管殼式換熱器制造工藝分析

程龍

摘 要：管殼式換熱器是一種比較傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)熱交換裝置，由于其具有較多的優(yōu)點(diǎn)，因此在石化行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷發(fā)展，對(duì)管殼式換熱器的制造質(zhì)量有了更加嚴(yán)格的要求。該文對(duì)管殼式換熱器的制造工藝進(jìn)行分析，希望在制造質(zhì)量方面能夠得到進(jìn)一步的改善。

關(guān)鍵詞：管殼式換熱器；制造工藝；材料檢驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TH12 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

管殼式換熱器又稱列管式換熱器，是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。與其他類型的換熱器相比，管殼式換熱器的承壓能力較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)較為緊固，用材比較廣泛，維修拆卸比較方便，生產(chǎn)成本低，能夠適應(yīng)高溫高壓的生產(chǎn)環(huán)境，因此在石油化工領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛。在科技快速發(fā)展的時(shí)代背景下，對(duì)管殼式換熱器的制造工藝和質(zhì)量也提出了更高的要求，其制造質(zhì)量直接關(guān)系到工業(yè)生產(chǎn)的安全性，因此應(yīng)該對(duì)制造工藝給予高度重視。

1 管殼式換熱器的制造工藝

1.1 材料管理與檢驗(yàn)

雖然管殼式換熱器的用材比較廣泛，但是對(duì)材料的質(zhì)量有較高的要求，材料的質(zhì)量直接關(guān)系到換熱器的制造質(zhì)量，因此要做好材料的管理和檢驗(yàn)。在材料管理方面，應(yīng)該嚴(yán)格區(qū)分有害成分與無害成分的材料，避免二者混放。對(duì)于達(dá)到使用壽命周期的產(chǎn)品，分情況對(duì)其進(jìn)行回收利用或者采用適宜的工藝方法進(jìn)行處理，避免對(duì)環(huán)境造成污染。

在選擇制造材料時(shí)，應(yīng)該對(duì)材料的焊接試板進(jìn)行拉伸、彎曲以及沖擊的力學(xué)性能試驗(yàn)，每個(gè)試驗(yàn)都要嚴(yán)格遵守試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，為后期的制造工藝提供質(zhì)量保障。在材料檢驗(yàn)方面，鋼材作為主要材料，其質(zhì)量和規(guī)格應(yīng)該符合國家和行業(yè)規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其中的受壓元件以及直接與受壓元件焊接的非受壓元件用的鋼材，一定要有質(zhì)量證明書。針對(duì)設(shè)備的使用條件，應(yīng)該嚴(yán)格監(jiān)控材料的供貨狀態(tài)，在必要的情況下，可對(duì)材料進(jìn)行化學(xué)成分、機(jī)械性能以及超聲波檢驗(yàn)。對(duì)于盛裝高度危害毒性介質(zhì)、液化石油氣、壓力大于10 MPa的壓力容器，應(yīng)該進(jìn)行超聲波檢測，以確保質(zhì)量符合材料要求的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 焊接方式

焊接是管殼式換熱器制造工藝中最為重要的環(huán)節(jié)，由于各個(gè)元件是通過焊接組合在一起的，因此焊接質(zhì)量對(duì)整個(gè)制造工藝而言非常關(guān)鍵。比較常用的焊接方式有手工電弧焊、埋弧自動(dòng)焊、氣體保護(hù)焊等，在制造過程中，根據(jù)所使用的材料不同，應(yīng)該選擇適宜的焊接方式。手工電弧焊是應(yīng)用最為廣泛的焊接方式，因其操作靈活、設(shè)備簡單，并且能夠進(jìn)行全位置焊接，但是這種焊接方式的焊接質(zhì)量很大程度上取決于焊工的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平。無論采用哪種焊接方式，都會(huì)產(chǎn)生一定的變形和應(yīng)力，為了最大程度地避免這種危害，應(yīng)該使用最好的焊接材料，根據(jù)母材選擇適宜的焊接工藝，做好工件結(jié)構(gòu)和坡口處理。在焊接完成后，要做好應(yīng)力消除和探傷檢測。

1.3 焊后熱處理

在焊接過程中，焊條、焊劑和空氣中的氫氣在高溫狀態(tài)下會(huì)分解成原子狀態(tài)而溶于液態(tài)金屬中，在焊縫冷卻的過程中，氫原子在鋼中的溶解度就會(huì)急劇下降，在較短的時(shí)間內(nèi)氫來不及逸出就會(huì)留在焊縫的金屬中，就會(huì)導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)延遲裂紋。為了消除焊縫的這種質(zhì)量缺陷，就需要對(duì)其進(jìn)行消氫處理以及焊后熱處理。消氫處理就是在焊接完成后，將焊縫加熱到規(guī)定的溫度后持續(xù)相應(yīng)的時(shí)間，為氫逸出焊縫提供穩(wěn)定條件，避免延遲裂紋的出現(xiàn)。而焊后熱處理是根據(jù)具體情況，將焊件整體或者局部加熱到規(guī)定溫度進(jìn)行保溫，然后進(jìn)行爐冷或者空冷。可將焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力消除或者降低，避免焊接結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋。根據(jù)焊接部位不同，采取的熱處理方式會(huì)有一定的差異，要根據(jù)具體情況具體分析。

