淺談雙管板換熱器設(shè)備監(jiān)造控制點(diǎn)

李文健 陳浩

摘? ?要：主要介紹雙管板換熱器設(shè)備在監(jiān)造過(guò)程中的主要控制點(diǎn)，討論其應(yīng)用場(chǎng)合，并針對(duì)實(shí)際制造過(guò)程提出一些注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：雙管板換熱器;制造;脹接

1? ? 雙管板換熱器設(shè)備背景介紹

在一般制藥、化工生產(chǎn)過(guò)程中，單管板換熱器常被使用，如常見(jiàn)的管式換熱器等。其中，連接管子管板一般使用焊脹、脹或焊接方式，保證連接處強(qiáng)度能在正常運(yùn)行情況下有極可靠的嚴(yán)密性及拉脫力;但是，滲漏情況時(shí)有發(fā)生。為避免滲漏帶來(lái)的影響，一般使用雙管板換熱器確保裝置的正常運(yùn)行。2012年9—11月，某制造廠對(duì)雙管板換熱器設(shè)備進(jìn)行了監(jiān)造。雙管板換熱器是在苛刻生產(chǎn)條件下使用的一種更為安全的換熱器，因此，了解分析它的應(yīng)用場(chǎng)合，并針對(duì)實(shí)際制造過(guò)程提出注意事項(xiàng)，對(duì)于監(jiān)造控制意義重大。

對(duì)于壓力容器來(lái)說(shuō)，開(kāi)展監(jiān)造設(shè)計(jì)的項(xiàng)目包括：有關(guān)工藝的審核;評(píng)定焊接工藝;原材料檢查;焊接檢查;主要尺寸檢查;總裝檢查;產(chǎn)品質(zhì)量證明書(shū)審查。

2? ? 簡(jiǎn)述雙管板換熱器的監(jiān)造控制點(diǎn)

2.1? 雙管板結(jié)構(gòu)

雙管板換熱器結(jié)構(gòu)包括固定管板式換熱器、U型管式換熱器兩種形式。

固定管板式換熱器：這種結(jié)構(gòu)包含了4塊管板，如圖1所示（有聚液殼）[1]。在這一換熱器內(nèi)的管程、殼程中，介質(zhì)是逆向流動(dòng)的，設(shè)有高傳熱系統(tǒng)，效果好。U型管式換熱器：這種結(jié)構(gòu)包含兩塊管板，如圖2所示（有聚液殼）[2]，在管程、殼程中，介質(zhì)一半管束并向流動(dòng)、一半管束內(nèi)外介質(zhì)逆向流動(dòng)，傳熱效果并不高。

以上兩種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：前者相比后者，傳熱系數(shù)更高，但由于管板多出兩個(gè)，可能的泄漏點(diǎn)也就增加兩個(gè)。同時(shí)，在殼程水壓實(shí)驗(yàn)之后，烘干更容易。如果換熱器換熱面積比較小、殼程管程溫差大、殼程介質(zhì)不干凈、管束表面要時(shí)時(shí)清潔處理，通常是運(yùn)用U型管式換熱器來(lái)處理的。

2.2? 換熱管與管板的連接

雙管板換熱器換熱管、兩管板相互連接，其可靠性對(duì)設(shè)備的使用壽命有著最直接的影響。如圖3所示，沒(méi)有辦法動(dòng)焊換熱管、內(nèi)管板，只可采用開(kāi)槽強(qiáng)度脹接[3]。換熱管、外管板運(yùn)用強(qiáng)度焊+貼脹，貼脹的原因是如果出現(xiàn)了泄漏，可以防止管板、換熱管焊縫被腐蝕。同時(shí)，兩個(gè)管板間的距離不能過(guò)小、過(guò)大，過(guò)大會(huì)導(dǎo)致材料浪費(fèi)，過(guò)小則給安裝帶來(lái)不便，且放空（凈）口也需要有空間。同時(shí)，液壓脹對(duì)換熱管伸入長(zhǎng)度、管子精度等均有要求，因此，管板之間的距離大小設(shè)計(jì)需要將制造廠加工能力等因素全部考慮在內(nèi)。

2.3? 雙管板換熱器制造控制點(diǎn)

