固定管板式换热器壳程检测问题探讨

王树勇

（广东众和工程设计有限公司，广东茂名 525000）

换热器是在具有不同温度的两种或两种以上流体之间传递热量的设备，主要作用是使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要。换热器在石油、化工、冶金、电力、轻工、食品等行业中普遍应用，特别在炼油、化工装置中，换热器占总设备数量的40%左右，点投资的30%-45%。目前，换热器中使应用最多是管壳式换热器。

管壳式换热器按结构分类，可分为固定管板式换热器、浮头式换热器、U 型管式换热器、填料函式换热器、蛇管式换热器、双壳程换热器、单套管换热器、多套管换热器、外导流筒换热器、折流杆式换热器、热管式换热器、插管式换热器、滑动管板式换热器。而在石油化工生产中最常见是固定管板式换热器、浮头式换热器、U 型管式换热器。本文仅对固定管板式换热器设计、制造及使用中，壳程筒体是否需要100%射线检测的问题进行探讨。

固定管板式换热器是由管箱、壳体、管板、管子等零部件组成。其优点是结构较简单、紧凑，排管较多，在相同直径情况下换热面积较大，旁路漏流较小，没有内漏，制造较简单，工程造价低。其缺点是管束无法机械清洗，易产生温差应力，管板与管头之间易产生温差应力而损坏，管子腐蚀后连同壳体一起报废，设备寿命较低，因不能单独更换管束，所以维修成本高。壳体和管子壁温差一般应小于等于50℃，大于50℃时应在壳体上设置膨胀节。

1 问题提出

在TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》中“3.2.10.2.2.2 符合下列情况之一的压力容器壳体A、B 类对接接头，采用本规程3.2.10.2.1 第（1）项的方法进行全部无损检测：（5）焊接接头系数取1.0 的压力容器或者使用后需要但是无法进行内部检验的压力容器。”[1]。同样，在GB/T 150.4—2011《压力容器 第四部分：制造、检验和验收》中“10.3.1，凡符合下列条件之一的容器及受压元件，需采用设计文件规定的方法，对其A 类和B 类焊接接头进行全部射线或超声检测：（d）使用后需要但无法进行内部检验的容器”[2]。那么，固定管板式换热器是否属于“使用后需要进行内部检测”的设备呢？是否需要按照TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》和GB/T 150.4—2011《压力容器 第四部分：制造、检验和验收》要求A、B 类焊接接头进行100%射线检测呢？

2 问题探讨

固定管板式换热器由于自身结构的原因，制造完毕后壳程是无法进行内部检查、检测的，它不像浮头式换热器和U型管式换热器可以抽芯后进进内部检查及检测。在固定管板式换热器工程设计中，大部分固定管板式换热器壳程仅要求20%射线检测，特殊介质（如极度危害介质、高度危害介质）壳程要求进行100%射线检测。

在 《GB/T150—2011《压力容器》问题解答及算例》中“问题4-23：10.3.1d）“使用后需要但无法进行内部检测的容器”要求进行100%射线或超声检测，如何理解？固定管板换热器壳程是否属于此情况？答：按照《压力容器定期检验规则》，压力容器进行全面检验时，有时需要内部进行表面检验。但某些容器因结构、介质或生产工艺等原因使用后无法进入容器内部，例如电容压力容器、内部催化剂不允许拆卸的容器、固定管板换热器的壳程等”[3]。按照《GB150—2011《压力容器》问题解答及算例》回答的意思，固定管板式换热器的壳程是属于“使用后需要但无法进行内部检测的容器”。那么按照GB15.4—2011中第10.3.1条要求，固定管板式换热器的壳程是需要进行100%射线或超声检测的，但在实际执行过程中，均不会因为这一条规定而要求固定管板式换热器壳程进行100%射线或超声检测。

在GB/T151—2014《热交换器》中对固定管板式换热器，因无法进行无损检测也有相关的处理要求，“4.6.4 对无法进行无损检测的固定管板式换热器壳程圆筒的环向焊接接头，应采用氩弧焊打底或沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板，其焊接接头系数φ=0.6”[4]。除此之外，并没有要求对壳体进行100%射线和超声检测。

本文认为，由于结构原因无法进入容器内部，因此在制造过程对压力容器A、B 类焊接接头只能采用单面焊接接头，无法保证焊接质量，有可能会出现未焊透、气孔、夹渣、裂纹等缺陷。GB/T150和TSG 21对使用后需要但是无法进行内部检验的压力容器要求100%射线检测的目的，主要是为了通过检测的手段，检查焊接接头是否存在这些缺陷，从而保证焊接接头的质量。而GB/T151中4.6.4条的目的同样是为了保证焊接接头的质量，只是GB/T150和TSG 21是采用检测手段来保证焊接接头质量，而GB/T151是采用焊接的方法来保证焊接接头质量。所以这两种方法的最终目的是一致的。从经济方面来考虑，GB/T151的方法更加经济，GB/T151仅对最后一道环焊缝做了规定，而GB/T150和TSG 21是对所有A、B类焊接接头都做了要求。因为对于固定管板换热器在制造过程中，其他焊接接头都是可以通过内部检查的，只有最后一道环向焊接接头是无法进行内部检查的，故GB/T151仅对最一道环向焊接接头做了规定，同时降低该道焊接接头系数来弥补焊接对设备强度的削弱。

另外，对于固定管板式换热器使用后可能发生泄漏的情况，如换热管穿孔、管板与换热管焊接接头泄漏、筒体腐蚀泄漏、密封面处泄漏等，换热管穿孔、管板与换热管焊接接头泄漏可在管程或壳程介质的监测中发现，筒体腐蚀泄漏、密封面处泄漏可从外观或压力监测中发现，这些都并非在设计和制造中采用100%射线检测就能解决的。而对于设备定期检验，TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》中“8.39无法进行内部检验的压力容器，应当采用可造的检测技术（例如内窥镜、声发射、超声检测等）从外部进行检测”[1]，并且金属压力容器定期检验项目中仅要求宏观检验、壁厚测定、表面缺陷检测、安全附件检验为主，而这些定期检验项目都可不进入设备内部就能完成。故对固定管板式换热器壳程进行100%射线检验是没有必要的。

3 结束语

总而言之，无论是TSG 21—2016、GB/T150—2011 还是GB/T151—2014都是在设计、制造过程中保证固定管板式换热器焊接接头的质量，因此，如无特殊要求，对于固定管板式换热器只需采用GB/T151—2014中4.6.4要求氩弧焊打底或沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板的方法却可，无需进行100%射线检测。