淺談纏繞管式換熱器管束質(zhì)量控制

呂炯怡

（大慶石油化工機(jī)械廠，黑龍江 大慶 163000）

1 纏繞管式換熱器結(jié)構(gòu)

纏繞管式換熱器管束的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要是由換熱管、中心筒、平墊條、管板等組成的，換熱管緊密的纏繞在在中心筒的外圍，按螺旋線的形狀逐層交替纏繞。相鄰上下兩層換熱管的纏繞方向是完全相反的，兩層換熱管之間需要用金屬墊條將換熱管隔離開，形成殼程介質(zhì)流通的管路。

圖1

2 材料的入廠檢驗(yàn)

換熱管是纏繞管式換熱器管束的主要受壓元件，所以必須要進(jìn)行入場的檢驗(yàn)，只有保證了主要受壓原件的質(zhì)量控制后才能進(jìn)一步保證整體換熱器的質(zhì)量。不銹鋼管換熱器管程的壓力一般都比較高，國內(nèi)采用的換熱管一般分為兩種形式：一種是無縫鋼管對接環(huán)縫；第二種直接采用焊接管。第一種鋼管在焊接時必須要采用對接自動焊，每一個對接的接頭都要進(jìn)行無損檢測，以確保換熱管焊縫性能的良好。第二種換熱管的縱向焊縫較長，焊縫的焊接強(qiáng)度、性能較弱，在經(jīng)過在線的固溶處理后，必須要進(jìn)行在線的渦流檢測。同時還要有壓扇、擴(kuò)口試驗(yàn)以及其他力學(xué)性能試驗(yàn)，只有全部合格后，該換熱管方可投入使用。

入廠檢查時，要對換熱管的管體在纏繞換熱管前，采用專用的工裝對換熱管逐根進(jìn)行2倍于設(shè)計(jì)壓力的水壓試驗(yàn)，保證一次合格后方可投入使用。

3 中心筒制作

（1）按照圖紙尺寸檢查各零部件的下料尺寸，確保下料長度，偏差值在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。零部件外表面要進(jìn)行清理，去除油污，保證后期焊接質(zhì)量。（2）支撐管、筋板、端板、管板之間進(jìn)行組焊。首先確定方位，在管板上進(jìn)行標(biāo)注，然后按照圖紙要求進(jìn)行組對，保證支撐管與筒體之間的同軸度、管板與支撐管同軸度能夠達(dá)到工藝要求。兩側(cè)管板組對后要測量其水平度，焊接時還要注意防止焊接的變形。中心筒整體尺寸的控制與圖紙對應(yīng)。做好同軸度的檢查（支撐管與中心筒，管板與中心筒)。在管板邊緣做好角度標(biāo)記，有利于后序操作。

4 中心筒繞管前的準(zhǔn)備

在纏繞換熱管之前，在繞管機(jī)和中心筒上分別劃出定位線，首先點(diǎn)焊平墊條，異形墊條再劃出參考螺旋線后，然后層層緊密的將換熱管繞在中心筒上，并且使用專用的卡箍焊接固定。需注意在點(diǎn)焊時焊接電流大小的控制，和對焊工熟練度的要求，否則很容易出現(xiàn)漏流或者熔穿現(xiàn)象。（在繞管前，應(yīng)調(diào)整中心筒高度，使中心筒軸線與繞管的機(jī)中心線在同一條直線上，這樣繞管機(jī)轉(zhuǎn)動時能更平穩(wěn)，避免受力不均。）

5 管束的繞制

（1）不銹鋼的換熱管因材質(zhì)的問題導(dǎo)致了在彎曲或者纏繞時候很難改變其形狀特點(diǎn)。在纏繞時要保證所有換熱管間的間距都是一致的，做到間距的均勻，使相鄰兩根管子在繞制后相互間隙要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求范圍內(nèi)，不能出現(xiàn)間隙時大時小，否則就會造成操作介質(zhì)出現(xiàn)偏流，從而影響整體的換熱效果。（2）端部換熱管在折彎的過程中要自然的過渡。在穿入管板前，換熱管要經(jīng)過多次折彎才能穿入管板，所以在折彎的過程中必須要保證換熱管圓滑自然的過渡，以達(dá)到避免換熱管可能會產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力的目的，從而影響外觀質(zhì)量。（3）異形條墊能起到換熱管定位的作用，必須要等分均勻，從而保持螺旋角與換熱管相同，相接觸部位要圓滑過渡。（4）由于換熱管是盤形供貨。所以在纏繞換熱管前需要設(shè)立校直的機(jī)構(gòu)，校直后的換熱管能起到塑性變形的作用，防止繞管時出現(xiàn)回彈的現(xiàn)象。（5）在兩塊管板所相對應(yīng)的位置做好標(biāo)記，以保證同管程的換熱管能夠正確的引導(dǎo)至對應(yīng)的管板區(qū)內(nèi)。（6）繞管過程中最常見的問題就是出現(xiàn)“啞鈴”的形狀，外形為兩端粗、中間細(xì)。所以在繞制過程中必須要提前預(yù)防靠近管板兩端處的換熱管外彈，控制變形量，減小芯子穿入殼體過程的困難。