2.3.1? 焊接工藝評(píng)定審查

根據(jù)工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在產(chǎn)品正式施工前對(duì)筒體板材對(duì)接焊縫、換熱管與管板強(qiáng)度焊角焊縫、接管法蘭對(duì)接焊縫的焊接工藝評(píng)定及手工焊的焊工操作技能評(píng)定進(jìn)行審查并經(jīng)認(rèn)可。

2.3.2? 脹接工藝評(píng)定審查

內(nèi)管板與換熱管連接方式為強(qiáng)度脹接，且脹接后必須完全合格。為了更好地控制脹接合格率，在產(chǎn)品脹接前，做好工藝的評(píng)定工作，這樣才能選擇更合適的參數(shù)進(jìn)行處理。通過(guò)計(jì)算脹接壓力進(jìn)行強(qiáng)度脹，脹接完畢，以水壓試驗(yàn)無(wú)滲漏及試脹接接頭的拉脫力q≥4 MPa為合格標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.3? 原材料檢查

根據(jù)有關(guān)部門(mén)的標(biāo)準(zhǔn)需求，對(duì)雙管板換熱器主要受壓原件的材料、焊接材料等質(zhì)量證明書(shū)進(jìn)行審查。

（1）主要受壓原件材料：封頭、筒體、內(nèi)管板、外管板、換熱管、設(shè)備法蘭、M36以上的設(shè)備主螺栓及公稱(chēng)直徑≥250 mm的接管和管法蘭。

（2）焊接材料：說(shuō)明書(shū)中的不銹鋼焊接、碳鋼焊接材料。

（3）其他材料：如墊片，主要用來(lái)處理砂輪和磨料，并且用馬克筆做好標(biāo)記。

在制造過(guò)程中，應(yīng)依據(jù)材料質(zhì)量證明書(shū)對(duì)材料進(jìn)行實(shí)物檢驗(yàn)，檢驗(yàn)內(nèi)容包括材料標(biāo)記、表面質(zhì)量、幾何尺寸檢查。

2.3.4? 主要零部件加工后檢查

（1）筒體：首先，坡口表面不能有缺陷，如分層、裂紋等。其次，標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度≥540 MPa，合金鋼、Cr-Mo低合金鋼材通過(guò)切割坡口表面完成加工后按JB/T 4730進(jìn)行磁粉檢測(cè)，I級(jí)為合格。最后，施焊前應(yīng)清除坡口及兩側(cè)母材表面20 mm范圍內(nèi)的氧化皮、油污、熔渣等有害物質(zhì)。

（2）封頭：按照GB 150及技術(shù)條件檢查形狀尺寸，對(duì)于先拼板后成形的封頭，拼縫應(yīng)按照J(rèn)B/T 4730做100%射線(xiàn)探傷，拼接焊縫的內(nèi)表面及影響成形質(zhì)量的拼接焊縫外表面，在成型前應(yīng)與母材打磨平齊。采用單張整板沖壓成型的封頭應(yīng)注意沖壓后最小厚度要滿(mǎn)足圖樣要求。

（3）內(nèi)外管板：管板厚度應(yīng)≥設(shè)計(jì)厚度;管板外圓及密封面尺寸符合圖紙要求;管板孔允許偏差，孔橋?qū)挾仍试S偏差，脹槽尺寸符合圖紙要求;管板孔表面質(zhì)量，不允許有影響脹接緊密性的刻痕及影響脹接和焊接質(zhì)量的油污毛刺等;對(duì)管板正面、密封面進(jìn)行硬度檢查。

（4）折流板：平整度≤3 mm，孔邊沿?zé)o毛刺;相鄰孔中心距偏差為±0.3 mm，任意孔中心距偏差為±1 mm，允許有4%相鄰孔中心距偏差為±0.5 mm;折流板與管板配鉆保持管板孔與折流板孔同心度;

（5）換熱管：表面質(zhì)量檢查，裂紋、軋折、折疊、結(jié)疤和離層等，若有清理深度，不得超過(guò)公稱(chēng)壁厚的負(fù)偏差，清理處的實(shí)際壁厚不小于壁厚偏差的最小值。幾何尺寸檢查，長(zhǎng)度及允許偏差、內(nèi)外徑及允許偏差、壁厚及允許偏差符合圖紙、GB 151及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。在U型管的檢查中，彎曲半徑檢查、彎管段圓度偏差檢查需要符合圖紙GB 151及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。硬度檢查。

