力≥0.4Mpa的双管板换热器，以利于提高设备的承压强度，并可以按介质合理选材，达到最佳的设计效果。

采用连续的柔性链式胀接的先进工艺，可增加管板管孔开槽宽度，还使换热管管槽部位产生更大的塑性变形，出现鼓突，形成波节，大幅度提高换热管与管板的拉脱抗力和密封性。从安全方面考虑，对换热器的密封

性能要求严格。因此，在设计中要解决好胀接问题。

5.2技术路线二、项目研发进程与总结1、项目研发进程公司自20xx年2月成立了以副总经理茆国文为带头人，由设计、工艺、检验人员及各类操作人员参加的专项研发队伍，在总结原有单管板胀接经验以及消化吸收国内外先进经验的基础上，对此项目展开了研发。

20xx年3月初步完成了双管板换热器结构设计、焊接性能试验及相应焊接工艺评定，冷热加工成型及双管板加工试验。

20xx年4月~8月完成2#塔冷凝器设计工作。20xx年8月~20xx年3月完成了首台2#塔冷凝器制造工作。

20xx年4月通过南京市锅炉压力容器检验研究院监督检验，结论：按照《特种设备安全监察条例》的规定，该台产品，安全性能符合《固定式压力容器安全技术监察规程》、GB150-1998《钢制压力容器》、GB151-1999《管壳式换热器》的规定。

2.研发总结2.1结构简图2.2设备情况设备材质为0Cr18Ni9,公称直径DN500，换热管规格为φ25×2mm。通过应力分析设计内管板厚度为44mm，外管板厚度为36mm。内外管板之间采用聚液槽结构。换热管与内管板通过强度胀实现设备使用要求的抗拉脱性能和密封性能。

薄管板和小径厚壁换热管强度胀接结构具有很大的制造难度，胀接质量直接关系到设备能否投入运行。通过采取原材料质量控制、换热管胀接型式试验、换热器管板加工要求、管束组装、换热管与内管板胀接等工艺措施产品制造完工后顺利通过压力试验等检验，验收合格。

★设备主要技术参数项目壳程管程设计压力MPa1.01.0工作压力

MPa0.50.5设计温度℃15080平均壁温℃67.550工作温度℃90/45℃32/42水压试验压力MPa1.31.3气密性试验压力MPa1.0MPa/物料名称氯硅烷、H2、HCl气液混合循环水物料特性易爆/管子与管板连接强度胀强度焊+贴胀

2.3设备制作难点换热管与内管板的胀接质量是设备制作的难点，由以下几方面体现：

(1)换热管规格为φ25×2mm。换热管管径小，管壁厚度大，换热管变形需要很大的胀接压力；(2)管板厚度为44mm,比同类型强度胀接结构的管板薄，胀接易导致管板变形；(3)名义管桥宽度为管板钻孔后≥96%允许孔桥宽度必须≥4.82㎜，允许4%的最小孔桥宽度为2.98㎜，管桥很小。若控制不当胀接使管桥产生过量塑性变形，胀接压力撤消后管桥回弹，使周围已胀换热管与管板的残余接触应力减小，密封性降低。

(4)换热管与管板同为材质0Cr18Ni9,换热管与管板材料强度接近，胀接过程中管子与管板易同时出现塑性变形，胀接压力撤消后管孔比换热管弹性回弹少，胀接密封性降低；(5)双管板设备内管板与换热管通过胀接连接，胀接位置远离换热管管端，胀接操作及胀接质量的检验难度很大。

(6)内外管板厚度均为44mm,管板较薄，内管板与壳体及外管板与换热管的焊接很容易引起管板变形，影响胀接质量。

2.4设备制作工艺控制要点设备内管板与换热管胀接接头质量直接决定该设备的成败，围绕胀接质量的实现制定和落实工艺措施。针对上述技术难点，我们设计以下技术方案：

(1)换热管与内管板胀接接头质量保证措施1)管板材料管板和换热管的硬度保证存在HB20-30的硬度差。一般不锈钢锻件比不锈钢热轧板的硬

度高，因此管板材料选用0Cr18Ni9Ⅱ锻件，满足换热管与管板的硬度差要求。

管板材料加工之前在管板表面进行硬度测试。

2)换热管质量要求换热管规格为φ25×2mm，采购前与供应厂家进行沟通协商，满足GB/T13296-2007《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》[1]

