雙管板換熱器的結(jié)構(gòu)比較及U型管雙管板換熱器特點(diǎn)淺析

吳成義+紀(jì)媛+趙明+張磊

（沈陽遠(yuǎn)大壓縮機(jī)有限公司 110027）

摘 要：雙管板作為換熱器的一種換熱元件形式首次出現(xiàn)在GB/T151-2014《熱交換器》標(biāo)準(zhǔn)中，本文主要對(duì)雙管板換熱器的結(jié)構(gòu)和U型管雙管板換熱器的制造要點(diǎn)做出闡述。

關(guān)鍵詞：雙管板；換熱器；壓力容器制造；

雙管板換熱器是指在管殼式換熱器中，換熱管分別與兩塊管板相連接。這種換熱器中，同一個(gè)元件兩側(cè)分別是管程介質(zhì)和殼程介質(zhì)，而中間部分只有換熱管。因此，只有換熱管本體產(chǎn)生泄漏才會(huì)形成管程介質(zhì)同殼程介質(zhì)相混，而這種泄漏的可能性遠(yuǎn)小于換熱管與管板之間的連接以及浮頭管箱法蘭連接處的泄漏。因此在對(duì)管程介質(zhì)與殼程介質(zhì)嚴(yán)格要求其不相混時(shí)，可選用雙管板式換熱器。

雙管板換熱器一般用于絕對(duì)防止管殼程間介質(zhì)有微泄漏的場合，如：殼程介質(zhì)為水、管程介質(zhì)為H2S的換熱器，若殼程中介質(zhì)與管程介質(zhì)相接觸，產(chǎn)生濕H2S腐蝕環(huán)境，將對(duì)設(shè)備、管道，甚至整體系統(tǒng)造成破壞。合理選用雙管板結(jié)構(gòu)，能有效減少不利工況發(fā)生，從而避免事故，在多晶硅行業(yè)中應(yīng)用較多；在管殼程壓差較大的情況下，具有密封能力的雙管板結(jié)構(gòu)也可用作管殼程過度壓力腔。

1、GB151-2014中雙管板換熱器的基本結(jié)構(gòu)（見圖）

2.目前雙管板換熱器常見應(yīng)用形式

2.1固定管板式換熱器中

固定管板式雙管板換熱器具有傳統(tǒng)固定管板式換熱器可逆向設(shè)置管殼程流體流向，提高換熱能力的優(yōu)點(diǎn)，但此形式換熱器具有四塊管板，增加了換熱管與管板的焊接量，介質(zhì)泄漏可能性增大，進(jìn)而提高了設(shè)備的整體制造難度，且此形式換熱器一般為不可抽芯結(jié)構(gòu)，對(duì)不潔凈介質(zhì)導(dǎo)致的污堵具有較差的清洗能力，適用于換熱面積較大、殼程為潔凈介質(zhì)的工況。

2.2 U型管式換熱器中

U型管式雙管板換熱器具有傳統(tǒng)U型管換熱器穩(wěn)定運(yùn)行于管殼程溫差較大的工況環(huán)境及拆卸相對(duì)便捷的可抽芯結(jié)構(gòu)，且只有兩塊管板，降低焊接量，雖然相對(duì)固定管板式結(jié)構(gòu)，U型管式不能設(shè)置管殼程介質(zhì)全逆流，換熱效果相對(duì)固定管板式較差，但由于其具備了可抽芯子和適用溫差較大的環(huán)境中，因此應(yīng)用更廣。

3、U型管雙管板換熱器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

近幾年根據(jù)用戶需要，我們?cè)O(shè)計(jì)過一批直徑為DN400～DN900筒徑不等的U型管雙管板換熱器，并在制造廠對(duì)脹管過程中進(jìn)行監(jiān)督，在設(shè)計(jì)和制造過程中也總結(jié)出了一些雙管板的應(yīng)用特點(diǎn)。設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，如若采用雙管板優(yōu)選氣走管、水走殼結(jié)構(gòu)，尤其氣體是類似H2的小分子氣體。

3.1 基本要求

為獲得可靠的管子與管板的強(qiáng)度脹接質(zhì)量以及降低應(yīng)力腐蝕，管子外徑和管板內(nèi)孔之間的配合至關(guān)重要，需對(duì)換熱管的精度及管子與管板的硬度提出相應(yīng)要求。