（6）法蘭、接管、主螺栓、主螺母檢查。

2.3.5? 總裝檢查

（1）殼體：對(duì)幾何尺寸、方位做好控制。有關(guān)參數(shù)，如無(wú)損檢測(cè)、周長(zhǎng)、錯(cuò)力量等，均根據(jù)GB 151—1999執(zhí)行。殼體長(zhǎng)度則根據(jù)圖樣來(lái)明確。同時(shí)，用與折流板外徑相等的圓盤(pán)模板工裝，先要對(duì)殼體直線(xiàn)度、內(nèi)徑預(yù)先檢測(cè)，明確流板外徑、殼體內(nèi)壁間隙，讓管束安裝入殼體時(shí)可以更順利。

（2）內(nèi)外管板預(yù)組裝：在組裝前，連接部位的換熱管和管板孔表面應(yīng)清理干凈，不應(yīng)留有影響脹接或焊接連接質(zhì)量的因素。組裝中檢查兩塊管板孔的同心度、垂直度。外管板與內(nèi)管板間距要符合圖紙要求。

（3）管束組裝：穿管從內(nèi)到外，調(diào)整一排管頭，讓伸出在外的管板長(zhǎng)度平均。穿管過(guò)程切勿用鐵錘直接敲擊管子，穿管完畢后套入殼體。切管時(shí)，換熱管的伸出長(zhǎng)度應(yīng)考慮到由于焊接及脹接造成管子縮短的長(zhǎng)度。

（4）內(nèi)管板的強(qiáng)度脹接：內(nèi)管板與換熱管的強(qiáng)度脹應(yīng)采用液壓脹。液壓脹前，外管板與內(nèi)管板要按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式固定起來(lái)，并精確測(cè)量外管板管頭側(cè)到內(nèi)管板脹區(qū)的距離l1。依據(jù)內(nèi)管板厚度及脹接尺寸配置液袋、擋圈（2個(gè)）。按照順序裝配好擋圈、液袋（液袋位于2個(gè)擋圈中間），并測(cè)量脹深限位套前端到最后一個(gè)擋圈的距離l2，且保證l2=l1;按脹接工藝評(píng)定確定的參數(shù)值（脹接壓力、脹接時(shí)間）進(jìn)行脹接，并按一定的順序脹接，防止漏脹，同時(shí)做好標(biāo)記，直至脹完。殼程水壓，升至設(shè)計(jì)壓力無(wú)滲漏再升至試驗(yàn)壓力保壓30 min，降至設(shè)計(jì)壓力，平行與管束間放置紙條檢查漏點(diǎn)，檢測(cè)不通過(guò)的管頭卸壓后，進(jìn)行補(bǔ)脹，然后再次進(jìn)行水壓試驗(yàn)檢查漏點(diǎn)，若再不通過(guò)，需通過(guò)技術(shù)部門(mén)再定處理方案。

（5）外管板強(qiáng)度焊與貼脹：國(guó)內(nèi)的換熱器一般采用先焊后脹工藝。焊接前外管板、管板孔、換熱管內(nèi)無(wú)油、無(wú)銹蝕、無(wú)臟物。焊接過(guò)程符合焊接工藝指導(dǎo)書(shū)的規(guī)定。焊接后管板與換熱管焊縫外觀無(wú)任何可見(jiàn)缺陷。依據(jù)JB/T 4730做PT檢測(cè)，I級(jí)為合格。管板與換熱管水壓試驗(yàn)、氣密試驗(yàn)無(wú)任何泄漏。焊接之后，貼脹外管板管頭，對(duì)部分管頭的內(nèi)徑抽查，包括修磨脹管器直徑，讓脹管器可以順利穿入管子內(nèi)并進(jìn)行機(jī)械脹接。

（6）聚液殼組焊，吊耳等外部預(yù)焊件組焊。

（7）壓力試驗(yàn)：殼程水壓，積液箱水壓，聚液腔氣密，管程水壓，管程氣密。

（8）酸洗鈍化，油漆包裝，出廠文件。

3? ? 雙管板換熱器的應(yīng)用及制造過(guò)程中的注意事項(xiàng)