6 通球試驗(yàn)

首層換熱管繞制完成后按換熱管數(shù)量的百分比進(jìn)行通球試驗(yàn)，通球直徑為換熱管內(nèi)徑的70%。目的一是檢查換熱管的圓度變形量是否滿足設(shè)計(jì)要求，二是檢查換熱管內(nèi)壁的光滑程度，如果不達(dá)標(biāo)都是要拆開重新繞制。

7 逐層水壓試驗(yàn)

繞管完成后要用專用的工裝對換熱管逐層逐根的進(jìn)行水壓試驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)有換熱管泄漏則應(yīng)立刻更換換熱管。

8 繞管變形量的控制

纏繞管式換熱器的換熱管需要一層一層的纏繞在中心筒上，當(dāng)換熱管的外壁在有外力腐蝕作用的環(huán)境下時，可能會出現(xiàn)的狀況是我們應(yīng)該分析和解決的問題。我們得知換熱器中心筒的直徑大小，會直接影響外壁換熱管纏繞后的變形量的大小。直徑比較大的換熱管還有可能會出現(xiàn)內(nèi)壁褶皺。要保證中心筒纏繞后的質(zhì)量，就需要根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果來得到一個最為合理的最小中心筒規(guī)格。

9 換熱管與管板連接焊接接頭的質(zhì)量控制

在絕大部分的纏繞管式換熱器中，換熱管與管板之間的密封一般采用強(qiáng)度焊的方式進(jìn)行。所以管頭的焊接質(zhì)量成了纏繞管式換熱器質(zhì)量控制的最關(guān)鍵點(diǎn)。在管束制造完成后會采用殼程壓力試驗(yàn)及其它的泄漏試驗(yàn)來檢查換管頭的焊接質(zhì)量。有時對于要求比較嚴(yán)格的使用場所，還要求對換熱管焊接接頭進(jìn)行氦滲漏檢測來保證焊接質(zhì)量。目前，我們對質(zhì)量的控制一般還采用先干活后檢查控制的方法，無論是在焊接還是脹接上沒有充足的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)的積累，只能判斷出是否有泄漏，然后再針對泄漏的地方進(jìn)行返修。因此，需要深入的對進(jìn)行換熱管與管板連接質(zhì)量進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析，保留大量的一手檢查數(shù)據(jù)（如圖2）。

10 換熱管與管板焊接

圖2

為了能夠做到管頭焊接過程控制，對換熱管與管板焊接接頭進(jìn)行一定比例的射線檢測是非常有益的。換熱管與管板的焊接過程中要保證管頭的焊接質(zhì)量，換熱管焊接接頭中經(jīng)常會出現(xiàn)的焊接缺陷有夾渣、未焊透、表面裂紋、未熔、氣孔等。當(dāng)有焊接缺陷出現(xiàn)時，一定要及時處理，通過返修的方法將缺陷及時清除。大型的纏繞管式換熱器換熱管的數(shù)量很多，質(zhì)量控制中經(jīng)常采用抽樣檢查的方法進(jìn)行檢查。根據(jù)換熱管與管板焊接的工藝對一定數(shù)量的焊接接頭按 照射線檢測工藝進(jìn)行檢測。如果檢測數(shù)量的范圍內(nèi)存在有缺陷的接頭數(shù)量低于標(biāo)準(zhǔn)的要求，則表示選取檢查的換熱管管頭的焊接質(zhì)量比較良好，抽樣檢查可以結(jié)束。如果所檢查的管頭有缺陷的數(shù)量達(dá)到或超過標(biāo)準(zhǔn)所要求的數(shù)值，則所有的焊接接頭都應(yīng)該進(jìn)行100%的射線檢測。

11 脹接

脹接是接頭密封的關(guān)鍵步驟。因?yàn)槊浗拥墓茏右话愣际怯锌p管，所以對于脹接的脹值的選擇就顯得尤為重要。脹值過大就會出現(xiàn)過脹，很可能會出現(xiàn)焊縫開裂。需要選擇有經(jīng)驗(yàn)的鉚工嚴(yán)格按工藝進(jìn)行操作。

12 結(jié)語

區(qū)別于常見的直管式換熱器，螺旋纏繞管式換熱器的換熱管束的分布是按照每一層不同的管束數(shù)量，相同的角度反向進(jìn)行纏繞，在換熱管殼體內(nèi)均勻分布的換熱管，同時還需要保持標(biāo)準(zhǔn)要求的管間距和層間距。這樣不僅使換熱管的長度增加了，有充足的流程使介質(zhì)流通并保持熱交換，同時分散了熱能。在實(shí)際的使用過程中，將會大大的提高換熱器的換熱效率與導(dǎo)熱的能力。

[1] 劉克安.纏繞式換熱器節(jié)能特點(diǎn)分析[J].石油化工建設(shè),2011.

[2] 何文豐.纏繞管式換熱器在加氫裂化裝置的首次應(yīng)用[J].石油化工設(shè)備技術(shù),2008.

[3] 徐學(xué)才.螺旋纏繞管式換熱器的設(shè)計(jì)、制造及工程應(yīng)用[J].化工與醫(yī)藥工程》-2012.