雙管板換熱器的改進探討

馮淼

【摘要】本文主要對雙管板式換熱器管束在使用過程中發生泄漏和在操作的問題，在強度校核合格的基礎上，對管板的材料、管子和管板的連接結構以及制造工藝進行了分析，對以上問題進行了改進。

【關鍵詞】雙管板；熱換器；改進

換熱器是化工、石油、能源等各工業中應用相當廣泛的單元設備之一，采用了雙管板結構主要是為了避免殼程冷卻水因管板泄漏進入管程的混合氣，保證混合氣的干燥潔凈。通常換熱器經強度校核通過后，應當對換熱器管束的選材、結構等進行分析。

1.雙管板換熱器及其應用簡介

雙管板換熱器是在換熱器一端設有一定間隙的兩塊管板或相當于有一定間隙的兩塊管板的換熱器，在實際操作中，雙管板換熱器一般用于以下兩種場合：一種是絕對防止管殼程間介質混串的場合，例如，對殼程走水、管程走氯氣或氯化物的換熱器，若殼程中的水與管程中的氯氣或氯化物接觸，就會產生具有強腐蝕性的鹽酸或次氯酸，并對管程材質造成嚴重的腐蝕。采用雙管板結構，能有效防止兩種物料混合，從而杜絕上述事故的發生；另一種是管殼程間介質壓差很大的場合，此時通常在內外管板之間的空腔中加入一種介質，以減小管殼程間介質的壓差。

2.技術指標

蒸汽發生器選用的是雙管板U型管式換熱器。該放空氣冷卻器的設計條件見表 1。

項目 殼程 管程

最高工作壓力（MPa） 0.35 0.7

設計壓力（MPa） 0.7 0.9

設計溫度 200 200

操作介質 冷卻水 放空氣

表 1 放空氣冷卻器的設計條件

放空氣冷卻器選用的是雙管板固定管板型換熱器，其型號為BEM900-1.0/0.8-165-4/19-2Ⅱ。原放空氣冷卻器采用雙管板結構，管程側管板（外管板）材質為16MnⅡ鍛件，厚度為 50 mm；殼程側管板（內管板）材質為16MnⅡ鍛件，厚度為40 mm。換熱管材料為 20 號鋼無縫鋼管，換熱管標準為 GB9948—2006 《石油裂化用無縫鋼管》，規格 Φ19mm×2 mm。換熱管與管、殼程管板的連接方式均為強度脹接，兩管板間距 30 mm，間隙由間隙控制環 （哈夫短節） 控制。管板與換熱管的連接一般有 4 種方式：強度焊、強度脹接、強度焊+貼脹、強度脹+密封焊，原設備的內外管板與換熱管的連接均采用強度脹接的方法。

3.熱換器管端失效原因分析及改進措施

3.1原因。因脹接強度不夠而產生的管端泄漏和制造過程中因強力組裝而對管孔和換熱管造成損傷而引起的泄漏是造成換熱器管端泄露的主要原因。

3.2改進措施。對于雙管板換熱器，如果內管板發生泄露，很難判斷泄露是由哪個管孔所引起。在水壓試驗過程中如果發生泄露，補脹的工作量將會非常大。因此，在原設備設計的基礎上，在管束的結構設計和制造工藝等方面采取了一系列改進措施來保證制造質量，確保一次試壓合格。具體改進及措施如下：

3.2.1殼程側管板的厚度由 40 mm 增加到 50 mm。如圖 1 所示，管板厚度為 40 mm 時，脹接長度為 34mm，有關資料顯示，換熱管脹管長度在 50 mm 以下時，脹接長度越長，其脹接緊固力也越大。殼程側管板材料為 35 號鋼Ⅱ級鍛件厚度為 40 mm，雖滿足了標準規定的強度要求，但是由于換熱管在脹接過程中發生拉伸變形，迫使管板發生外凸，管板越薄變形越大，從而影響管板與法蘭之間的密封，因此可對管板適當加厚。對于該批雙管板結構的換熱器，在不過多增加材料成本的前提下，為確保管板與法蘭密封的可靠性并提高脹接接頭的緊固力，殼程側管板厚度增加至 50 mm。

3.2.2外管板與換熱管的連接方式由強度脹接改為強度焊 + 貼脹。按照該放空氣冷卻器的設計條件，選擇強度脹接雖然符合標準的規定，但是對于雙管板換熱器這種特殊結構，內外管板之間的間隙會造成兩管板管孔之間同心度差，對中偏差較大，而且內外管板間隙很小，部分管子如不做處理很難同時穿進兩塊管板，在穿管過程中只好盡力保護內管板孔，以內管板孔為基準，將外管板孔適當鏜大，這樣就使部分外管板管孔孔徑偏差增大，當使用同等強度脹管時該部分管孔很難達到預期的脹接強度，致使管頭脹接不牢，壓力試驗及使用過程中發生局部泄漏在所難免。而強度焊+貼脹的結構在保證了管子與管板焊接強度的同時，又進行了局部的貼脹，這就增加了連接接頭的強度和密封性能，確保了連接的可靠性。因此，考慮到制造工藝，把強度脹接改進為強度焊+貼脹，提高了管板與換熱管連接質量。

3.2.3 脹接過程質量控制。內管板的強度脹接及外管板的貼脹全部采用液壓脹，其中內管板脹接質量要求較高，是雙管板換熱器制造的難點。內管板脹接時，內外管板要按工作位置固定起來，采用加長機構對內管板進行脹接。脹接應準確測量管頭到內管板待脹區的距離，通過擋環準確定位，并根據管頭伸出外管板的實際尺寸適當調整，防止脹錯位置。采用 2次脹接法，第一次脹接按脹接工藝確定的脹接參數進行，第二次脹接按稍高于第一次脹接的脹接力進行。重復脹接法是根據以往經驗得出的保證脹接質量，防止管端滲漏的有效方法。脹管時按從上到下、從左到右的順序的依次脹管，防止漏脹，同時做好標記，直至全部脹完。內管板全部脹接合格后對外管板的管頭進行焊接，完畢后進行100%磁粉檢查，合格后再對外管板的管頭進行液壓貼脹。之所以采用先焊接再貼脹，是為了提高管頭封焊的質量，若先貼脹后焊接的話，容易在管頭處形成死區，不利于氣體的流通，造成焊接缺陷。

4.結語

在化工生產中,設備的投資是一次性的,總希望生產能長周期連續運行,檢修時間越短越好，雙管板換熱器的下管板與管束能采用焊接時應盡量采用焊接,特別是在間隙不是較大的情況下,脹焊并用,效果更佳。

5.參考文獻

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