3.1? 雙管板換熱器的應(yīng)用

雙管板換熱器一般作為兩種間介質(zhì)，混合之后可能出現(xiàn)嚴(yán)重的問(wèn)題，在以下情況下采用這種形式：

（1）遇毒、腐蝕場(chǎng)合。殼側(cè)、管側(cè)流體不接觸時(shí)，并不會(huì)出現(xiàn)不良情況，但是當(dāng)兩種液體混合之后，可能會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的后果。

（2）防爆的場(chǎng)合。兩種液體混合之后，可能引發(fā)爆炸、燃燒。

（3）設(shè)備可能附著污垢。當(dāng)兩液體混合后，會(huì)形成聚合物，且呈樹(shù)脂狀，有不良化學(xué)反應(yīng)。

（4）在管、殼程液體接觸之后，讓一種化學(xué)反應(yīng)受到抑制，或不產(chǎn)生反應(yīng)、產(chǎn)生不良反應(yīng)，對(duì)產(chǎn)品造成污染，導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量不斷下降。

（5）管、殼程介質(zhì)的壓力差比較大。設(shè)計(jì)時(shí)，在內(nèi)外管板間空腔加入一種介質(zhì)，以此減少介質(zhì)間的壓力差。

3.2? 雙管板制造過(guò)程中的注意事項(xiàng)

（1）對(duì)于固定式雙管板的換熱器，首先要將雙管板固定，焊成一個(gè)整體，讓其可成為單管板的結(jié)構(gòu)，之后和殼體、管束相組裝。

（2）在殼程水實(shí)驗(yàn)合格前，聚液殼不能與雙管板組焊相連。這樣可以更直觀、準(zhǔn)確地對(duì)其連接處的泄漏點(diǎn)進(jìn)行連接。

（3）對(duì)雙管板同心度、平行度等進(jìn)行嚴(yán)格控制，盡可能運(yùn)用工裝和預(yù)裝等方法處理。

（4）內(nèi)側(cè)管板位置相對(duì)比較特殊，換熱管、內(nèi)側(cè)管板連接，需要運(yùn)用液壓強(qiáng)度做好脹接工作。在壓力明確前，還需要做好工藝的測(cè)試、評(píng)定。

（5）用于高溫度、高壓力、易燃、易爆的換熱器，單管板、雙管板外側(cè)管板與換熱管連接，需要采用強(qiáng)度焊，同時(shí)根據(jù)管子直徑、孔間距不同控制管子伸出管板面4～5 mm的理想長(zhǎng)度。

（6）液壓脹接、機(jī)械脹接機(jī)理不一樣，所以不可以用機(jī)械脹接脹管率對(duì)液壓脹接質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定，評(píng)定的應(yīng)該是脹管工藝，把符合設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)用拉脫力脹接壓力來(lái)測(cè)量脹管率，以此作為考核液壓脹接質(zhì)量的指標(biāo)。

（7）檢驗(yàn)管子、雙管板的連接質(zhì)量，可采用水壓、氨滲透實(shí)驗(yàn)，必要的時(shí)候需要增加氦檢的實(shí)驗(yàn)。對(duì)于固定管板式雙管板換熱器，檢驗(yàn)的順序?yàn)闅こ獭⒎e液腔程、管程，而U形管式的檢驗(yàn)順序?yàn)榉e液腔、殼程、管程。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)了解雙管板設(shè)備在監(jiān)造過(guò)程中的控制點(diǎn)，可以了解脹槽同心、垂直度、內(nèi)外管板管孔雙管板換熱器制造要點(diǎn)，內(nèi)管板強(qiáng)度脹接原來(lái)是雙管板換熱器制造的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。所以，監(jiān)造人員需要在制造時(shí)做好嚴(yán)格的控制處理，從而保證整個(gè)設(shè)備的制造質(zhì)量。

[參考文獻(xiàn)]

[1]徐福勝，陳? ?靜，王? ?雷.雙管板換熱器的設(shè)計(jì)與制造[J].石油和化工設(shè)備，2009（3）：29-31.

[2]汪金鳳.雙管板換熱器設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2007（S1）：199-201.

[3]馬? ?玲，楊劉平.雙管板換熱器下管板與管束連接方法的探討[J].化工裝備技術(shù)，2004（5）：28-30.