标准的要求，同时外径控制为φ25.2±0.1mm,厚度控制为2±0.1mm；换热管水压试验现场验证。

换热管逐根测量尺寸；换热管表面检测无裂纹、纵向划痕。按标准对换热管强度、硬度、扩口和压扁等性能进行复验。穿管前胀接范围采用丙酮清洗清除油污。

(2）换热管胀接型式试验根据双管板换热器结构，设计型式试验模型，型式试验确定胀接参数。

1)换热管与管板准备胀接试验模型：管板的厚度、内外管板之间的间距和换热管排列方式等与产品一致。

管板胀槽确定是根据《压力容器安全技术监察规程》[2]

第105条“胀接的基本要求：强度胀接管板孔内应开矩形槽，开槽宽度为(1.1～1.3)(dt)

1/2,开槽深度为0.5mm”。产品内管板厚度为44mm,换热管规格为φ25×2mm,根据制造经验确定胀槽尺寸链8/3/6/3mm，胀槽深度0.5mm。胀槽在内管板厚度方向上对称布置。

2)计算胀接压力本设备中换热管管径小，管壁厚度大，换热管之间距离小，采取低的胀接压力，适当增加保压时间使换热管在胀接压力下充分

变形，降低胀接时换热管之间的相互影响。

参考一些经验公式计算胀接压力，同时通过制造经验确定胀管率控制在12％～16％。以计算压力为基准确定试验压力范围，采用液压胀管器进行胀接，胀接完成测量胀管率。

3)型式试验胀接模型进行水压试验、拉脱试验和解剖宏观晶像试验等试验后确定产品换热管胀接的压力范围。

a.胀接后进行水压试验产品压力试验要求为卧式水压1.3MPa。型式试验水压远远超过产品试验压力未出现渗漏(图3)。

b.换热器管子与管板胀接接头进行拉脱性能检测（图4)

产品设计强度胀接接头拉脱强度的要求：GB151－1999换热管与管板开槽胀接连接的许用拉脱力大于4MPa。试验中在胀接管基础上焊接一辅助拉脱夹持管，拉脱实验在60KN～75KN之间时焊接接头部位断裂，而换热管尚未从管孔内拉脱。

计算拉断强度为425MPa~530MPa。

图3水压试验图4拉脱试验c.胀接接头剖切试验沿换热管直径剖切换热管胀接接头，展示不同胀接压力下换热管的变形状态。较低胀接压力时，在胀槽部位换热管有一定变形。随着胀接压力的提高，胀槽部位出现明显变形，即换热管鼓凸形成波节嵌入胀槽内（图5）。

在换热管与胀槽部位进行宏观晶相分析，换热管胀接过程中换热管变形，胀槽台阶与换热管壁咬合在一起（图6）。该状态的胀接接头具有良好的密封性能和很高的抗拉脱强度。

图5剖切试样图6宏观晶相(3）换热器管板加工要求管板、折流板采

用数控钻床进行加工。管孔加工采用钻＋铰工艺，钻孔留0.1mm铰孔余量，铰孔后勾槽。

管孔加工孔径φ25.25±0.05mm,，管孔内表表面粗糙度小于6.3μm。胀槽尺寸链8/3/6/3mm，胀槽深度0.5mm。管板密封面应与轴线垂直，其垂直度允差为0.3mm；管孔应严格垂直于管板密封面，其垂直度允差为0.05mm；管孔内表面不得有贯穿的纵向刻痕或螺旋状刻痕。

胀槽位于管板内部，胀槽的深度和宽度大，切削量很大。若勾槽器一次切削成型两道胀槽，勾槽器刀杆细刚度小，刀杆弯曲会产生让刀，勾槽出现深度不均。

故沟槽时选择刀杆刚性好的勾槽器，一刀切削一道槽。勾槽器刀具深入准备切削和切削完成退出管孔时钻床不得转动，避免破坏勾槽台阶和管孔内壁。检测胀槽尺寸，管孔孔壁不得有划伤、刻痕等缺陷，管孔内不得有毛刺等杂物。

管板、折流板管孔倒角清除毛刺，按组装顺序叠合逐孔穿插样管，检测合格。

(4）管束组装组装过程中防止管板和换热管二次污染。管束组装保证直线度、水平度、同轴度等，避免管孔和换热管表面产生划伤。

1)组装管板和折流板管板、折流板组装前进行除油和酸洗。

校正内外管板各管孔同轴线，根据图样要求调整内外管板之间间距，筋板连接焊固；内外管板相互加强，增加管板刚性，减少内管板与壳程筒体及外管板与换热管焊接时产生较大变形，进而影响内管板与换热管的胀接质量和外管板的密封性能。

