淺談U形管式換熱器制作質量的控制

李英杰

(山西陽煤化工機械(集團)有限公司，山西 太原 030032)

1 U形管式換熱器簡介

在工業生產中，用于實現物料之間的熱量傳遞過程的一類設備，統稱為換熱器[1,2]。按照結構，可分為固定管板式換熱器、U形管式換熱器、浮頭式換熱器、板式換熱器等。其中固定管板式換熱器、U形管式換熱器、浮頭式換熱器是最為常用的換熱器。固定管板式換熱器結構簡單，管束不可拆卸，適用范圍有限；U形管式換熱器因換熱管兩端均固定在同一管板上，熱脹冷縮時管束可自由伸縮，且管束可拆卸，便于殼程及管束的清洗，常用于管、殼程溫差較大、殼程介質容易臟、管束表面需要經常清理的環境[3]；浮頭式換熱器采用列管結構，但副管板一側增設浮頭結構，通過該浮頭結構實現列管中液體的折流作用，浮頭固定在管束上，與殼程不直接接觸，熱脹冷縮時管束也可自由伸縮，另外該類換熱器的管束也可拆卸，便于內部的清理，但該類換熱器結構相對復雜，檢修工作量大，且容易出現內漏現象。

U形管類換熱器由管束、殼程、管箱三部分構成，其中管束為其核心結構，由管板、U形換熱管、折流板或支撐板、拉桿、定距管等組成，見圖1。

1-隔板；2-管箱封頭；3-管箱接管；4-管箱筒體；5-管箱設備法蘭；6-管板；7-殼程設備法蘭；8-殼程接管；9-補強圈；10-殼程筒體；11-定距管；12-折流板或支撐板；13-U形換熱管；14-鞍座；15-殼程封頭

U形管式換熱器的換熱管兩端對稱布置在同一管板上，該結構使U形管能夠自由伸縮，適用于管、殼程溫差較大的工況；U形管束可以從殼體內抽出，便于管束外側及殼程內部的清洗，適用于殼程介質易結垢的工況。鑒于U形管的結構特點，位于管束內部的管子不易更換，若要更換需將外側管子拆除后一并更換。

2 U形管式換熱器制作質量控制

2.1 管束制作質量控制

2.1.1 U形管制作

U形管彎制：U形管的彎制質量直接決定后續穿管操作及換熱器運行的情況，必須控制好U形管的彎制弧度及彎制后的圓度偏差。彎制弧度控制不好會導致穿管困難，操作不當還會造成換熱管表面損傷，影響換熱管的使用壽命；圓度偏差控制不好會影響換熱管的換熱效果，并造成換熱管U形管端應力集中，影響換熱管的使用壽命。所以，U形管彎制時，需先進行試彎，確定彎制效果滿足要求再進行批量彎制，且彎制過程需及時進行查驗，確保整體彎制效果。

U形管彎制后需按標準、圖紙、工藝要求進行相應的固溶、熱處理，以消除U形管端因彎制產生的應力，避免因應力集中影響U形管的使用性能及壽命；之后需按標準要求進行逐根試壓，試壓合格后再使用，避免殼程試壓時因換熱管泄漏導致管束不必要的拆裝。

2.1.2 搭架制作

搭架需嚴格按照圖紙要求進行搭架操作，避免搭架錯誤導致返工返修。同時，搭架時需考慮液體流向，避免短路影響換熱效果。

2.1.3 穿管操作

穿管時需注意換熱管的防護，避免換熱管損傷。另外穿管時需控制好尾部換熱管的間隙，既要避免間隙過窄影響流體流動，進而影響換熱效果，又要保證管頭的伸出長度，避免出現管頭無法伸出管板的現象。

2.1.4 換熱管與管板連接

換熱管與管板連接形式可分為強度焊接、強度脹接、脹焊并用、內孔焊四種[4]，其中脹焊并用是最常見的連接形式，適用于振動或循環載荷工況、間隙腐蝕傾向工況及管板為復合管板的情況。

換熱器產品運行過程中常出現管頭泄漏、管頭開裂、換熱管腐蝕開裂等問題，需進行停車返修，甚至導致設備的報廢?？刂坪脫Q熱管與管板連接質量對于換熱器的穩定運行至關重要。換熱管與管板連接時需按照工藝要求進行相應的焊接、脹接等操作。一要保證管頭的焊接質量，避免因焊接問題導致開裂、泄漏；二要保證脹接質量，既要滿足脹度要求，達到換熱管與管板的連接要求，并有效避免間隙腐蝕現象的發生，又要避免過脹而影響換熱管強度。

2.1.5 其他零部件裝配

按照圖紙要求規范裝配其他零部件，以滿足管束裝配及使用要求。裝配時需注意換熱管的防護，施焊時首選氬弧焊焊接，避免對換熱管造成損傷。

2.2 殼程制作質量控制

2.2.1 筒體組焊

筒體需控制好組對錯邊量，為施焊做好準備；施焊時控制好焊接參數，提高一次探傷合格率，減少不必要的返修，尤其是薄壁筒體，返修極易造成返修位置的塌陷。

2.2.2 接管裝焊

接管開孔劃線時要找準基準，一般以端部設備法蘭螺栓孔為參照，避免劃線偏差導致接管裝配不正，從而影響換熱器的正常裝配。接管裝焊時需提前打好防變形支撐，避免接管焊接變形，從而影響管束的套裝及現場的拆裝。

2.2.3 其他零部件的裝焊

按照圖紙要求規范裝配其他相關零部件，以滿足換熱器使用要求。

2.3 管箱制作質量控制

2.3.1 接管裝焊

劃線時需找準基準，一般以端部設備法蘭螺栓孔為參照，避免劃線偏差導致接管裝配不正影響設備的正常裝配。

2.3.2 隔板裝焊

隔板裝焊前需打好防變形支撐，熱處理及機加工后再行拆除，避免隔板變形影響管箱裝配。對于大直徑換熱器在設計時需考慮是否增設隔板防變形支撐件。實際中大直徑換熱器產品制作過程中常因隔板變形導致管箱無法正常裝配或裝配后隔板槽位置達不到要求的密封效果。

2.4 其他工序制作質量控制

2.4.1 管束套裝

套裝前需對殼程筒體及管束進行仔細檢查，確保零部件裝配齊全。殼體及接管內部無超標缺陷，且飛濺、焊渣等雜物已清理干凈。

有補強圈的接管在管束套裝前需按標準要求進行氣密試驗，避免套裝后補強圈泄露導致返工返修。

管束臥式套裝時采用護板吊裝，避免換熱管變形損傷并影響套裝。另外，管束套裝時要杜絕強力套裝，套裝過程需控制好管束與殼體的間隙，避免對管束造成損傷。

2.4.2 管箱裝配

管箱裝配前需確保零部件裝配齊全，管箱內部及接管內部無超標缺陷，且飛濺等雜物已清理干凈。

2.4.3 打壓驗證

設備完工后需按標準、圖紙及工藝要求規范進行耐壓試驗，一是驗證設備的承壓性能及安全性能，二是進一步消除換熱器的殘余應力，避免應力集中造成的質量隱患。試驗時需仔細檢查，重點檢查設備法蘭、接管及補強圈，確保設備耐壓試驗合格。

3 結語

U形管式換熱器作為最常見的一種換熱器，其制作質量直接影響其使用性能及安全性能，只有嚴格控制各關鍵點，針對易發生問題的節點提前采取有效的防范措施，并規范操作、嚴格把關，才能有效控制其制作質量。