管壳式换热器制造工艺分析

程龙

摘 要：管壳式换热器是一种比较传统的标准热交换装置，由于其具有较多的优点，因此在石化行业中得到了广泛的应用。随着工业化进程的不断发展，对管壳式换热器的制造质量有了更加严格的要求。该文对管壳式换热器的制造工艺进行分析，希望在制造质量方面能够得到进一步的改善。

关键词：管壳式换热器；制造工艺；材料检验

中图分类号：TH12 文献标志码：A

管壳式换热器又称列管式换热器，是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。与其他类型的换热器相比，管壳式换热器的承压能力较强，结构较为紧固，用材比较广泛，维修拆卸比较方便，生产成本低，能够适应高温高压的生产环境，因此在石油化工领域中应用较为广泛。在科技快速发展的时代背景下，对管壳式换热器的制造工艺和质量也提出了更高的要求，其制造质量直接关系到工业生产的安全性，因此应该对制造工艺给予高度重视。

1 管壳式换热器的制造工艺

1.1 材料管理与检验

虽然管壳式换热器的用材比较广泛，但是对材料的质量有较高的要求，材料的质量直接关系到换热器的制造质量，因此要做好材料的管理和检验。在材料管理方面，应该严格区分有害成分与无害成分的材料，避免二者混放。对于达到使用寿命周期的产品，分情况对其进行回收利用或者采用适宜的工艺方法进行处理，避免对环境造成污染。

在选择制造材料时，应该对材料的焊接试板进行拉伸、弯曲以及冲击的力学性能试验，每个试验都要严格遵守试验标准，为后期的制造工艺提供质量保障。在材料检验方面，钢材作为主要材料，其质量和规格应该符合国家和行业规定的技术标准，其中的受压元件以及直接与受压元件焊接的非受压元件用的钢材，一定要有质量证明书。针对设备的使用条件，应该严格监控材料的供货状态，在必要的情况下，可对材料进行化学成分、机械性能以及超声波检验。对于盛装高度危害毒性介质、液化石油气、压力大于10 MPa的压力容器，应该进行超声波检测，以确保质量符合材料要求的标准。

1.2 焊接方式

焊接是管壳式换热器制造工艺中最为重要的环节，由于各个元件是通过焊接组合在一起的，因此焊接质量对整个制造工艺而言非常关键。比较常用的焊接方式有手工电弧焊、埋弧自動焊、气体保护焊等，在制造过程中，根据所使用的材料不同，应该选择适宜的焊接方式。手工电弧焊是应用最为广泛的焊接方式，因其操作灵活、设备简单，并且能够进行全位置焊接，但是这种焊接方式的焊接质量很大程度上取决于焊工的经验和技术水平。无论采用哪种焊接方式，都会产生一定的变形和应力，为了最大程度地避免这种危害，应该使用最好的焊接材料，根据母材选择适宜的焊接工艺，做好工件结构和坡口处理。在焊接完成后，要做好应力消除和探伤检测。

1.3 焊后热处理

在焊接过程中，焊条、焊剂和空气中的氢气在高温状态下会分解成原子状态而溶于液态金属中，在焊缝冷却的过程中，氢原子在钢中的溶解度就会急剧下降，在较短的时间内氢来不及逸出就会留在焊缝的金属中，就会导致焊缝出现延迟裂纹。为了消除焊缝的这种质量缺陷，就需要对其进行消氢处理以及焊后热处理。消氢处理就是在焊接完成后，将焊缝加热到规定的温度后持续相应的时间，为氢逸出焊缝提供稳定条件，避免延迟裂纹的出现。而焊后热处理是根据具体情况，将焊件整体或者局部加热到规定温度进行保温，然后进行炉冷或者空冷。可将焊接过程中产生的应力消除或者降低，避免焊接结构出现裂纹。根据焊接部位不同，采取的热处理方式会有一定的差异，要根据具体情况具体分析。

