雙管板蒸汽加熱器的制造

摘 要：蒸汽加熱器在冶金及化工行業(yè)用的空分設(shè)備中被廣泛采用。但是，傳統(tǒng)的蒸汽加熱器存在較多問題。基于此，本文制造了一款雙管板蒸汽加熱器，主要敘述空分流程中使用的雙管板蒸汽加熱器的基本結(jié)構(gòu)和在制造過程中的控制要點(diǎn)及檢驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞：雙管板蒸汽加熱器;結(jié)構(gòu);內(nèi)管板;換熱管

中圖分類號：TQ116.11;TQ051.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）25-0054-02

1 純化系統(tǒng)流程

蒸汽加熱器是空分設(shè)備純化系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，直接影響純化再生系統(tǒng)的性能。純化系統(tǒng)是利用吸附劑——分子篩來吸收空氣中的水分、CO2和乙炔、碳?xì)浠衔锏入s質(zhì)，以保證進(jìn)入制冷、精餾系統(tǒng)氣體的純度。而吸附劑的再生，目前工業(yè)上多采用加溫再生法（TSA），通過加熱純化系統(tǒng)中分子篩的再生氣體，使之達(dá)到解吸溫度，對分子篩進(jìn)行反吹，實(shí)現(xiàn)再生。加熱再生氣體可采用電加熱或蒸汽加熱。無論選擇哪一種加熱方式，在流程上都需要考慮能耗問題。冶金行業(yè)和化工企業(yè)一般都有大量的余熱，采用余熱蒸汽代替電加熱器，將余熱鍋爐獲得的蒸汽用于分子篩純化器的再生，能有效節(jié)約能源消耗。因此，蒸汽加熱器在冶金及化工行業(yè)用的空分設(shè)備中被廣泛采用。

在空分流程中，應(yīng)嚴(yán)格控制再生氣體，其中不能含有油和水分，再生氣含有油和烴類，容易引起分子篩出現(xiàn)“中毒”現(xiàn)象，無法解吸;含有水分將影響吸附劑的再生完善程度，進(jìn)而影響再生后的吸附劑的吸附能力。因此，在具體流程中，一般將從精餾系統(tǒng)中引出的干氮?dú)庾鳛樵偕鷼怏w。

對于再生氣體，既要求氣源的純度，又要求在產(chǎn)品連續(xù)運(yùn)行過程中其加熱不被污染，這對再生氣體加熱裝置——蒸汽加熱器提出了較高的要求。經(jīng)過引進(jìn)和消化相關(guān)技術(shù)，開封空分集團(tuán)有限公司采用了雙管板蒸汽加熱器結(jié)構(gòu)，有效防止了干氮?dú)獗晃廴?。由于采用了雙層管板，使這種以蒸汽作為加熱介質(zhì)的換熱器的制造、檢驗(yàn)難度大為提高。通過不斷地進(jìn)行實(shí)踐摸索和采用新技術(shù)，對這種換熱器的制造，開封空分集團(tuán)有限公司積累了一些實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。本文主要對空分用雙管板蒸汽加熱器的制造要點(diǎn)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)性介紹，僅供參考。

2 雙管板蒸汽加熱器的結(jié)構(gòu)及原理

雙管板蒸汽加熱器有內(nèi)、外兩層管板[1]，管板夾層處于通大氣的常壓狀態(tài)，殼程為加熱蒸汽，管程為污氮。在這種結(jié)構(gòu)下，一旦殼程蒸汽從內(nèi)管板泄漏，排到大氣中，會(huì)污染管程內(nèi)的污氮，而管程污氮從換熱管管端接頭泄漏，也漏到夾層內(nèi)。雙管板蒸汽加熱器的原理如圖1所示。

內(nèi)外管板的連接：內(nèi)管板與換熱管采用深孔脹接，應(yīng)保證不漏，外管板與換熱管采用強(qiáng)度焊接。

3 制造要點(diǎn)

3.1 內(nèi)管板與換熱管的脹接

內(nèi)管板脹接屬于深孔脹接，脹接質(zhì)量是整臺設(shè)備制造的關(guān)鍵。脹接方法通常采用強(qiáng)度脹接。強(qiáng)度脹接法的特點(diǎn)為：①脹接結(jié)構(gòu)簡單;②管子容易修補(bǔ);③脹緊力大，對管板孔內(nèi)表面的質(zhì)量要求不高。近年來，隨著管殼式換熱器大型化的發(fā)展，在脹管領(lǐng)域中又出現(xiàn)了柔性脹接法[2]。在選擇脹接方法時(shí)，應(yīng)結(jié)合各廠家的實(shí)際情況，綜合考慮具體產(chǎn)品的壓力等級、管板厚度、換熱管數(shù)量及直徑、管板孔的加工質(zhì)量控制程度及設(shè)備能力等因素。

3.2 內(nèi)管板脹接檢漏

內(nèi)管板的檢漏是在內(nèi)管板全部脹接完成、外管板焊接前進(jìn)行[3]，其對整臺設(shè)備至關(guān)重要。對內(nèi)管板進(jìn)行有效的脹接檢漏采取的方法較多。

