浅谈双管板换热器设备监造控制点

摘要：本文主要介绍了双管板换热器设备在监造过程中的主要控制点，并讨论了其应用场合，并针对实际制造过程中提出了一些注意事项。

关键词：双管板换热器  制造  胀接

1.概述

在一般化工及制药化工生产中，常用的单管板换热器（例如管式换热器）。其管子管板的连接可采用焊接、胀接或焊胀并用等结构形式，并可达到连接处（焊缝或胀接面）具有足够的强度，以保证在运行情况下具有较强的拉脱力和较可靠的严密性。但是，渗漏的情况在管板与管子连接处也时有发生，因此，为避免产生泄漏而造成设备及装置腐蚀，常采用双管板换热器来保证装置安全、平稳运行。2012年9月至11月在南京德邦对双管板换热器设备进行了监造。双管板换热器是在苛刻生产条件下产生的一种更为安全的换热器形式，因此了解分析它的应用场合，并针对实际制造过程中提出了一些注意事项，对我们在监造控制过程中具有重要的意义。

就压力容器而言，监造设计的主要项目有：图纸及制造厂的工艺文件审查；焊接工艺评定审查；原材料检查；焊接检查；主要尺寸检查；总装检查；以及产品质量证明书审查。

2.简述双管板换热器的监造控制点

2.1双管板结构

双管板换热器的结构一般有两种。一种为固定管板式换热器,一台换热器共有四块管板,如图1所示(有聚液壳)^[1]。这种换热器的壳程及管程中两种介质的流动方向为逆流,其传热系数较高,传热效果较好。另一种为U型管式换热器,一台换热器共有两块管板,如图2所示(有聚液壳)^[2]，这种换热器有一半管束管内外介质的流动方向为并流,另一半管束管内外介质的流动方向为逆流,因此其传热系数较低。

两种结构的特点: 固定管板式换热器比U型管式换热器的传热系数高,但多一块管板就多一个泄漏点。而U型管式换热器的管板比固定管板式换热器少,其泄漏点就相应减少。此外,壳程水压试验后烘干也比较容易。若换热器的换热面积小、壳程与管程的温差较大或壳程介质很脏、管束表面需经常清理,一般采用U型管式换热器。

图1 双管板固定管板换热器

图2 双管板U型管式换热器

2.2换热管与管板的连接

在双管板换热器中,换热管与两管板相连,其连接可靠性直接影响设备的寿命。如图3所示,内管板与换热管无法动焊，故只能采用开槽强度胀接^[3]；外管板与换热管采用强度焊加贴胀，加贴胀是为了避免一但有泄漏防止腐蚀管板及换热管焊缝；且两管板间距不能太大或太小, 太大造成材料浪费，太小给法兰螺栓安装及制造不便, 此外放空(净) 口也需一定空间。而液压胀对换热管有伸入长度及管子精度要求，故管板间距的大小应包括制造厂加工能力等因素在内进行综合考虑。

图3 换热管与管板的连接

2.3双管板换热器制造控制点

  2.3.1 焊接工艺评定审查

根据工程设计标准，在产品正式施工前对筒体板材对接焊缝、换热管与管板强度焊角焊缝、接管法兰对接焊缝的焊接工艺评定及手工焊的焊工操作技能评定进行审查并经我方认可。

2.3.2 胀接工艺评定审查

    内管板与换热管连接方式为强度胀接，且胀接后必须100%合格。为保证胀接的合格率，在产品胀接之前必须进行胀接工艺评定，以选取合适的胀接参数。通过计算胀接压力进行强度胀，胀接完毕，以水压试验无渗漏及试胀接接头的拉脱力q大于等于4MPa为合格。

