淺談纏繞管式換熱器管束質(zhì)量控制

呂炯怡

（大慶石油化工機(jī)械廠，黑龍江 大慶 163000）

1 纏繞管式換熱器結(jié)構(gòu)

纏繞管式換熱器管束的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要是由換熱管、中心筒、平墊條、管板等組成的，換熱管緊密的纏繞在在中心筒的外圍，按螺旋線的形狀逐層交替纏繞。相鄰上下兩層換熱管的纏繞方向是完全相反的，兩層換熱管之間需要用金屬墊條將換熱管隔離開，形成殼程介質(zhì)流通的管路。

圖1

2 材料的入廠檢驗

換熱管是纏繞管式換熱器管束的主要受壓元件，所以必須要進(jìn)行入場的檢驗，只有保證了主要受壓原件的質(zhì)量控制后才能進(jìn)一步保證整體換熱器的質(zhì)量。不銹鋼管換熱器管程的壓力一般都比較高，國內(nèi)采用的換熱管一般分為兩種形式：一種是無縫鋼管對接環(huán)縫；第二種直接采用焊接管。第一種鋼管在焊接時必須要采用對接自動焊，每一個對接的接頭都要進(jìn)行無損檢測，以確保換熱管焊縫性能的良好。第二種換熱管的縱向焊縫較長，焊縫的焊接強(qiáng)度、性能較弱，在經(jīng)過在線的固溶處理后，必須要進(jìn)行在線的渦流檢測。同時還要有壓扇、擴(kuò)口試驗以及其他力學(xué)性能試驗，只有全部合格后，該換熱管方可投入使用。

入廠檢查時，要對換熱管的管體在纏繞換熱管前，采用專用的工裝對換熱管逐根進(jìn)行2倍于設(shè)計壓力的水壓試驗，保證一次合格后方可投入使用。

3 中心筒制作

（1）按照圖紙尺寸檢查各零部件的下料尺寸，確保下料長度，偏差值在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。零部件外表面要進(jìn)行清理，去除油污，保證后期焊接質(zhì)量。（2）支撐管、筋板、端板、管板之間進(jìn)行組焊。首先確定方位，在管板上進(jìn)行標(biāo)注，然后按照圖紙要求進(jìn)行組對，保證支撐管與筒體之間的同軸度、管板與支撐管同軸度能夠達(dá)到工藝要求。兩側(cè)管板組對后要測量其水平度，焊接時還要注意防止焊接的變形。中心筒整體尺寸的控制與圖紙對應(yīng)。做好同軸度的檢查（支撐管與中心筒，管板與中心筒)。在管板邊緣做好角度標(biāo)記，有利于后序操作。

4 中心筒繞管前的準(zhǔn)備

在纏繞換熱管之前，在繞管機(jī)和中心筒上分別劃出定位線，首先點焊平墊條，異形墊條再劃出參考螺旋線后，然后層層緊密的將換熱管繞在中心筒上，并且使用專用的卡箍焊接固定。需注意在點焊時焊接電流大小的控制，和對焊工熟練度的要求，否則很容易出現(xiàn)漏流或者熔穿現(xiàn)象。（在繞管前，應(yīng)調(diào)整中心筒高度，使中心筒軸線與繞管的機(jī)中心線在同一條直線上，這樣繞管機(jī)轉(zhuǎn)動時能更平穩(wěn)，避免受力不均。）

5 管束的繞制

（1）不銹鋼的換熱管因材質(zhì)的問題導(dǎo)致了在彎曲或者纏繞時候很難改變其形狀特點。在纏繞時要保證所有換熱管間的間距都是一致的，做到間距的均勻，使相鄰兩根管子在繞制后相互間隙要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求范圍內(nèi)，不能出現(xiàn)間隙時大時小，否則就會造成操作介質(zhì)出現(xiàn)偏流，從而影響整體的換熱效果。（2）端部換熱管在折彎的過程中要自然的過渡。在穿入管板前，換熱管要經(jīng)過多次折彎才能穿入管板，所以在折彎的過程中必須要保證換熱管圓滑自然的過渡，以達(dá)到避免換熱管可能會產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力的目的，從而影響外觀質(zhì)量。（3）異形條墊能起到換熱管定位的作用，必須要等分均勻，從而保持螺旋角與換熱管相同，相接觸部位要圓滑過渡。（4）由于換熱管是盤形供貨。所以在纏繞換熱管前需要設(shè)立校直的機(jī)構(gòu)，校直后的換熱管能起到塑性變形的作用，防止繞管時出現(xiàn)回彈的現(xiàn)象。（5）在兩塊管板所相對應(yīng)的位置做好標(biāo)記，以保證同管程的換熱管能夠正確的引導(dǎo)至對應(yīng)的管板區(qū)內(nèi)。（6）繞管過程中最常見的問題就是出現(xiàn)“啞鈴”的形狀，外形為兩端粗、中間細(xì)。所以在繞制過程中必須要提前預(yù)防靠近管板兩端處的換熱管外彈，控制變形量，減小芯子穿入殼體過程的困難。

