钢管作圆筒的热交换器设计与制造

李崇勇 刘 锐 张 光

（中国石油辽阳石油化纤公司机械检修部 辽阳 111003）

钢管作圆筒的热交换器设计与制造

李崇勇 刘 锐 张 光

（中国石油辽阳石油化纤公司机械检修部 辽阳 111003）

热交换器管束能否顺利穿入壳体，不仅关系制造的可靠性，而且更影响使用与维修。以一台浮头式冷却器在制造过程中发生管束难以穿进壳体为例，对钢管作壳体圆筒的热交换器设计与制造的相关问题进行了分析讨论，结果发现，为保证管束顺利装入壳体，不仅要注重折流板外径根据钢管实测最小内径确定，而且尚应根据钢管的实测最小内径确定相关元件如壳体法兰内径。较为合理的解决方案是，在热交换器设计时，壳体圆筒用钢管外径与壁厚一经确定，就应预先订购钢管并要求钢管厂给出钢管的实测最小内径值，而制造工艺也应对钢管实测最小内径值提出复验控制。

热交换器 钢管圆筒 折流板外径

一台卧式浮头冷却器在制造过程中发生管束难以穿进壳程圆筒问题，组装人员检查发现，折流板外径较壳体圆筒内径偏大。

查施工图设计选用钢管作壳体圆筒，浮头式冷却器为BES325-0．9/0．8-11-4/25-4I型[1]，技术特性见表1。壳体圆筒选用20钢φ325×10 GB 9948[2]的热轧普通级钢管，而弓形折流板则选用厚度6mm的Q235-B钢板，外圆直径即φ302．5～303。

表1 技术特性

查GB 9948表1钢管外径和壁厚允许偏差，对于热轧普通级钢管，φ325钢管的外径允许偏差为±1%D，而对于壁厚10mm的下偏差－10%S上偏差＋15%S。由此，对于φ325×10钢管的内径可能在φ298．75～φ310．25范围内。由此可见，仅考虑折流板外径加工偏差与钢管内径范围值，难免出现管束穿不进壳体圆筒的情况。钢管作圆筒时施工图设计与制造工艺应如何进行为合理？

1 图样设计

GB/T 151中6．8．2．2．1中规定：DN≤400管材作圆筒时，折流板的名义外径（大于浮动管板外径Dimin－6）为管材实测最小内径减2mm。所以，折流板设计图样标注的外径名义尺寸为Dimin－2（Dimin为管材实测最小内径）。但设计图样如此标注，不仅需要制造加工时配合实施，即材料供应部门在验收管材时测量管材的最小内径，并将验货单所实测的尺寸传送给下序，以确定折流板的名义外径等元件的相关尺寸；而且尚需图样设计考虑与壳体圆筒相连接的其他元件如壳体法兰及外头盖侧法兰的内径确定。

对此案例，首先需要图样设计考虑的问题是，壳体圆筒与法兰强度计算时需要输入的内径。鉴于GB 9948普通级热轧钢管的壁厚10mm时下偏差为－10%S＝－1mm，即钢管最小壁厚为9mm，小于图样标注厚度。所以，设计应要求材料采购时，按GB 9948中的公称外径（D）和最小壁厚（Smin）交货。此时，钢管壁厚的允许偏差：下偏差为0，上偏差为＋25%Smin。即φ325×10钢管的壁厚范围值为10～12．5mm；而钢管的外径允许偏差仍为±1%D。由此得到φ325×10钢管的内径范围值φ296．75～φ308．25。由于钢管的最大内径与最小内径差值为11．5mm，对于壳体的圆筒强度计算输入内径取大值即可，但对于法兰设计计算就很难确定内径值。故此，尚需材料供应事先寻购φ325×10钢管的实测最小内径，然后反馈给设计以确定壳体圆筒和法兰的内径。可见，设计时就应预先订购圆筒用钢管。

至于壳体法兰的设计与计算，鉴于本案例的腐蚀裕量为2mm，而管法兰标准HG/T 20592[3]没有给出适合的腐蚀裕量，但容器法兰标准NB/T 47023[4]却给出了腐蚀裕量适用于3mm。所以，壳体法兰可参照NB/T 47023中DN300的结构尺寸设计，而外头盖侧法兰则可参照GB/T 29465[5]进行。