1.4 無損檢測

管殼式換熱器在焊接時(shí)容易在焊縫中形成一定的質(zhì)量缺陷，為了避免焊接缺陷的存在，在進(jìn)行組裝之前應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行無損檢測。比較常用的檢測方式有磁粉檢測、滲透檢測、超聲波、射線和聲發(fā)射等，對(duì)于焊縫表面的檢測可使用滲透或者磁粉檢測，內(nèi)部檢測一般會(huì)采用超聲波或者射線，但是由于射線具有較強(qiáng)的傳射性，不利于檢測人員的身體健康以及環(huán)境保護(hù)。因此磁記憶檢測在檢測人員中備受推崇。使用金屬磁記憶的方法，不僅能夠發(fā)現(xiàn)在焊接過程中存在的焊接缺陷，而且還能夠找出生成缺陷的根源，對(duì)焊接缺陷的修復(fù)以及焊接工藝的改進(jìn)提供了重要的依據(jù)。通過無損檢測，能夠發(fā)現(xiàn)焊縫中存在的質(zhì)量缺陷，避免組裝后出現(xiàn)質(zhì)量問題。

1.5 耐壓試驗(yàn)和泄漏性試驗(yàn)

由于管殼式換熱器在運(yùn)行過程中需要承受較大的壓力，并且具有較強(qiáng)的密封性，因此在組裝前應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行耐壓試驗(yàn)和泄露性試驗(yàn)，以保證制造質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。耐壓試驗(yàn)主要有液壓、氣壓以及氣液組合試驗(yàn)，在綠色生產(chǎn)的背景下，采用水壓試驗(yàn)可形成水路閉合，這種循環(huán)用水不僅能夠節(jié)約用水，而且還會(huì)減少廢水排放對(duì)環(huán)境造成的污染。氣密、氨滲、氦滲漏都是泄露性試驗(yàn)的檢驗(yàn)方法，氣密是比較常用的檢驗(yàn)方法，如果盛裝介質(zhì)對(duì)設(shè)備的致密性有較高的要求時(shí)，就需要使用氨滲或者氦滲漏的方法。在使用氨滲檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該做好氨氣的排放安全，將氨氣引入水中避免發(fā)生中毒事件，對(duì)于溶解的氨水可根據(jù)生產(chǎn)條件進(jìn)行妥善處理，或?qū)⑵涔喔绒r(nóng)田，或者蒸出氨氣回收再利用。

1.6 噴漆與包裝

為了避免換熱器發(fā)生銹蝕和腐蝕，根據(jù)管殼式換熱器使用的材料不同，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行噴漆或者酸洗處理。對(duì)于碳鋼材料的換熱器可對(duì)其進(jìn)行噴漆處理，為了減少對(duì)操作人員以及環(huán)境的污染，應(yīng)該在獨(dú)立的車間內(nèi)進(jìn)行，并且做好大氣循環(huán)和廢氣的處理措施。對(duì)于不銹鋼或者鈦制設(shè)備的表面，可采用酸洗鈍化處理，為了避免對(duì)土壤和地下水的酸性污染，應(yīng)該在固定位置進(jìn)行酸洗，并且用石灰對(duì)沖洗用水進(jìn)行中和處理，中性水可進(jìn)行再利用。為了實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)，設(shè)備的包裝盡量采用可降解性強(qiáng)、可重復(fù)利用的包裝，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

2 管殼式換熱器制造過程中需要注意的問題

管殼式換熱器在制造的過程中還有很多需要注意的要點(diǎn)，下面針對(duì)幾處要點(diǎn)進(jìn)行闡述。

（1）在加工換熱器管板和折流板時(shí)，要嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求加工管孔直徑，嚴(yán)禁為了穿管方便而擴(kuò)大管孔直徑，從而導(dǎo)致?lián)Q熱管與管板之間的縫隙出現(xiàn)腐蝕泄露。如果對(duì)折流板采用劃線鉆孔，應(yīng)該將管板和折流板重疊配鉆，鉆完后將折流板編號(hào)和方位圖。

（2）在焊接換熱管與管板時(shí)，第一道焊縫完成后，使用低壓壓縮空氣檢查焊縫是否存在泄露缺陷，檢查合格后再進(jìn)行第二道焊縫的焊接。

（3）對(duì)于換熱管與管板的連接，主要包括強(qiáng)度脹、強(qiáng)度焊、強(qiáng)度脹加密封焊、強(qiáng)度焊加貼脹。使用強(qiáng)度脹時(shí)應(yīng)該采用液壓脹接，盡量不使用機(jī)械脹接。液壓脹接能夠有效避免換熱管受到機(jī)械損傷，還可避免換熱管產(chǎn)生軸向伸長。

（4）嚴(yán)格控制殼程筒體的最大直徑與最小直徑之差，內(nèi)表面的焊縫要打磨至與母材平齊，并用整圓樣板對(duì)筒體內(nèi)套裝順利通過后，再組裝管束組件。套裝管束組件應(yīng)有專用工裝吊裝，不得損傷換熱管。

3 結(jié)語

管殼式換熱器作為石化生產(chǎn)中重要的熱交換設(shè)備，一定要做好制造工藝過程中的質(zhì)量控制，嚴(yán)格監(jiān)控制造中的每一個(gè)環(huán)節(jié)。每道工序都要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙的要求執(zhí)行，并且做好質(zhì)量檢驗(yàn)工作，避免質(zhì)量缺陷的出現(xiàn)。隨著科技的快速發(fā)展，管殼式換熱器的制造工藝也會(huì)不斷提升，為我國工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展奠定更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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