带拉杆孔的管板和折流板、定距管和拉杆进行组装，架设在300mm的槽钢上，逐片穿入折流板，折流板和定距管组装紧凑。穿入样管校正管板和折流板的管孔在同一轴线上。

2)穿换热管穿管工作区域选择在无尘车间进行。穿管之前对管孔和换热管再次清理，检查合格。

穿管过程中穿管顺畅，不得强力穿管。出现阻滞，查明原因消除阻碍后再继续穿管。逐根穿管，穿入（出）内管板后检查确认换热管表面无划伤等痕迹出现。

(5）换热管与内管板胀接1)胀接操作控制内管板与壳程筒体焊接后进行换热管与内管板的胀接。

专人胀接操作。胀接现场设立胀接指示栏，明确设备胀接工艺、胀接控制要求。

胀管器按工艺要求调整好，检查设备各部件运行正常。复测尺寸，胀袋位置在内管板的胀接区域内。先在边缘部位对换热管进行试胀，观测换热管内外变形状态，胀接变形段在内管板厚度范围内，测量、计算胀管率在工艺要求范围内。

此后连续胀接，胀接完成一根标识一根，避免漏胀。

2)胀接质量检测通过氨渗漏和压力试验确定胀接接头密封性和抗拉脱强度达到设备使用要求。

·氨检法换热管与内管板胀接完成后参照GB20584-1998《钢制化工容器制造技术要求》[2]

附录A《压力容器氨渗漏试验方法》中C法进行渗漏试验。试验前调

整换热管横排水平，在裸露换热管的间隙中放置纸带，所用纸带是经酚酞溶液浸泡或酚酞试纸。如胀接接头氨渗漏，纸带会变色指示渗漏位置。氨气扩散指示范围较大，不能确定具体渗漏管口。该法用于初检，确定漏胀或严重欠胀导致的渗漏。

对渗漏指示范围内的换热管再进行测量，计算胀管率，对欠胀管口进行复胀，再检测。

·压力试验按设备设计要求进行水压试验，水压试验前调整换热管横排水平，在裸露换热管的间隙中放置纸带。如胀接接头有水渗漏，润湿纸带，根据纸带潮湿的位置可准确找到渗漏接头，避免大范围的管头复胀。

生产过程中采用氨检法作初检，再进行压力试验，大大提高生产效率。

(6）双管板换热器焊接质量控制双管板换热器的焊接在单管板换热器焊接要求的基础上，更要控制内管板与壳程筒体焊接和外管板与换热管焊接变形，导致换热管与内管板的胀接质量降低。

1)壳程管板与壳体焊接管板与壳体焊接时搭接焊接结构（图2），管板直径大、厚度小，焊接时易使管板产生外突变形。

换热管从两端外管板引出，外伸尺寸按调整后再进行管板与壳体焊接。换热管从管板孔引出，增加管板的刚度，减少管板焊接变形。同时内外管板之间筋板连接也增加管板的刚度，减少内管板焊接变形。

采用钨极氩弧焊打底，焊条电弧焊盖面，采用小的焊接热输入，严格控制层间温度。采取分段退焊和对称施焊等措施。

焊接时对内外管板之间裸露的换热管进行包裹覆盖，避免焊接飞溅等溅落到换热管表面，破坏换热管质量。

2)换热管与外管板焊接换热管与外管板是强度焊焊接连接。外管板较薄，换热管数量多，通过工艺措施减少外管板变形。焊接顺序为先中部和2/3圆周位置对称焊接几组换热管，再对称分区，跳跃施焊。换热管与管板采用自动管口焊机施焊两层，第一层少量填丝焊脚根部熔透，第二层填充达到要求焊脚高度。

2.4压力试验设备按图样规定进行压力试验，设备水压压力试验后进行气密性压力试验。

管程压力试验时可从内外管板之间检测换热管与外管板焊接接头是否有渗漏。换热管与外管板焊接完成后，换热管与外管板焊接应力对换热管与内管板胀接接头产生拉压作用。壳程再次进行压力实验，检测换热管与内管板胀接接头胀接质量合格。

2.5结论（1）通过胀接型式试验，确定产品生产胀接参数。

（2）产品制造组装、围绕保证胀接质量实施工艺措施，成功完成了双管板换热器的制造，经检测符合《压力容器安全技术监察规程》、GB151-1999《管壳式换热器》要求。