根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，河南能源開封空分集團(tuán)有限公司采取單層浸沒式檢漏方法。這種方法是將設(shè)備立放，在殼側(cè)打入氣密性試驗(yàn)壓力的氣壓，采用專用設(shè)備對芯子單面進(jìn)行檢測，不僅檢漏定位準(zhǔn)確，而且對于微漏、大漏均可進(jìn)行有效判斷。該方法簡便易行，沒有任何危險(xiǎn)性，具有良好的可操作性。

3.3 外管板與換熱管的焊接

外管板管子與管板的焊接在內(nèi)管板全部脹接完成且檢漏合格后方可進(jìn)行。外管板管子與管板的焊接主要保證管程不得泄漏。根據(jù)產(chǎn)品要求，一般采用手工氬弧焊接或管板自動(dòng)氬弧焊接。

外管板的焊接必須考慮對已經(jīng)脹接合格的內(nèi)管板的影響。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，對于較大型設(shè)備，由于換熱管數(shù)量多，造成焊接變形大。根據(jù)實(shí)際檢測，對于直徑為1 400mm的外管板，焊接后外管板外表面突出約5～7mm，這種變形對內(nèi)管板的脹接會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，脹接接頭產(chǎn)生很大的軸向拉應(yīng)力，管子受拉伸長，換熱管本身導(dǎo)熱在內(nèi)管板脹接處產(chǎn)生熱變形，都將影響內(nèi)管板的脹接質(zhì)量。所以，外管板焊接過程中，應(yīng)采取措施盡量減小對內(nèi)管板脹接的影響。

根據(jù)產(chǎn)品的流程特性，管程為污氮，壓力低（管程壓力一般為0.1MPa）。為控制外管板的變形，焊接上可采用密封焊，采用小電流低速施焊，嚴(yán)格控制焊接電流，盡量減小焊接中線能量的輸入。焊接時(shí)，采用對稱分布焊接，同時(shí)采取降溫措施。這樣能有效降低外管板焊接對內(nèi)管板脹接的影響。

焊接外管板與換熱管時(shí)，對油污、水分等污物特別敏感，脹接時(shí)，換熱管和管板的縫隙中容易滲入水分等污物，管接頭焊接時(shí)受到高溫產(chǎn)生的氣體不易排出。所以，焊接過程中容易產(chǎn)生氣孔。脹接完畢后，對換熱管和管板的清理尤為重要。

管板管孔加工要求偏差小，管孔坡口要均勻，以保證管孔尺寸精度和表面粗糙度要求。換熱管在管板上的伸出長度控制在1.5～2mm。

施焊的焊接接頭要求符合《熱交換器》（GB/T 151—2014）[2]。焊接完畢后，對焊接接頭進(jìn)行滲透檢測，未發(fā)現(xiàn)氣孔、裂紋等焊接缺陷，符合《承壓設(shè)備無損檢測 第5部分：滲透檢測》（NB/T 47013.5—2015）標(biāo)準(zhǔn)的Ⅰ級合格。

3.4 壓力試驗(yàn)

根據(jù)結(jié)構(gòu)和管殼側(cè)介質(zhì)，按相關(guān)規(guī)定，對蒸汽加熱器應(yīng)采用液壓強(qiáng)度試驗(yàn)。但筆者認(rèn)為，對殼側(cè)的強(qiáng)度試驗(yàn)采用氣壓強(qiáng)度試驗(yàn)更合理。

由于殼側(cè)的強(qiáng)度試驗(yàn)是在內(nèi)管板全部脹接完成，并在內(nèi)管板的檢漏之前進(jìn)行的，液壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用的液體很可能對內(nèi)管板的微小漏孔產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響內(nèi)管板的檢漏質(zhì)量。

外管板上管子與管板的焊縫氣密性檢驗(yàn)，可在兩管板夾層沖相當(dāng)強(qiáng)度的氣壓進(jìn)行檢驗(yàn)焊接質(zhì)量。

待外管板上管子與管板的焊接結(jié)束后，必須再次對殼側(cè)進(jìn)行氣密性檢查，以檢測外管板的焊接對內(nèi)管板脹接是否造成影響。可通過兩管板的夾層進(jìn)行氣密性測量。

4 結(jié)語

空分設(shè)備中的蒸汽加熱器如果在使用中發(fā)生蒸汽側(cè)管-管板接頭滲漏，由于高溫蒸汽腐蝕速度較快，經(jīng)過一段時(shí)間后，將會(huì)由于蒸汽的沖蝕，使換熱管與管板脹接部位外壁出現(xiàn)蝕溝，形成蒸汽側(cè)的大漏。所以，雙管板蒸汽加熱器在生產(chǎn)車間制造過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制內(nèi)管板的脹接質(zhì)量。

蒸汽加熱器采用雙管板結(jié)構(gòu)，其合理性在于：設(shè)備在用戶現(xiàn)場使用過程中，如果內(nèi)管板發(fā)生了泄漏，能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而在泄漏蒸汽對再生氣體產(chǎn)生污染前，及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。

參考文獻(xiàn)：

[1]張秀麗，何玉偉.雙管板換熱器的設(shè)計(jì)及制造[J].通用機(jī)械，2007（12）：72-74.

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.熱交換器：GB/T 151—2014[S]北京：中國質(zhì)檢出版社，2015.

[3]劉保富，馬偉敬.雙管板換熱器的制造要點(diǎn)[J].壓力容器，2009（5）：60-63.