1.4 无损检测

管壳式换热器在焊接时容易在焊缝中形成一定的质量缺陷，为了避免焊接缺陷的存在，在进行组装之前应该对其进行无损检测。比较常用的检测方式有磁粉检测、渗透检测、超声波、射线和声发射等，对于焊缝表面的检测可使用渗透或者磁粉检测，内部检测一般会采用超声波或者射线，但是由于射线具有较强的传射性，不利于检测人员的身体健康以及环境保护。因此磁记忆检测在检测人员中备受推崇。使用金属磁记忆的方法，不仅能够发现在焊接过程中存在的焊接缺陷，而且还能够找出生成缺陷的根源，对焊接缺陷的修复以及焊接工艺的改进提供了重要的依据。通过无损检测，能够发现焊缝中存在的质量缺陷，避免组装后出现质量问题。

1.5 耐压试验和泄漏性试验

由于管壳式换热器在运行过程中需要承受较大的压力，并且具有较强的密封性，因此在组装前应该对其进行耐压试验和泄露性试验，以保证制造质量符合标准要求。耐压试验主要有液压、气压以及气液组合试验，在绿色生产的背景下，采用水压试验可形成水路闭合，这种循环用水不仅能够节约用水，而且还会减少废水排放对环境造成的污染。气密、氨渗、氦渗漏都是泄露性试验的检验方法，气密是比较常用的检验方法，如果盛装介质对设备的致密性有较高的要求时，就需要使用氨渗或者氦渗漏的方法。在使用氨渗检验时，应该做好氨气的排放安全，将氨气引入水中避免发生中毒事件，对于溶解的氨水可根据生产条件进行妥善处理，或将其灌溉农田，或者蒸出氨气回收再利用。

1.6 喷漆与包装

为了避免换热器发生锈蚀和腐蚀，根据管壳式换热器使用的材料不同，应该对其进行喷漆或者酸洗处理。对于碳钢材料的换热器可对其进行喷漆处理，为了减少对操作人员以及环境的污染，应该在独立的车间内进行，并且做好大气循环和废气的处理措施。对于不锈钢或者钛制设备的表面，可采用酸洗钝化处理，为了避免对土壤和地下水的酸性污染，应该在固定位置进行酸洗，并且用石灰对冲洗用水进行中和处理，中性水可进行再利用。为了实现绿色生产，设备的包装尽量采用可降解性强、可重复利用的包装，提高生产的经济效益和生态效益。

2 管壳式换热器制造过程中需要注意的问题

管壳式换热器在制造的过程中还有很多需要注意的要点，下面针对几处要点进行阐述。

（1）在加工换热器管板和折流板时，要严格按照图纸要求加工管孔直径，严禁为了穿管方便而扩大管孔直径，从而导致换热管与管板之间的缝隙出现腐蚀泄露。如果对折流板采用划线钻孔，应该将管板和折流板重叠配钻，钻完后将折流板编号和方位图。

（2）在焊接换热管与管板时，第一道焊缝完成后，使用低压压缩空气检查焊缝是否存在泄露缺陷，检查合格后再进行第二道焊缝的焊接。

（3）对于换热管与管板的连接，主要包括强度胀、强度焊、强度胀加密封焊、强度焊加贴胀。使用强度胀时应该采用液压胀接，尽量不使用机械胀接。液压胀接能够有效避免换热管受到机械损伤，还可避免换热管产生轴向伸长。

（4）严格控制壳程筒体的最大直径与最小直径之差，内表面的焊缝要打磨至与母材平齐，并用整圆样板对筒体内套装顺利通过后，再组装管束组件。套装管束组件应有专用工装吊装，不得损伤换热管。

3 结语

管壳式换热器作为石化生产中重要的热交换设备，一定要做好制造工艺过程中的质量控制，严格监控制造中的每一个环节。每道工序都要严格按照设计图纸的要求执行，并且做好质量检验工作，避免质量缺陷的出现。随着科技的快速发展，管壳式换热器的制造工艺也会不断提升，为我国工业生产的发展奠定更加坚实的基础。

参考文献

[1]吴让建.管壳式换热器故障分析及维修处理[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38（17）：32-33.

[2]和凯.管壳式换热器整体焊后热处理变形的原因分析[J].石油和化工设备，2018，179（5）：72-73.

[3]刘俊成.管壳式换热器泄漏原因分析及改进设计思路[J].民营科技，2018，224（11）：74.