三、合同指标的完成情况1、主要技术指标1.1合同的主要技术指标壳程和管程设计压力≥4MPa；壳程管程工作压力分别为0.23MPa和0.2MPa；设计温度：壳程100℃，管程60℃；进出口工作温度：壳程68℃和45℃，管程32℃和37℃；液压试验：壳程管程都为0.5MPa（卧置）；壳程与管程程数分别为1和2，传热面积100m2；壳程物料SiHCl3，管程物料为循环水；壳程管程焊接接头系数为0.85；管程腐蚀裕量2mm；管子与管板连接采用强度胀/强度焊。

1.2实际设备主要技术参数项目壳程管程设计压力MPa1.01.0工作压力MPa0.50.5设计温度℃15080平均壁温℃67.550工作温度℃90/45℃32/42水压试验压力MPa1.31.3气密性试验压力MPa1.0MPa/物料名称氯硅烷、H2、HCl气液混合循环水物料特性易爆/管子与管板连接强度胀强度焊+贴胀2、主要经济、社会效益指标2.1合同的主要经济、社会效益指标项目完成时实现销售收入3000万元，利税400万元。

2.2已实现的经济、社会效益指标项目已实现销售收入3217万,实现利税412万元。

3、项目实验中形成的示范基地、中试线、生线及其规模等3.1合同中签订要求建立以中级技术人员和技工为主的生产体系；完成整条生产线联动，形成规模生产能力。

3.2实际实现情况换热器专项设计人员10人（包括A2级压力容器设计审核资格2人）；焊接专业技术人员7人；无损检测10人，其中II级11人Ⅲ级2人（包括RT、UT、MT、PT）;压力容器持证焊工50人/120项等为主的生产体系。

形成了换热器管口自动焊机十台及焊接设备十多台纵环焊、平板对接焊等自动焊接设备，二十多台逆变焊机；60mm、30mm、20mm多台卷板机，500吨油压机，350MPa管口液压胀接等成型设备；50T、32T、20T、15T共计近20台行车起重设备；30m×6m×6m、3m×1.5m×8m共三台热处理炉;数控水下等离子切割机、3m×3m移动式数控高速钻床、9m刨边机、9m铣边机、25mm剪板机、80钻床等机械加工及切割（削）设备；压力容器检测设备等。

4、项目实施期内共申请相关专利8项。获得授权专利5项。

序号专利名称法律状态许可说明专利号专利权人备注1管壳式换热器蒸汽入口防冲装置授权独占许可2010201987361南京德邦金属装备工程有限公司2镍合金弯头授权独占许可2010201987287南京德邦金属装备工程有限公司3盘管换热器授权独占许可2010202051147南京德邦金属装备工程有限公司4变倾角折流板换热器授权独占许可2010205876071南京德邦金属装备工程有限公司5折弯折流板换热器授权独占许可2010205876033南京德邦金属装备工程有限公司6有色金属换热管刮管器受理独占许可201110171559.7南京德邦金属装备工程有限公司7封头堆焊工装及制备方法受理独占许可201110169627.6南京德邦金属装备工程有限公司8有色金属管口自动焊组合式定位轴头受理独占许可201120215899.0南京德邦金属装备工程有限公司四、项目创新点和取得的突破普通列管式单管板换热器管头焊缝发生泄漏两种换热介质不可避免发生接触的问题。基于安全性考虑由德国首先设计使用了一种安全性设备——双管板换热器。双管板换热器确保管壳程介质完全隔离，从而杜绝两种介质接触时导致的腐蚀、爆炸等事故发生。

我公司高效节能、高安全性双管板换热器避免了单管板换热器换热管与管板接头出现泄漏时两种介质混合而造成重大事故。制造中内管板与换热管必须通过强度胀接实现设备满足使用的抗拉脱性和密封性能要求。设备内管板及换热管采用0Cr18Ni9,换热管规格为φ25×2.5mm；管箱，外管板采用0Cr18Ni9Ⅱ。内管板厚度44mm，确定尺寸链8/3/6/3mm，胀槽深度0.5mm，采用高压液压胀管器进行胀接，产品制造完工后顺利通过压力

试验等检验，验收合格。

高效节能、高安全性双管板换热器制造工艺先进，与进口同类产品相比，大大降低了成本，其技术达到国内同类产品的先进水平。

双管板换热器产业化以来，公司承制的双管板换热器每年以50-60%的速度增长，从国内外市场状况及该产品未来增加趋势，我公司产品有替代进口或出口的可能性。在国际市场上，我公司具有ASMEU钢印制造资质，具备了走向国际市场的能力，加上价格优势和我们拥有的国外客户基础，我们生产的高效节能、高安全性的双管板换热器在国际市场上具有非常强的竞争能力。公司将通过加强与国际国内化工企业及工程公司的合作，建立战略合作同盟，共同开拓国际市场。