2 制造工艺

综上所述，由于钢管作壳体圆筒的特殊性，即钢管的外径偏差与壁厚偏差导致钢管的内径不确定性，由此给热交换器的设计与制造增添了麻烦。较为合理的解决方案是，热交换器设计时，设计方案（钢管外径与壁厚）一经确定，就应预先订购钢管并要求钢管厂给出钢管实测最小内径值，如此确定相关元件如壳体法兰内径、折流板外径等尺寸。这种方案较适合于容器制造厂的设计单位设计，便于与厂供应部门沟通。所以，热交换器制造对于钢管作壳体圆筒的施工图，不论是本厂设计的，还是其他设计院设计的，也不论设计图样对钢管直径及相关元件的直径尺寸如何标注，制造工艺都应要求复验钢管的实测最小内径，并应注意以下事项。

1）对钢管实测最小内径、壳体法兰内径及折流板外径等控制点提出控制。首先，要求材料供应部门验收钢管时复验实测最小内径。然后视情况与设计沟通，确认相关元件如壳体法兰内径及折流板外径尺寸，即相关元件如壳体法兰内径及折流板外径尺寸根据钢管实测最小内径确定；

2）按钢管实测最小内径确定与壳体圆筒相连接的元件尺寸如壳体法兰内径等，并使加工尺寸在图样要求的公差范围内，以保证组装工序组对壳体圆筒与壳体法兰内表面齐平，尽量减小对接错边量，为装穿管束扫平障碍；

3）同时合理制定接管与壳体圆筒组装的焊接工艺，有效控制壳体接管焊接时的圆筒变形，保证圆筒的圆度在公差范围内，避免圆筒成扁圆形或塌陷而影响管束的顺利组装。

3 结束语

1）钢管作壳体圆筒的热交换器设计与制造，为保证管束顺利组装穿入壳体，不仅要注重折流板外径尺寸根据钢管实测最小内径确定，而且尚应根据钢管的实测最小内径确定相关元件如壳体法兰内径；2）较为合理的解决方案是，当热交换器设计时，设计方案（钢管外径与壁厚）一经确定，就应预先订购钢管并要求钢管厂给出钢管实测最小内径值，而制造工艺也应对钢管实测最小内径值提出复验控制，并以此为依据确定折流板外径与壳体法兰内径等相关元件的加工尺寸；

3）此方案也适用于钢管作壳体圆筒的固定管板式或U形管式等热交换器的设计与制造。

[1] GB/T 151—2014 热交换器[S].

[2] GB 9948—2013 石油裂化用无缝钢管[S].

[3] HG/T 20592—2009 钢制管法兰[S].

[4] NB/T 47027—2012 压力容器长颈对焊法兰[S].

[5] GB/T 29465—2012 浮头式热交换器用外头盖侧法兰[S].

Design and Manufacture of Heat Exchangers with Cylindrical Shell Made from Steel Pipe

Li Chongyong Liu Rui Zhang Guang
(Petrochina Liaoyang Petrochemical Fibre Company Machinery Maintenance Department Liaoyang 111003)

If the shell of heat exchangers can be penetrated by the tube bundle easily is not only important to the reliability of manufacture, but also important to the service and maintenance. Take a heat exchanger whose shell cannot be penetrated by the tube bundle, for instance, the analysis and discussion of the relative issues about design and manufacture of heat exchangers whose cylindrical shell is made from steel pipe have be done. The result is that, to ensure that the shell of heat exchangers can be penetrated by the tube bundle easily, not only should we pay attention on the determination of the outside diameter of baffles in accordance with the minimum actual measured inside diameter of steel pipe, but also we should determine the inside diameter of the considered elements such as shell fange in accordance with the minimum actual measured inside diameter of steel pipe. The more rational solution is that, not only should the manufacturer order the steel pipe in advance and should ask the steel tube works to tell him the minimum actual measured inside diameter of steel pipe, but also the manufacturing procedures shall require the retest control for the minimum actual measured inside diameter of steel pipe once the outside diameter and thickness of steel pipe which is used to made the cylindrical shell is determined for the design of heat exchangers.

Heat exchangers Cylindrical shell made from steel pipe Outside diameter of baffes

X924

B

1673-257X（2017）03-0042-02

10．3969/j．issn．1673-257X．2017．03．008

李崇勇(1982～)，男，本科，工程师，从事压力容器建造工作。

2016-08-11）