6 通球試驗

首層換熱管繞制完成后按換熱管數(shù)量的百分比進(jìn)行通球試驗，通球直徑為換熱管內(nèi)徑的70%。目的一是檢查換熱管的圓度變形量是否滿足設(shè)計要求，二是檢查換熱管內(nèi)壁的光滑程度，如果不達(dá)標(biāo)都是要拆開重新繞制。

7 逐層水壓試驗

繞管完成后要用專用的工裝對換熱管逐層逐根的進(jìn)行水壓試驗，如果發(fā)現(xiàn)有換熱管泄漏則應(yīng)立刻更換換熱管。

8 繞管變形量的控制

纏繞管式換熱器的換熱管需要一層一層的纏繞在中心筒上，當(dāng)換熱管的外壁在有外力腐蝕作用的環(huán)境下時，可能會出現(xiàn)的狀況是我們應(yīng)該分析和解決的問題。我們得知換熱器中心筒的直徑大小，會直接影響外壁換熱管纏繞后的變形量的大小。直徑比較大的換熱管還有可能會出現(xiàn)內(nèi)壁褶皺。要保證中心筒纏繞后的質(zhì)量，就需要根據(jù)試驗的結(jié)果來得到一個最為合理的最小中心筒規(guī)格。

9 換熱管與管板連接焊接接頭的質(zhì)量控制

在絕大部分的纏繞管式換熱器中，換熱管與管板之間的密封一般采用強(qiáng)度焊的方式進(jìn)行。所以管頭的焊接質(zhì)量成了纏繞管式換熱器質(zhì)量控制的最關(guān)鍵點。在管束制造完成后會采用殼程壓力試驗及其它的泄漏試驗來檢查換管頭的焊接質(zhì)量。有時對于要求比較嚴(yán)格的使用場所，還要求對換熱管焊接接頭進(jìn)行氦滲漏檢測來保證焊接質(zhì)量。目前，我們對質(zhì)量的控制一般還采用先干活后檢查控制的方法，無論是在焊接還是脹接上沒有充足的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)的積累，只能判斷出是否有泄漏，然后再針對泄漏的地方進(jìn)行返修。因此，需要深入的對進(jìn)行換熱管與管板連接質(zhì)量進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析，保留大量的一手檢查數(shù)據(jù)（如圖2）。

10 換熱管與管板焊接

圖2

為了能夠做到管頭焊接過程控制，對換熱管與管板焊接接頭進(jìn)行一定比例的射線檢測是非常有益的。換熱管與管板的焊接過程中要保證管頭的焊接質(zhì)量，換熱管焊接接頭中經(jīng)常會出現(xiàn)的焊接缺陷有夾渣、未焊透、表面裂紋、未熔、氣孔等。當(dāng)有焊接缺陷出現(xiàn)時，一定要及時處理，通過返修的方法將缺陷及時清除。大型的纏繞管式換熱器換熱管的數(shù)量很多，質(zhì)量控制中經(jīng)常采用抽樣檢查的方法進(jìn)行檢查。根據(jù)換熱管與管板焊接的工藝對一定數(shù)量的焊接接頭按 照射線檢測工藝進(jìn)行檢測。如果檢測數(shù)量的范圍內(nèi)存在有缺陷的接頭數(shù)量低于標(biāo)準(zhǔn)的要求，則表示選取檢查的換熱管管頭的焊接質(zhì)量比較良好，抽樣檢查可以結(jié)束。如果所檢查的管頭有缺陷的數(shù)量達(dá)到或超過標(biāo)準(zhǔn)所要求的數(shù)值，則所有的焊接接頭都應(yīng)該進(jìn)行100%的射線檢測。

11 脹接

脹接是接頭密封的關(guān)鍵步驟。因為脹接的管子一般都是有縫管，所以對于脹接的脹值的選擇就顯得尤為重要。脹值過大就會出現(xiàn)過脹，很可能會出現(xiàn)焊縫開裂。需要選擇有經(jīng)驗的鉚工嚴(yán)格按工藝進(jìn)行操作。

12 結(jié)語

區(qū)別于常見的直管式換熱器，螺旋纏繞管式換熱器的換熱管束的分布是按照每一層不同的管束數(shù)量，相同的角度反向進(jìn)行纏繞，在換熱管殼體內(nèi)均勻分布的換熱管，同時還需要保持標(biāo)準(zhǔn)要求的管間距和層間距。這樣不僅使換熱管的長度增加了，有充足的流程使介質(zhì)流通并保持熱交換，同時分散了熱能。在實際的使用過程中，將會大大的提高換熱器的換熱效率與導(dǎo)熱的能力。

[1] 劉克安.纏繞式換熱器節(jié)能特點分析[J].石油化工建設(shè),2011.

[2] 何文豐.纏繞管式換熱器在加氫裂化裝置的首次應(yīng)用[J].石油化工設(shè)備技術(shù),2008.

[3] 徐學(xué)才.螺旋纏繞管式換熱器的設(shè)計、制造及工程應(yīng)用[J].化工與醫(yī)藥工程》-2012.