双管板换热器的改进探讨

冯淼

【摘要】本文主要对双管板式换热器管束在使用过程中发生泄漏和在操作的问题，在强度校核合格的基础上，对管板的材料、管子和管板的连接结构以及制造工艺进行了分析，对以上问题进行了改进。

【关键词】双管板；热换器；改进

换热器是化工、石油、能源等各工业中应用相当广泛的单元设备之一，采用了双管板结构主要是为了避免壳程冷却水因管板泄漏进入管程的混合气，保证混合气的干燥洁净。通常换热器经强度校核通过后，应当对换热器管束的选材、结构等进行分析。

1.双管板换热器及其应用简介

双管板换热器是在换热器一端设有一定间隙的两块管板或相当于有一定间隙的两块管板的换热器，在实际操作中，双管板换热器一般用于以下两种场合：一种是绝对防止管壳程间介质混串的场合，例如，对壳程走水、管程走氯气或氯化物的换热器，若壳程中的水与管程中的氯气或氯化物接触，就会产生具有强腐蚀性的盐酸或次氯酸，并对管程材质造成严重的腐蚀。采用双管板结构，能有效防止两种物料混合，从而杜绝上述事故的发生；另一种是管壳程间介质压差很大的场合，此时通常在内外管板之间的空腔中加入一种介质，以减小管壳程间介质的压差。

2.技术指标

蒸汽发生器选用的是双管板U型管式换热器。该放空气冷却器的设计条件见表 1。

项目 壳程 管程

最高工作压力（MPa） 0.35 0.7

设计压力（MPa） 0.7 0.9

设计温度 200 200

操作介质 冷却水 放空气

表 1 放空气冷却器的设计条件

放空气冷却器选用的是双管板固定管板型换热器，其型号为BEM900-1.0/0.8-165-4/19-2Ⅱ。原放空气冷却器采用双管板结构，管程侧管板（外管板）材质为16MnⅡ锻件，厚度为 50 mm；壳程侧管板（内管板）材质为16MnⅡ锻件，厚度为40 mm。换热管材料为 20 号钢无缝钢管，换热管标准为 GB9948—2006 《石油裂化用无缝钢管》，规格 Φ19mm×2 mm。换热管与管、壳程管板的连接方式均为强度胀接，两管板间距 30 mm，间隙由间隙控制环 （哈夫短节） 控制。管板与换热管的连接一般有 4 种方式：强度焊、强度胀接、强度焊+贴胀、强度胀+密封焊，原设备的内外管板与换热管的连接均采用强度胀接的方法。

3.热换器管端失效原因分析及改进措施

3.1原因。因胀接强度不够而产生的管端泄漏和制造过程中因强力组装而对管孔和换热管造成损伤而引起的泄漏是造成换热器管端泄露的主要原因。

3.2改进措施。对于双管板换热器，如果内管板发生泄露，很难判断泄露是由哪个管孔所引起。在水压试验过程中如果发生泄露，补胀的工作量将会非常大。因此，在原设备设计的基础上，在管束的结构设计和制造工艺等方面采取了一系列改进措施来保证制造质量，确保一次试压合格。具体改进及措施如下：

3.2.1壳程侧管板的厚度由 40 mm 增加到 50 mm。如图 1 所示，管板厚度为 40 mm 时，胀接长度为 34mm，有关资料显示，换热管胀管长度在 50 mm 以下时，胀接长度越长，其胀接紧固力也越大。壳程侧管板材料为 35 号钢Ⅱ级锻件厚度为 40 mm，虽满足了标准规定的强度要求，但是由于换热管在胀接过程中发生拉伸变形，迫使管板发生外凸，管板越薄变形越大，从而影响管板与法兰之间的密封，因此可对管板适当加厚。对于该批双管板结构的换热器，在不过多增加材料成本的前提下，为确保管板与法兰密封的可靠性并提高胀接接头的紧固力，壳程侧管板厚度增加至 50 mm。

3.2.2外管板与换热管的连接方式由强度胀接改为强度焊 + 贴胀。按照该放空气冷却器的设计条件，选择强度胀接虽然符合标准的规定，但是对于双管板换热器这种特殊结构，内外管板之间的间隙会造成两管板管孔之间同心度差，对中偏差较大，而且内外管板间隙很小，部分管子如不做处理很难同时穿进两块管板，在穿管过程中只好尽力保护内管板孔，以内管板孔为基准，将外管板孔适当镗大，这样就使部分外管板管孔孔径偏差增大，当使用同等强度胀管时该部分管孔很难达到预期的胀接强度，致使管头胀接不牢，压力试验及使用过程中发生局部泄漏在所难免。而强度焊+贴胀的结构在保证了管子与管板焊接强度的同时，又进行了局部的贴胀，这就增加了连接接头的强度和密封性能，确保了连接的可靠性。因此，考虑到制造工艺，把强度胀接改进为强度焊+贴胀，提高了管板与换热管连接质量。

3.2.3 胀接过程质量控制。内管板的强度胀接及外管板的贴胀全部采用液压胀，其中内管板胀接质量要求较高，是双管板换热器制造的难点。内管板胀接时，内外管板要按工作位置固定起来，采用加长机构对内管板进行胀接。胀接应准确测量管头到内管板待胀区的距离，通过挡环准确定位，并根据管头伸出外管板的实际尺寸适当调整，防止胀错位置。采用 2次胀接法，第一次胀接按胀接工艺确定的胀接参数进行，第二次胀接按稍高于第一次胀接的胀接力进行。重复胀接法是根据以往经验得出的保证胀接质量，防止管端渗漏的有效方法。胀管时按从上到下、从左到右的顺序的依次胀管，防止漏胀，同时做好标记，直至全部胀完。内管板全部胀接合格后对外管板的管头进行焊接，完毕后进行100%磁粉检查，合格后再对外管板的管头进行液压贴胀。之所以采用先焊接再贴胀，是为了提高管头封焊的质量，若先贴胀后焊接的话，容易在管头处形成死区，不利于气体的流通，造成焊接缺陷。

4.结语

在化工生产中,设备的投资是一次性的,总希望生产能长周期连续运行,检修时间越短越好，双管板换热器的下管板与管束能采用焊接时应尽量采用焊接,特别是在间隙不是较大的情况下,胀焊并用,效果更佳。

5.参考文献

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