2.3.2 原材料检查

  根据国家、部门（行业）标准和有关材料的工程设计标准，对双管板换热器主要受压原件的材料、焊接材料的材料等质量证明书进行审查。

a) 主要受压原件材料：封头、筒体、内管板、外管板、换热管、设备法兰、M36以上的设备主螺栓及公称直径大于等于250mm的接管和管法兰。

b) 焊接材料：焊接作业指导书中规定的碳钢焊接材料、不锈钢焊接材料；

c) 其它材料：垫片材料，用于加工不锈钢的砂轮和磨料及标记用墨水；

在制造过程中，应依据材料质量证明书对材料进行实物检验，检验内容包括材料标记、表面质量、几何尺寸检查。

2.3.3 主要零部件加工后检查

a) 筒体：1.坡口表面不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷；2.标准抗拉强度≥540MPa的低合金钢和Cr-Mo低合金钢材经热切割的坡口表面加工完成后按JB/T4730进行磁粉检测，I级合格； 3.施焊前应清除坡口及两侧母材表面20mm范围内氧化皮、油污、熔渣等有害物质；

b) 封头：1.按照GB150及技术条件检查形状尺寸，对于先拼板后成形的封头，拼缝应按照JB/T4730做100%射线探伤，拼接焊缝的内表面及影响成形质量的拼接焊缝外表面，在成型前应与母材打磨平齐；采用单张整板冲压成型的封头应注意冲压后最小厚度应满足图样要求； 

c) 内外管板： 1.管板厚度应大于等于设计厚度；2.管板外圆及密封面尺寸符合图纸要求；3.管板孔允许偏差，孔桥宽度及允许偏差，胀槽尺寸符合图纸要求；4.管板孔表面质量，不允许有影响胀接紧密性的刻痕及影响胀接和焊接质量的油污毛刺等；5.对管板正面、密封面硬度检查；

d) 折流板：1.平整度≦3㎜，孔边沿无毛刺；2.相邻孔中心距偏差为±0.3㎜，任意孔中心距偏差为±1㎜，允许有4％相邻孔中心距偏差为±0.5㎜；3.折流板与管板配钻，保持管板孔与折流板孔同心度；

e)换热管：1.表面质量检查，裂纹、轧折、折叠、结疤和离层等，若有清理深度不得超过公称壁厚的负偏差，清理处的实际壁厚不小于壁厚偏差的最小值；2.几何尺寸检查，长度及允许偏差、内外径及允许偏差、壁厚及允许偏差符合图纸、GB151及相关标准的要求；3.U型管的检查，弯曲半径检查、弯管段圆度偏差检查符合图纸GB151及相关标准要求；4.硬度检查；

f)法兰、接管、主螺栓、主螺母检查；

2.3.4 总装检查

a)壳体:1.严格控制有关几何尺寸和方位。错边量、棱角度、无损检测、周长、圆度和直线度按GB151-1999规定执行,壳体长度按图样规定；2.用与折流板外径相等的圆盘模板工装预先检测壳体的内径与直线度,以确保折流板外径和壳体内壁有一定的间隙,使管束能顺利地装入壳体。

b)内外管板预组装：1.组装前连接部位的换热管和管板孔表面应清理干净，不应留有影响胀接或焊接连接质量，2.组装中检查两块管板孔的同心度、垂直度；3.外管板与内管板间距符合图纸要求；

c)管束组装：1.穿管时由内向外进行,穿一排,调整一排管头,使之伸出外管板的长度均匀。2.穿管过程切勿用铁锤直接敲击管子；3. 穿管完毕后套入壳体； 4. 切管时，换热管伸出长度考虑到由于焊接及胀接造成的管子缩短的长度；

d）内管板的强度胀接：1.内管板与换热管的强度胀应采用液压胀；2.液压胀前，外管板与内管板要按产品结构形式固定起来，并精确测量外管板管头侧到内管板胀区的距离l₁；3.依据内管板厚度及胀接尺寸配置液袋、挡圈（2个）；4.按照顺序装配好挡圈、液袋（液袋位于2个挡圈中间），并测量胀深限位套前端到最后1个挡圈的距离l₂，且保证l₂=l₁；5.按胀接工艺评定确定的参数值（胀接压力、胀接时间）进行胀接，并按一定的顺序胀接, 防止漏胀，同时做好标记, 直至胀完；6.壳程水压，升至设计压力无渗漏后升至试验压力保压30min，降至设计压力，平行与管束间放置纸条检查漏点，检测不通过的管头卸压后，进行补胀，然后再次进行水压试验检查漏点，若再不通过需通过技术部门再定处理方案。

