管殼式換熱器制造中需要注意的問題探討

高玉林

摘 要：換熱器是煤化工行業中應用較為普遍的一種工藝設備，在煤化工項目建設中，換熱器投資約占設備總投資的20%，其中固定管板式換熱器投資約占換熱器投資的70%。換熱器如果在運行中出現問題，不但對工藝生產造成巨大損失，而且嚴重的容易釀成事故，所以換熱器的設計制造需要引起重視。本文對煤化工企業中的換熱器常見問題進行了詳盡的分析，列舉了換熱器制作中應注意的一些關鍵點，提出了換熱器制造廠家在制造中需要注意的問題。

關鍵詞：換熱器；制造；密封性；安全性

中圖分類號：TQ051.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）04-0088-01

在煤化工企業中換熱器的應用非常廣泛，換熱器出現問題的話對煤化工的生產影響很大。為了避免管殼式換熱器在制造中出現問題，本文對管殼式換熱器制造中常見的問題做了總結分析，同時提出了注意事項。

1 換熱器運行中出現問題的原因

換熱器運行中出現問題的原因主要有三個方面[1]：（1）換熱器的設計選型出現問題。換熱器的設計選型不符合工藝要求，導致運行中出現運行不穩定，不能滿足工藝要求等問題。（2）換熱器的操作不符合規定。換熱器雖然是一種常規設備，但是也需要正規的工藝操作的，冷熱端的進出口壓力、流量、溫度都是有操作要求的，所以在操作之前一定要熟悉工藝，熟讀操作規程，避免操作失誤導致換熱器運行不穩定甚至停機。（3）換熱器制造不符合要求。換熱器的制造有相應的制作標準，如果制造換熱器時不符合標準規定，那么換熱器在工藝運行中就會出現換熱器泄漏、換熱器短路、達不到換熱效果等問題。

2 換熱器制造過程中需要特別注意的問題

下面列舉出換熱器制造過程中需要特別注意的幾點[2]：

（1）換熱管材料要按相應標準采購，應有質量合格證書。根據GB150-2011的要求，換熱管的尺寸精度等級應選用高級精度。若換熱管出廠時只做了渦流檢查而未做水壓試驗（注：相關標準允許用渦流檢查代替水壓試驗），對于U形換熱器還必須在彎制成形后再逐根進行水壓試驗合格后才能轉下道工序。同時應特別注意的是，GB/T8163中的10、20剛和Q345D鋼管不得用于換熱管。（2）換熱器制造廠家在對管板進行加工時經常會擴大管孔直徑，這樣便于穿管，減少穿管的工作強度。這種做法會導致換熱管與管板之間的間隙增大，如果換熱管與管板采用強度焊的連接方式，那么換熱管與管板之間的縫隙就會導致換熱器運行時介質大量殘留，工作時間一長，換熱管與管板的角焊縫就會被介質腐蝕，換熱器就出現泄漏。所以在換熱器制造過程中，應嚴格按照圖紙要求加工管孔直徑。（3）換熱器管板開孔要符合相應的工序，對于固定管板式換熱器，兩端管板的管孔是相對應的，同時折流板開孔也是相對應的，如果開孔有偏差，換熱器將無法組裝換熱管，即使強行組裝成功，換熱管也是受到很大的應力，長期運行換熱管會出現斷裂，導致換熱器泄漏。所以在加工管孔時要采用管板與折流板（或支撐板）疊裝一起配鉆管孔，做出相應配對標記及順序號。管束組件組裝時，應保證管板，折流板（或支撐板）中心應在同一軸心線上，且垂直于管板端面，便于順利裝配換熱管。（4）殼程筒體在制作時要嚴格控制最大直徑與最小直徑之差，其內表面焊縫要打磨至與母材平齊，并用整圓樣板對筒體內套裝順利通過后，再組裝管束組件。套裝管束組件應有專用工裝吊裝，不得損傷換熱管。（5）在完成換熱管與管板的焊接時，先焊完第一道焊縫后，殼程內通入低壓壓縮空氣對焊縫檢漏，確認第一道焊縫無缺陷后，再進行第二道焊縫焊接，其焊縫還可增滲透檢測以保證接頭質量。（6）換熱管與管板焊接后要求進行貼脹或強度脹接的換熱器。脹接應采用液壓脹接、盡量不采用機械脹接，尤其雙相鋼等特殊材質的換熱管不宜采用機械脹。液壓脹接不但能夠避免換熱管受到機械損傷，還能保證換熱管不產生軸向伸長。在實際運行中，換熱管與管板連接處一直是管殼式換熱器中最薄弱的環節之一，最容易發生破壞導致換熱器泄漏，其中脹管率控制不當是主要原因之一。對不同材質、不同規格換熱管的換熱器，凡是有貼脹或強度脹接要求的，必須先做同材質、同規格的換熱管的模擬脹接試驗。換熱管脹后分別進行內徑測量、水壓試驗、拉脫試驗及換熱管脹接后與管板換熱管孔貼合情況檢查，以便確定機械脹管時的電機功率（以電流強度值為準），液壓脹管的液壓壓力。（7）焊接質量是換熱器制造上的關鍵。換熱管與管板焊接時，在焊縫兩側形成熱影響區，這是焊接接頭的薄弱部位，容易產生殘余變形和殘余應力，即容易形成應力腐蝕的基本條件。若遇到腐蝕環境的影響，例如在H2S、OH-等環境中（奧氏體不銹鋼在Cl-、OH-等環境中），就會發生應力腐蝕開裂，造成換熱器管接頭處泄漏。管子與管板之間的縫隙處液體的殘留，與縫隙外液體形成濃差電池，引起縫隙腐蝕，也會造成換熱管接頭處泄漏。（8）存在應力腐蝕的換熱器，除標準規范要求的焊接接頭等需進行相應熱處理外，換熱管與管板的焊接接頭也應進行消應力處理。

3 結語

綜上所述，管殼式換熱器雖然是常規設備，無論從設備設計、換熱效率及制作方面都有其優勢，但同時也有一定的特殊性。因此我們無論在設計、制作過程中都應嚴格遵守相關的規定及要求，才能使設備的安全得以保證、功用得以發揮。

參考文獻

[1]李平瑾，徐道榮，主編.鋼制壓力容器焊接技術及焊工問答[M].北京：機械工業出版社，2004.

[2]秦曉鐘，編.壓力容器用鋼手冊（二）[M].機械工業出版社，1995.