不銹鋼雙管板熱交換器脹接技術(shù)

丁 勇 孫錄林 張文才

(中油二建蘇州蘭江工程公司)

影響熱交換器質(zhì)量的重要因素之一是換熱管與管板的接頭連接情況。在石油化工生產(chǎn)裝置中，對管程和殼程介質(zhì)的相互隔離要求更高：一是兩種介質(zhì)接觸后會產(chǎn)生腐蝕或化學(xué)反應(yīng)；二是兩種介質(zhì)接觸后會引起易燃、易爆或有毒介質(zhì)的擴散[1]。為了防止以上情況的發(fā)生，一般采用雙管板結(jié)構(gòu)來達到將介質(zhì)隔離的目的。某化工集團6萬t/a減水劑項目的6臺反應(yīng)回路換熱器采用(管板：S30408Ⅲ；管子：S31608)雙管板結(jié)構(gòu)來保證換熱效果。筆者通過模擬樣品制造和工評制作，最終選擇了合理的工藝方案，制造出了合格的產(chǎn)品。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)及制造技術(shù)難點分析

換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示，為U形管式，兩管板密封面間距200mm。在組裝過程中，管板加工尺寸要精確，管板與管子的組裝尺寸和管頭伸出長度定位一定要準(zhǔn)確，否則不能保證脹接質(zhì)量。殼程管板的密封依靠脹接連接，屬于深孔脹接，這是直接影響熱交換器最終質(zhì)量的因素。因為深孔脹接不易觀察，確定合理的脹接參數(shù)是關(guān)鍵。如發(fā)現(xiàn)泄漏再進行補脹，換熱管材料本身會產(chǎn)生加工硬化，多次補脹更不易保證脹接質(zhì)量。深孔脹接在耐壓試驗時無法觀察具體泄漏點，所以需用合理的試壓方法才能驗證脹接效果。

圖1 雙管板設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖

2 模擬樣品制作

在脹接前先要做模擬樣品，主要是通過它來確定脹接方法和脹接參數(shù)。目前國內(nèi)主要用機械脹接和柔性脹接(或稱均勻脹接)兩種方法。由于柔性脹接受各種因素(橡膠性能、管子和管板精度、脹接成本)影響較大，作為靠脹接密封的換熱設(shè)備采用機械脹接的較多[2]。此次筆者采用DN300mm管板模擬樣品制作來確定機械脹接參數(shù)。常用脹接參數(shù)K主要有兩種確定方法。

K值以管壁減薄率計算(適用范圍見表1)：

式中d2——脹后管子內(nèi)徑，mm；

D——管板孔直徑，mm；

S1——脹前管壁厚度，mm；

S2——脹后管壁厚度，mm。

表1 管壁減薄率適用范圍

K值以內(nèi)徑增大率計算(適用范圍見表2)：

式中d0——脹前管子外徑，mm；

d1——脹前管子內(nèi)徑，mm；

d2——脹后管子內(nèi)徑，mm；

D——管板孔直徑，mm。

表2 內(nèi)徑增大率適用范圍

注：此次管子規(guī)格為φ19mm×2mm。

在做脹接試驗前，按照經(jīng)驗參數(shù)選擇內(nèi)徑增大率K值為3.0%來調(diào)整脹管器數(shù)值(脹管器數(shù)值與K值有對應(yīng)關(guān)系，無量綱)，對模擬樣品進行試脹。模擬樣品脹接后進行耐壓試驗和氨滲漏檢驗，結(jié)果無滲漏。對模擬樣品進行了管孔脹接剖面試驗(圖2)，對所有剖面脹接部位經(jīng)精確測量后，算出壁厚減薄率K值在7%～8%范圍內(nèi)，內(nèi)徑增大率K值在2.7%～3.1%范圍內(nèi)。以上模擬樣品脹接數(shù)據(jù)驗證了脹接參數(shù)的準(zhǔn)確性。

圖2 管孔脹接剖面圖

3 制造過程控制

圖3 管板支撐定位

脹接時要精確測量脹桿長度，嚴格按照模擬樣品確定的脹接工藝參數(shù)進行脹接。由于是機械脹接，脹后還要注意管內(nèi)潤滑油的清洗。在進行殼程試壓時，通過水壓試驗液體滲漏和氨滲漏來觀察中間腔體脹接密封情況；在測試中間腔體時，把換熱器殼體拆掉，在殼程側(cè)可觀察到脹接滲漏情況。通過對脹接部位正、反兩面多次檢測，能更好地檢測脹接質(zhì)量[3]。

4 結(jié)束語

雙管板熱交換器制造過程相對復(fù)雜，在制造過程中一定要保證兩管板的裝配精度，使用合理的脹緊率，盡量采用模擬樣品先期進行試驗，確定合格的制造參數(shù)，才能保證脹接質(zhì)量一次合格。

[1] 李繼峰.雙管板熱交換器設(shè)計及制造[J].石油化工設(shè)備,2013,42 (5):42～45.

[2] 施建平.換熱器制造中滿足脹管率的機械脹接試驗研究[J].壓力容器,2001,18(3):7～12.

[3] GB151-1999,管殼式換熱器[S].北京：國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，2000.