鋼管作圓筒的熱交換器設(shè)計(jì)與制造

李崇勇 劉 銳 張 光

（中國石油遼陽石油化纖公司機(jī)械檢修部 遼陽 111003）

鋼管作圓筒的熱交換器設(shè)計(jì)與制造

李崇勇 劉 銳 張 光

（中國石油遼陽石油化纖公司機(jī)械檢修部 遼陽 111003）

熱交換器管束能否順利穿入殼體，不僅關(guān)系制造的可靠性，而且更影響使用與維修。以一臺浮頭式冷卻器在制造過程中發(fā)生管束難以穿進(jìn)殼體為例，對鋼管作殼體圓筒的熱交換器設(shè)計(jì)與制造的相關(guān)問題進(jìn)行了分析討論，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，為保證管束順利裝入殼體，不僅要注重折流板外徑根據(jù)鋼管實(shí)測最小內(nèi)徑確定，而且尚應(yīng)根據(jù)鋼管的實(shí)測最小內(nèi)徑確定相關(guān)元件如殼體法蘭內(nèi)徑。較為合理的解決方案是，在熱交換器設(shè)計(jì)時(shí)，殼體圓筒用鋼管外徑與壁厚一經(jīng)確定，就應(yīng)預(yù)先訂購鋼管并要求鋼管廠給出鋼管的實(shí)測最小內(nèi)徑值，而制造工藝也應(yīng)對鋼管實(shí)測最小內(nèi)徑值提出復(fù)驗(yàn)控制。

熱交換器 鋼管圓筒 折流板外徑

一臺臥式浮頭冷卻器在制造過程中發(fā)生管束難以穿進(jìn)殼程圓筒問題，組裝人員檢查發(fā)現(xiàn)，折流板外徑較殼體圓筒內(nèi)徑偏大。

查施工圖設(shè)計(jì)選用鋼管作殼體圓筒，浮頭式冷卻器為BES325-0．9/0．8-11-4/25-4I型[1]，技術(shù)特性見表1。殼體圓筒選用20鋼φ325×10 GB 9948[2]的熱軋普通級鋼管，而弓形折流板則選用厚度6mm的Q235-B鋼板，外圓直徑即φ302．5～303。

表1 技術(shù)特性

查GB 9948表1鋼管外徑和壁厚允許偏差，對于熱軋普通級鋼管，φ325鋼管的外徑允許偏差為±1%D，而對于壁厚10mm的下偏差－10%S上偏差＋15%S。由此，對于φ325×10鋼管的內(nèi)徑可能在φ298．75～φ310．25范圍內(nèi)。由此可見，僅考慮折流板外徑加工偏差與鋼管內(nèi)徑范圍值，難免出現(xiàn)管束穿不進(jìn)殼體圓筒的情況。鋼管作圓筒時(shí)施工圖設(shè)計(jì)與制造工藝應(yīng)如何進(jìn)行為合理？

1 圖樣設(shè)計(jì)

GB/T 151中6．8．2．2．1中規(guī)定：DN≤400管材作圓筒時(shí)，折流板的名義外徑（大于浮動管板外徑Dimin－6）為管材實(shí)測最小內(nèi)徑減2mm。所以，折流板設(shè)計(jì)圖樣標(biāo)注的外徑名義尺寸為Dimin－2（Dimin為管材實(shí)測最小內(nèi)徑）。但設(shè)計(jì)圖樣如此標(biāo)注，不僅需要制造加工時(shí)配合實(shí)施，即材料供應(yīng)部門在驗(yàn)收管材時(shí)測量管材的最小內(nèi)徑，并將驗(yàn)貨單所實(shí)測的尺寸傳送給下序，以確定折流板的名義外徑等元件的相關(guān)尺寸；而且尚需圖樣設(shè)計(jì)考慮與殼體圓筒相連接的其他元件如殼體法蘭及外頭蓋側(cè)法蘭的內(nèi)徑確定。

對此案例，首先需要圖樣設(shè)計(jì)考慮的問題是，殼體圓筒與法蘭強(qiáng)度計(jì)算時(shí)需要輸入的內(nèi)徑。鑒于GB 9948普通級熱軋鋼管的壁厚10mm時(shí)下偏差為－10%S＝－1mm，即鋼管最小壁厚為9mm，小于圖樣標(biāo)注厚度。所以，設(shè)計(jì)應(yīng)要求材料采購時(shí)，按GB 9948中的公稱外徑（D）和最小壁厚（Smin）交貨。此時(shí)，鋼管壁厚的允許偏差：下偏差為0，上偏差為＋25%Smin。即φ325×10鋼管的壁厚范圍值為10～12．5mm；而鋼管的外徑允許偏差仍為±1%D。由此得到φ325×10鋼管的內(nèi)徑范圍值φ296．75～φ308．25。由于鋼管的最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑差值為11．5mm，對于殼體的圓筒強(qiáng)度計(jì)算輸入內(nèi)徑取大值即可，但對于法蘭設(shè)計(jì)計(jì)算就很難確定內(nèi)徑值。故此，尚需材料供應(yīng)事先尋購φ325×10鋼管的實(shí)測最小內(nèi)徑，然后反饋給設(shè)計(jì)以確定殼體圓筒和法蘭的內(nèi)徑。可見，設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)預(yù)先訂購圓筒用鋼管。

至于殼體法蘭的設(shè)計(jì)與計(jì)算，鑒于本案例的腐蝕裕量為2mm，而管法蘭標(biāo)準(zhǔn)HG/T 20592[3]沒有給出適合的腐蝕裕量，但容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47023[4]卻給出了腐蝕裕量適用于3mm。所以，殼體法蘭可參照NB/T 47023中DN300的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，而外頭蓋側(cè)法蘭則可參照GB/T 29465[5]進(jìn)行。