五、项目经费使用情况项目预算总金额1500万元，其中政府财政补贴50万元，企业自筹1450万元。财政补贴款50万于20xx年11月3日到位，企业自筹经费中有500万从银行贷款取得。截止到20xx年10月31日，项目累计支出1442万元，其中研发人员费用支出231万元，购买设备、仪器等支出404万，研发用材料支出万元，其他支出196万元。新购置的研发用仪器累计支出74万元，其中有近50万元是用财政补贴款进行购置的，主要购置的是氦质谱检漏仪、探伤机等。

六、项目人员组成及分工主要人员姓名性别年龄专业学位单位职称承担工作茆国文男42无损检测大专南京德邦金属装备工程有限公司工程师项目负责人邹华男35焊接工艺及设备本科南京德邦金属装备工程有限公司工程师项目技术负责人郑素清女63化工设备本科南京德邦金属装备工程有限公司高工项目技术研究黄玉芹女42化工机械本科南京德邦金属装

备工程有限公司工程师项目技术研究赵娜女25机械成型与控制工程本科南京德邦金属装备工程有限公司助工工艺技术负责人吴猛男58建筑电气大专南京德邦金属装备工程有限公司高工工艺研究王学钢男60钢结构大专南京德邦金属装备工程有限公司工程师工艺研究梁淑帼女26过程装备与控制工程本科南京德邦金属装备工程有限公司助工工艺研究刘斯群男29无损检测大专南京德邦金属装备工程有限公司助工无损检测负责人邱守光男26机械制造大专南京德邦金属装备工程有限公司助工检验负责人高利霞女26过程装备与控制工程本科南京德邦金属装备工程有限公司助工材料负责人邢自兵男37财务管理大专南京德邦金属装备工程有限公司会计师材料采购负责人吴少峰男48机械制造高中南京德邦金属装备工程有限公司制造负责人七、项目的经济、社会效益及意义随着(节能法)

颁布及其配套实施细则的贯彻执行和我国加入WTO竞争的加剧,国家发布了国务院制定的《装备制造业调整和振兴规划》，在这项规划中被要求以石油和化工产业调整和振兴规划确定的工程为依托，以千万吨级炼油、百万吨级大型乙烯、对苯二甲酸、大型化肥、大型煤化工和天然气输送液化储运等成套设备，推进化工重大技术装备的国产化与自主化。我公司将从遵守法律、参与国际竞争、提高经济效益等多个角度考虑节能工作,优化产业结构，势必要求工艺、机械、管理、设计人员加快对节能新技术、新设备的运用步伐,提高效益,提高竞争力。“十二五”期间，根据国家及相关行业发展规划纲要提出的任务和目标，公司继续坚持将高效节能和高安全性作为双管板换热器的切入点，充分发挥双管板装备的带动作用。

未来五年，该类产品预计累计实现产值15000万元，累计实现利润1200

万元，具有良好的经济效益。

八、对项目执行情况的自我整体评价，对项目应用和转化的设想、建议项目组严格按照南京市科技计划项目合同书的内容要求，按时、保质保量的完成此项目的执行。在对政府的拨款资金运用上非常严谨并单独列账。通过对项目执行过程中各个环节的严格控制，公司成功完成了高效节能、高安全性双管板换热器研究与产业化项目。

高效节能、高安全性双管板换热器制造工艺先进，与进口同类产品相比，大大降低了成本，其技术达到国内同类产品的先进水平。

近两年来，公司承制的双管板换热器每年以50-60%的速度增长，从国内外市场状况及该产品未来增加趋势，我公司产品有替代进口或出口的可能性。在国际市场上，我公司具有ASMEU钢印制造资质，具备了走向国际市场的能力，加上价格优势和我们拥有的国外客户基础，我们生产的高效节能、高安全性的双管板换热器在国际市场上具有非常强的竞争能力。公司将通过加强与国际国内化工企业及工程公司的合作，建立战略合作同盟，共同开拓国际市场。

产品推广措施：

1.公司会通过与设计院所、行业协会、兄弟单位和业主的技术交流，不断提高和改进制造技术和产品质量水平，推广双管板换热器产品。

2.公司将积极深入拓展多晶硅领域市场，同时开发如石油炼化、制冷剂生产等应用领域。