不銹鋼雙管板熱交換器脹接技術

丁 勇 孫錄林 張文才

(中油二建蘇州蘭江工程公司)

影響熱交換器質量的重要因素之一是換熱管與管板的接頭連接情況。在石油化工生產裝置中，對管程和殼程介質的相互隔離要求更高：一是兩種介質接觸后會產生腐蝕或化學反應；二是兩種介質接觸后會引起易燃、易爆或有毒介質的擴散[1]。為了防止以上情況的發生，一般采用雙管板結構來達到將介質隔離的目的。某化工集團6萬t/a減水劑項目的6臺反應回路換熱器采用(管板：S30408Ⅲ；管子：S31608)雙管板結構來保證換熱效果。筆者通過模擬樣品制造和工評制作，最終選擇了合理的工藝方案，制造出了合格的產品。

1 設備結構及制造技術難點分析

換熱設備結構如圖1所示，為U形管式，兩管板密封面間距200mm。在組裝過程中，管板加工尺寸要精確，管板與管子的組裝尺寸和管頭伸出長度定位一定要準確，否則不能保證脹接質量。殼程管板的密封依靠脹接連接，屬于深孔脹接，這是直接影響熱交換器最終質量的因素。因為深孔脹接不易觀察，確定合理的脹接參數是關鍵。如發現泄漏再進行補脹，換熱管材料本身會產生加工硬化，多次補脹更不易保證脹接質量。深孔脹接在耐壓試驗時無法觀察具體泄漏點，所以需用合理的試壓方法才能驗證脹接效果。

圖1 雙管板設備結構簡圖

2 模擬樣品制作

在脹接前先要做模擬樣品，主要是通過它來確定脹接方法和脹接參數。目前國內主要用機械脹接和柔性脹接(或稱均勻脹接)兩種方法。由于柔性脹接受各種因素(橡膠性能、管子和管板精度、脹接成本)影響較大，作為靠脹接密封的換熱設備采用機械脹接的較多[2]。此次筆者采用DN300mm管板模擬樣品制作來確定機械脹接參數。常用脹接參數K主要有兩種確定方法。

K值以管壁減薄率計算(適用范圍見表1)：

式中d2——脹后管子內徑，mm；

D——管板孔直徑，mm；

S1——脹前管壁厚度，mm；

S2——脹后管壁厚度，mm。

表1 管壁減薄率適用范圍

K值以內徑增大率計算(適用范圍見表2)：

式中d0——脹前管子外徑，mm；

d1——脹前管子內徑，mm；

d2——脹后管子內徑，mm；

D——管板孔直徑，mm。

表2 內徑增大率適用范圍

注：此次管子規格為φ19mm×2mm。

在做脹接試驗前，按照經驗參數選擇內徑增大率K值為3.0%來調整脹管器數值(脹管器數值與K值有對應關系，無量綱)，對模擬樣品進行試脹。模擬樣品脹接后進行耐壓試驗和氨滲漏檢驗，結果無滲漏。對模擬樣品進行了管孔脹接剖面試驗(圖2)，對所有剖面脹接部位經精確測量后，算出壁厚減薄率K值在7%～8%范圍內，內徑增大率K值在2.7%～3.1%范圍內。以上模擬樣品脹接數據驗證了脹接參數的準確性。

圖2 管孔脹接剖面圖

3 制造過程控制

圖3 管板支撐定位

脹接時要精確測量脹桿長度，嚴格按照模擬樣品確定的脹接工藝參數進行脹接。由于是機械脹接，脹后還要注意管內潤滑油的清洗。在進行殼程試壓時，通過水壓試驗液體滲漏和氨滲漏來觀察中間腔體脹接密封情況；在測試中間腔體時，把換熱器殼體拆掉，在殼程側可觀察到脹接滲漏情況。通過對脹接部位正、反兩面多次檢測，能更好地檢測脹接質量[3]。

4 結束語

雙管板熱交換器制造過程相對復雜，在制造過程中一定要保證兩管板的裝配精度，使用合理的脹緊率，盡量采用模擬樣品先期進行試驗，確定合格的制造參數，才能保證脹接質量一次合格。

[1] 李繼峰.雙管板熱交換器設計及制造[J].石油化工設備,2013,42 (5):42～45.

[2] 施建平.換熱器制造中滿足脹管率的機械脹接試驗研究[J].壓力容器,2001,18(3):7～12.

[3] GB151-1999,管殼式換熱器[S].北京：國家質量技術監督局，2000.