3.1.1 換熱管精度：

按GB/T151換熱管規(guī)格和尺寸偏差要求就設(shè)計(jì)圖樣所選用的換熱管，對(duì)外徑、壁厚提出要求。

（a）.換熱管直徑≥19mm，不宜選用19mm以下的換熱管

（b）.換熱管采用高精度管，外徑選用相同公差范圍內(nèi)，一般選用正公差，

（c）.橢圓度不得超出±0.1mm

（d）.管口端面平直，傾斜度不得大于管子外徑的2%

（e）.管子全長偏差不得大于±4 mm，全長彎曲不超過±5mm

3.1.2 換熱管與管板的硬度

為使換熱管與管板之間獲得足夠的拉托應(yīng)力，管板材料的屈服強(qiáng)度與硬度必須大于換熱管材料的屈服強(qiáng)度和硬度，兩者之間硬度差應(yīng)控制在HB20-30以上，才能保證脹接的可靠性。

3.1.3 管板及折流板

采用數(shù)控平面鉆鉆孔，控制管孔直徑、垂直度及管孔間距。為利于穿管，管板和折流板的鉆孔方向應(yīng)與穿管方向保持一致。按圖樣和GB/T151規(guī)定對(duì)單塊管板的管孔逐孔進(jìn)行檢驗(yàn)測(cè)量，并做好記錄，以便在脹管時(shí)選擇相對(duì)應(yīng)的管子匹配，減少間隙，保證脹管質(zhì)量；管孔內(nèi)壁，特別是內(nèi)側(cè)管板管孔內(nèi)不允許存在貫通性的螺旋形或縱向條痕。

4. U型管雙管板換熱器的制造要點(diǎn)

4.1 雙管板管束組裝

首先，在管束組裝工裝上組裝管板與拉桿，定距管，折流板，使它們中心線一致，擰緊螺栓

其次是串換熱管，先從中間一排插入彎管，調(diào)整彎管一致后和管板點(diǎn)固，然后由里向外逐排裝配，調(diào)整U型管伸出管板長度符合焊接工藝要求，然后點(diǎn)固U形管與管板

再次，采取二次脹接法。采用脹接工藝評(píng)定試驗(yàn)選取的工作脹接壓力進(jìn)行第1次液壓脹接，然后以等于或略大于第1次的脹接壓力再脹接一遍。

脹接順序應(yīng)該從管板的中心開始逐步向周圍逐根進(jìn)行，便于應(yīng)力逐步成圓形向周圍擴(kuò)散。為防止漏脹或重脹，脹接時(shí)應(yīng)逐孔做好標(biāo)記。根據(jù)脹接情況，要不定期地復(fù)檢脹桿軸定位尺寸，確保液袋位于管板孔的脹接范圍之內(nèi)。

最后，外側(cè)管板與換熱管進(jìn)行強(qiáng)度焊接。按焊接工藝卡要求，采用氬弧焊，先焊接第1層，進(jìn)行氨滲漏試驗(yàn)，然后氬弧焊再焊接第2層，并且按圖樣要求進(jìn)行100%PT檢測(cè)。

4.2總裝及壓力試驗(yàn)一般流程

（a）.焊接內(nèi)外側(cè)雙管板；

（b）.內(nèi)側(cè)管板與換熱管進(jìn)行液壓脹接；

（c）.焊接外側(cè)管板與換熱管第1層；

（d）.隔腔通氨氣檢查第1層焊縫質(zhì)量；

（e）.焊接外側(cè)管板與換熱管第2層；

（f）.管頭焊縫100%PT或MT檢測(cè)；

（g）.外側(cè)管板與換熱管進(jìn)行脹接

（h）.隔腔氨滲漏試驗(yàn)檢查管子與內(nèi)外側(cè)管板的脹焊接質(zhì)量；

（i）.將管束裝入殼程筒體內(nèi)，殼程水壓試驗(yàn)

（j）.組裝管箱，管程水壓試驗(yàn)

（k）.氦檢漏

結(jié)束語

雙管板換熱器作為一種換熱器產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)，由于特殊工況的需要，我們?cè)谠O(shè)計(jì)制造過程中更要嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉軍。雙管板換熱器和單管板換熱器的比較[J].煉油技術(shù)與工程，2004

[2]GB/T151-2014 熱交換器，2014