e)外管板强度焊与贴胀：1.国内的换热器一般采用先焊后胀工艺；2.焊接前外管板、管板孔、换热管内无油、无锈蚀、无脏物；3.焊接过程符合焊接工艺指导书的规定；4.焊接后管板与换热管焊缝外观无任何可见缺陷；4.依据JB/T4730做PT检测，I级合格；5.管板与换热管水压试验、气密试验无任何泄漏；6. 焊接完毕后对外管板管头进行贴胀，抽查部分管头实测内径后修磨胀管器直径, 便于胀管器顺利穿入管子内, 然后进行机械胀接；

f）聚液壳组焊，吊耳等外部预焊件组焊；

g）压力试验：1.壳程水压；2.积液箱水压；3.聚液腔气密；3.管程水压；4.管程气密；

h）酸洗钝化、油漆包装、出厂文件；

3.双管板换热器的应用及制造过程中注意事项

3.1双管板换热器的应用

双管板换热器主要用于换热器两程之间介质混合后会产生严重后果，这种形式在以下情况下采用。

a)有腐蚀及有毒的场合。管侧与壳侧的流体不接触时不会产生腐蚀或中毒现象,但当管、壳程的两种流体相混合后会引起严重腐蚀或中毒。

b）防爆场合。当管、壳程两种流体相混(接触)后,会引起燃烧及爆炸。

c）对设备造成污垢的场合。当管、壳程两种流体相混合,会形成如树脂状物质或聚合物,有不良化学反应的场合。

f）在管、壳程两种流体接触后,使一种化学反应受到限制或不产生反应或者产生不良反应,污染产品,使产品质量下降。

g)管、壳程间介质压差很大的场合。设计时在内外管板之间的空腔中加入一种介质,来减小管、壳程间介质的压差。

3.2双管板制造过程中的注意事项

a)对固定式双管板换热器,先把双管板固定焊成1个整体,使其成为单管板结构,然后与壳体及管束组装；

b）在壳程水压试验合格之前,聚液壳暂时不与双管板组焊为佳，以便直观准确地检查管子与内侧管板连接处的泄漏点；

c)严格控制可能影响双管板同心度、平行度、扭曲度及胀接质量的各种因素,尽量采用工装和预装、预穿及预试验的方法；    

d)由于内侧管板位置特殊,内侧管板与换热管的连接必须采用液压强度胀接。胀接压力确定之前应进行胀接工艺评定试验。   

e)用于高温、高压、易燃、易爆、有毒或较强腐蚀介质的换热器,其单管板或双管板的外侧管板与换热管的连接要采用强度焊,且要根据管子直径及孔间距的不同控制管子伸出管板面的长度,通常以4～5ｍｍ为宜。   

f)液压胀接与机械胀接的机理完全不同,因此不能用机械胀接的胀管率考核液压胀接的质量,而应用胀管工艺评定,将符合设计或标准许用拉脱力时的胀接压力或此时测量的胀管率,作为考核液压胀接质量的指标为妥。   

d)检验管子与双管板连接质量时,推荐采用水压试验和氨渗透试验,必要时增加氦检试验；对固定管板式双管板换热器,检验顺序为壳程、积液腔、管程；对Ｕ形管式双管板换热器,检验顺序为积液腔、壳程、管程。

4.结束语

通过了解双管板设备在监造过程中的控制点，可知内外管板管孔、胀槽的同心度、垂直度是双管板换热器制造的要点,而内管板的强度胀接是双管板换热器制造的难点,因此，监造人员应在制造过程要严格控制，从而保证整个设备的制造质量。

5.参考文献

[1]   徐福胜，陈静，王雷．双管板换热器的设计与制造[J]．锦西化工机械（集团）有限责任公司，2009.03。

[2]   汪金凤. 双管板换热器的设计要点[J]. 化学工业与工程技术, 2007, 28.

[3]   马玲，杨刘平. 双管板换热器下管板与管束连接方法的探讨[J]. 南通醋酸化工股份有限公司, 2004,（5）