2 制造工藝

綜上所述，由于鋼管作殼體圓筒的特殊性，即鋼管的外徑偏差與壁厚偏差導(dǎo)致鋼管的內(nèi)徑不確定性，由此給熱交換器的設(shè)計(jì)與制造增添了麻煩。較為合理的解決方案是，熱交換器設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)方案（鋼管外徑與壁厚）一經(jīng)確定，就應(yīng)預(yù)先訂購鋼管并要求鋼管廠給出鋼管實(shí)測最小內(nèi)徑值，如此確定相關(guān)元件如殼體法蘭內(nèi)徑、折流板外徑等尺寸。這種方案較適合于容器制造廠的設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)，便于與廠供應(yīng)部門溝通。所以，熱交換器制造對于鋼管作殼體圓筒的施工圖，不論是本廠設(shè)計(jì)的，還是其他設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的，也不論設(shè)計(jì)圖樣對鋼管直徑及相關(guān)元件的直徑尺寸如何標(biāo)注，制造工藝都應(yīng)要求復(fù)驗(yàn)鋼管的實(shí)測最小內(nèi)徑，并應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

1）對鋼管實(shí)測最小內(nèi)徑、殼體法蘭內(nèi)徑及折流板外徑等控制點(diǎn)提出控制。首先，要求材料供應(yīng)部門驗(yàn)收鋼管時(shí)復(fù)驗(yàn)實(shí)測最小內(nèi)徑。然后視情況與設(shè)計(jì)溝通，確認(rèn)相關(guān)元件如殼體法蘭內(nèi)徑及折流板外徑尺寸，即相關(guān)元件如殼體法蘭內(nèi)徑及折流板外徑尺寸根據(jù)鋼管實(shí)測最小內(nèi)徑確定；

2）按鋼管實(shí)測最小內(nèi)徑確定與殼體圓筒相連接的元件尺寸如殼體法蘭內(nèi)徑等，并使加工尺寸在圖樣要求的公差范圍內(nèi)，以保證組裝工序組對殼體圓筒與殼體法蘭內(nèi)表面齊平，盡量減小對接錯邊量，為裝穿管束掃平障礙；

3）同時(shí)合理制定接管與殼體圓筒組裝的焊接工藝，有效控制殼體接管焊接時(shí)的圓筒變形，保證圓筒的圓度在公差范圍內(nèi)，避免圓筒成扁圓形或塌陷而影響管束的順利組裝。

3 結(jié)束語

1）鋼管作殼體圓筒的熱交換器設(shè)計(jì)與制造，為保證管束順利組裝穿入殼體，不僅要注重折流板外徑尺寸根據(jù)鋼管實(shí)測最小內(nèi)徑確定，而且尚應(yīng)根據(jù)鋼管的實(shí)測最小內(nèi)徑確定相關(guān)元件如殼體法蘭內(nèi)徑；2）較為合理的解決方案是，當(dāng)熱交換器設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)方案（鋼管外徑與壁厚）一經(jīng)確定，就應(yīng)預(yù)先訂購鋼管并要求鋼管廠給出鋼管實(shí)測最小內(nèi)徑值，而制造工藝也應(yīng)對鋼管實(shí)測最小內(nèi)徑值提出復(fù)驗(yàn)控制，并以此為依據(jù)確定折流板外徑與殼體法蘭內(nèi)徑等相關(guān)元件的加工尺寸；

3）此方案也適用于鋼管作殼體圓筒的固定管板式或U形管式等熱交換器的設(shè)計(jì)與制造。

[1] GB/T 151—2014 熱交換器[S].

[2] GB 9948—2013 石油裂化用無縫鋼管[S].

[3] HG/T 20592—2009 鋼制管法蘭[S].

[4] NB/T 47027—2012 壓力容器長頸對焊法蘭[S].

[5] GB/T 29465—2012 浮頭式熱交換器用外頭蓋側(cè)法蘭[S].

Design and Manufacture of Heat Exchangers with Cylindrical Shell Made from Steel Pipe

Li Chongyong Liu Rui Zhang Guang
(Petrochina Liaoyang Petrochemical Fibre Company Machinery Maintenance Department Liaoyang 111003)

If the shell of heat exchangers can be penetrated by the tube bundle easily is not only important to the reliability of manufacture, but also important to the service and maintenance. Take a heat exchanger whose shell cannot be penetrated by the tube bundle, for instance, the analysis and discussion of the relative issues about design and manufacture of heat exchangers whose cylindrical shell is made from steel pipe have be done. The result is that, to ensure that the shell of heat exchangers can be penetrated by the tube bundle easily, not only should we pay attention on the determination of the outside diameter of baffles in accordance with the minimum actual measured inside diameter of steel pipe, but also we should determine the inside diameter of the considered elements such as shell fange in accordance with the minimum actual measured inside diameter of steel pipe. The more rational solution is that, not only should the manufacturer order the steel pipe in advance and should ask the steel tube works to tell him the minimum actual measured inside diameter of steel pipe, but also the manufacturing procedures shall require the retest control for the minimum actual measured inside diameter of steel pipe once the outside diameter and thickness of steel pipe which is used to made the cylindrical shell is determined for the design of heat exchangers.

Heat exchangers Cylindrical shell made from steel pipe Outside diameter of baffes

X924

B

1673-257X（2017）03-0042-02

10．3969/j．issn．1673-257X．2017．03．008

李崇勇(1982～)，男，本科，工程師，從事壓力容器建造工作。

2016-08-11）