固定管板式換熱器殼程檢測問題探討

王樹勇

（廣東眾和工程設計有限公司，廣東茂名 525000）

換熱器是在具有不同溫度的兩種或兩種以上流體之間傳遞熱量的設備，主要作用是使熱量從溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到工藝流程規定的指標，以滿足過程工藝條件的需要。換熱器在石油、化工、冶金、電力、輕工、食品等行業中普遍應用，特別在煉油、化工裝置中，換熱器占總設備數量的40%左右，點投資的30%-45%。目前，換熱器中使應用最多是管殼式換熱器。

管殼式換熱器按結構分類，可分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U 型管式換熱器、填料函式換熱器、蛇管式換熱器、雙殼程換熱器、單套管換熱器、多套管換熱器、外導流筒換熱器、折流桿式換熱器、熱管式換熱器、插管式換熱器、滑動管板式換熱器。而在石油化工生產中最常見是固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U 型管式換熱器。本文僅對固定管板式換熱器設計、制造及使用中，殼程筒體是否需要100%射線檢測的問題進行探討。

固定管板式換熱器是由管箱、殼體、管板、管子等零部件組成。其優點是結構較簡單、緊湊，排管較多，在相同直徑情況下換熱面積較大，旁路漏流較小，沒有內漏，制造較簡單，工程造價低。其缺點是管束無法機械清洗，易產生溫差應力，管板與管頭之間易產生溫差應力而損壞，管子腐蝕后連同殼體一起報廢，設備壽命較低，因不能單獨更換管束，所以維修成本高。殼體和管子壁溫差一般應小于等于50℃，大于50℃時應在殼體上設置膨脹節。

1 問題提出

在TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》中“3.2.10.2.2.2 符合下列情況之一的壓力容器殼體A、B 類對接接頭，采用本規程3.2.10.2.1 第（1）項的方法進行全部無損檢測：（5）焊接接頭系數取1.0 的壓力容器或者使用后需要但是無法進行內部檢驗的壓力容器。”[1]。同樣，在GB/T 150.4—2011《壓力容器 第四部分：制造、檢驗和驗收》中“10.3.1，凡符合下列條件之一的容器及受壓元件，需采用設計文件規定的方法，對其A 類和B 類焊接接頭進行全部射線或超聲檢測：（d）使用后需要但無法進行內部檢驗的容器”[2]。那么，固定管板式換熱器是否屬于“使用后需要進行內部檢測”的設備呢？是否需要按照TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》和GB/T 150.4—2011《壓力容器 第四部分：制造、檢驗和驗收》要求A、B 類焊接接頭進行100%射線檢測呢？

2 問題探討

固定管板式換熱器由于自身結構的原因，制造完畢后殼程是無法進行內部檢查、檢測的，它不像浮頭式換熱器和U型管式換熱器可以抽芯后進進內部檢查及檢測。在固定管板式換熱器工程設計中，大部分固定管板式換熱器殼程僅要求20%射線檢測，特殊介質（如極度危害介質、高度危害介質）殼程要求進行100%射線檢測。

在 《GB/T150—2011《壓力容器》問題解答及算例》中“問題4-23：10.3.1d）“使用后需要但無法進行內部檢測的容器”要求進行100%射線或超聲檢測，如何理解？固定管板換熱器殼程是否屬于此情況？答：按照《壓力容器定期檢驗規則》，壓力容器進行全面檢驗時，有時需要內部進行表面檢驗。但某些容器因結構、介質或生產工藝等原因使用后無法進入容器內部，例如電容壓力容器、內部催化劑不允許拆卸的容器、固定管板換熱器的殼程等”[3]。按照《GB150—2011《壓力容器》問題解答及算例》回答的意思，固定管板式換熱器的殼程是屬于“使用后需要但無法進行內部檢測的容器”。那么按照GB15.4—2011中第10.3.1條要求，固定管板式換熱器的殼程是需要進行100%射線或超聲檢測的，但在實際執行過程中，均不會因為這一條規定而要求固定管板式換熱器殼程進行100%射線或超聲檢測。

在GB/T151—2014《熱交換器》中對固定管板式換熱器，因無法進行無損檢測也有相關的處理要求，“4.6.4 對無法進行無損檢測的固定管板式換熱器殼程圓筒的環向焊接接頭，應采用氬弧焊打底或沿焊縫根部全長有緊貼基本金屬的墊板，其焊接接頭系數φ=0.6”[4]。除此之外，并沒有要求對殼體進行100%射線和超聲檢測。

本文認為，由于結構原因無法進入容器內部，因此在制造過程對壓力容器A、B 類焊接接頭只能采用單面焊接接頭，無法保證焊接質量，有可能會出現未焊透、氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。GB/T150和TSG 21對使用后需要但是無法進行內部檢驗的壓力容器要求100%射線檢測的目的，主要是為了通過檢測的手段，檢查焊接接頭是否存在這些缺陷，從而保證焊接接頭的質量。而GB/T151中4.6.4條的目的同樣是為了保證焊接接頭的質量，只是GB/T150和TSG 21是采用檢測手段來保證焊接接頭質量，而GB/T151是采用焊接的方法來保證焊接接頭質量。所以這兩種方法的最終目的是一致的。從經濟方面來考慮，GB/T151的方法更加經濟，GB/T151僅對最后一道環焊縫做了規定，而GB/T150和TSG 21是對所有A、B類焊接接頭都做了要求。因為對于固定管板換熱器在制造過程中，其他焊接接頭都是可以通過內部檢查的，只有最后一道環向焊接接頭是無法進行內部檢查的，故GB/T151僅對最一道環向焊接接頭做了規定，同時降低該道焊接接頭系數來彌補焊接對設備強度的削弱。

另外，對于固定管板式換熱器使用后可能發生泄漏的情況，如換熱管穿孔、管板與換熱管焊接接頭泄漏、筒體腐蝕泄漏、密封面處泄漏等，換熱管穿孔、管板與換熱管焊接接頭泄漏可在管程或殼程介質的監測中發現，筒體腐蝕泄漏、密封面處泄漏可從外觀或壓力監測中發現，這些都并非在設計和制造中采用100%射線檢測就能解決的。而對于設備定期檢驗，TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》中“8.39無法進行內部檢驗的壓力容器，應當采用可造的檢測技術（例如內窺鏡、聲發射、超聲檢測等）從外部進行檢測”[1]，并且金屬壓力容器定期檢驗項目中僅要求宏觀檢驗、壁厚測定、表面缺陷檢測、安全附件檢驗為主，而這些定期檢驗項目都可不進入設備內部就能完成。故對固定管板式換熱器殼程進行100%射線檢驗是沒有必要的。

3 結束語

總而言之，無論是TSG 21—2016、GB/T150—2011 還是GB/T151—2014都是在設計、制造過程中保證固定管板式換熱器焊接接頭的質量，因此，如無特殊要求，對于固定管板式換熱器只需采用GB/T151—2014中4.6.4要求氬弧焊打底或沿焊縫根部全長有緊貼基本金屬的墊板的方法卻可，無需進行100%射線檢測。