換熱器堵管工藝探討

徐曉星，王立昆，劉銀河，竇炳程

(高效清潔燃煤電站鍋爐國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司)，黑龍江 哈爾濱 150046 )

0 前言

換熱器一般是電廠或化工廠等項(xiàng)目中回?zé)嵯到y(tǒng)或合成系統(tǒng)中的核心設(shè)備，換熱器的投入率是項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效率的一項(xiàng)重要指標(biāo)。而換熱管泄漏是換熱器在運(yùn)行過程中最常見的一種故障[1]，因此，及時有效的對泄漏進(jìn)行處理是換熱器運(yùn)行、維護(hù)的必修課。

換熱管泄漏主要分為設(shè)計(jì)密封形式失效(密封焊或密封脹失效)和換熱管出現(xiàn)穿透性裂紋兩種，前者可通過補(bǔ)焊或補(bǔ)脹解決，后者需進(jìn)行堵管。本文主要是對不同形式的換熱器堵管工藝進(jìn)行探討。

1 幾種常見的換熱器型式

按換熱管形式分，主要有以下幾種：

1.1 U型管換熱器

U形管換熱器的結(jié)構(gòu)一般較簡單，重量輕，但是內(nèi)部不易清洗，適用于高溫和高壓的場所，一般只有熱交換的功能，常見的有如高壓加熱器、余熱回收器等，見圖1。

圖1 高壓加熱器管束、廢熱鍋爐管束

1.2 直管換熱器

直管換熱器孔區(qū)的布置靈活多變，內(nèi)部清理方便，對流體的要求相對較低，但是在有限空間獲得的熱程較短，是最常見的一種換熱設(shè)備，如進(jìn)出料換熱器、甲醇反應(yīng)器、廢熱鍋爐等。

1.3 異型管換熱器

異型管換熱器一般是基于工藝布置要求或在同等空間內(nèi)獲得超常熱程的一種非常規(guī)設(shè)計(jì)，如纏繞管式換熱器的螺旋管、戴維技術(shù)徑向流甲醇合成塔的π形管等，見圖2。

圖2 戴維甲醇合成塔管束

2 堵管的方法

2.1 泄漏管管端處理方式

2.1.1 打磨處理(簡稱方式A)

對原結(jié)構(gòu)不進(jìn)行破壞，僅在焊接管堵前對焊接區(qū)域進(jìn)行打磨清理。

2.1.2 管板區(qū)換熱管部分去除(簡稱方式B)

管端去除部分，需深入管孔一定的量，并且按原管端焊要求在管孔端部加工出管端焊坡口，見圖3?？刹捎帽銛y式機(jī)加設(shè)備鉆或銑，小進(jìn)給、多次加工成型，避免損傷管孔壁，單側(cè)最終加工量約0.1 mm時可停止機(jī)加，直接用端部倒鈍的鏟子鏟除。

圖3 管板區(qū)部分去除

2.1.3 管板區(qū)換熱管全部去除(簡稱方式C)

穿入管板部分換熱管全部去除，使換熱管該端處于完全自由狀態(tài)，管孔端部仍按方式B加工出坡口，見圖4。加工方式可參考方式B，如管板較厚，全程加工困難，可從換熱管內(nèi)伸入小鋸片鋸下一段，然后按方式B加工， 保證換熱管該端完全自由，見圖5。

圖4 管板區(qū)全部去除

圖5 鋸片(左)、加工示意(右)

2.2 管堵

2.2.1 管堵的形式

一般有實(shí)心管堵(簡稱管堵a)、空心管堵(簡稱管堵b)、帶尾部引導(dǎo)頭的管堵(簡稱管堵c)，見圖6。同時，根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)及參數(shù)，選擇管堵是否有錐度，根據(jù)裝配的經(jīng)驗(yàn)，錐度一般推薦為1:50～1:30。

圖6 管堵a(左上)、管堵b(左下)、管堵c(右)

2.2.2 管堵的選擇

2.2.2.1 管堵錐度的選擇

管堵存在錐度后，管堵和換熱管或管孔發(fā)生的是線接觸，不易平穩(wěn)塞入，但是管堵增加錐度后，管堵和換熱管或管孔的之間采用間隙配合及過盈配合均可。所以，以下情況管堵可設(shè)置錐度：當(dāng)換熱管內(nèi)徑公差范圍大，批量備管堵時，管堵設(shè)置錐度，便于適應(yīng)不同內(nèi)徑換熱管；當(dāng)換熱器立式安裝且換熱管過小，無法利用輔助工具時，防止管堵落入換熱管，需過盈配合，管堵設(shè)置堵塞。

2.2.2.2 管堵的結(jié)構(gòu)形式

管堵的形狀結(jié)構(gòu)不同會產(chǎn)生不同的焊接殘余應(yīng)力：實(shí)心管堵焊接時剛性大，不易變形，拘束度大，易產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力；空心管堵焊接時剛性小，易變形，拘束度小，產(chǎn)生的殘余應(yīng)力也較小[2]；管堵c是在管堵b的基礎(chǔ)上，為滿足2.1中方式B、C改制的一款專用管堵。因此，除了緊急情況下的臨時性封堵，均應(yīng)選擇空心管堵。

2.3 堵管方法

任一種管端處理方式與管堵形式進(jìn)行排列組合均形成一種堵管方法，但是實(shí)際已經(jīng)或可能的方法有Aa、Ab、Bb、Cc，其中，應(yīng)用較多的方法是Aa、Ab，筆者處理過一起使用方法Bb的實(shí)例，Cc是筆者對特別結(jié)構(gòu)堵管方式的設(shè)想。

3 堵管方法的選擇

3.1 方法Aa

僅用于緊急情況下?lián)Q熱設(shè)備換熱管兩端的臨時性堵管，主要是基于管堵可在現(xiàn)場就地取材手工打磨成型。

3.2 方法Ab

用于U型管、盤管等膨脹自由度較大，或是管殼程因溫差產(chǎn)生的熱膨脹差較小的換熱設(shè)備換熱管兩端的堵管，堵管示意見圖7。

圖7 方法Ab堵管示意

圖7 方法Bb堵管示意

3.3 方法Bb

該方法主要是考慮泄漏管與其它管的熱膨脹差對管端焊縫的影響。換熱管泄漏后，該管與殼程連通，運(yùn)行溫度與殼程保持一致，與其它管存在溫差，從而產(chǎn)生熱膨脹差，如不處理釋放，運(yùn)行時，泄漏管將處于拉伸或壓縮狀態(tài)，對原始管端焊焊縫產(chǎn)生沿?fù)Q熱管軸向的應(yīng)力，可能引起管端焊焊縫泄漏。該方法實(shí)施過程復(fù)雜，產(chǎn)品熱膨脹差較大時使用，建議管殼程間布置膨脹節(jié)的產(chǎn)品使用該方法，堵管示意見圖8。該方法一般與其它方法組合使用，堵管時一端用方法Ab，一端用方法Bb。

例如某項(xiàng)目進(jìn)出料換熱器，換熱管為不銹鋼，規(guī)格?14×2 mm、L=13 500 mm，管/殼程運(yùn)行溫度分別為250 ℃/221 ℃，溫差為29 ℃。常見材料熱膨脹系數(shù)如表1[3]：

表1 材料熱膨脹系數(shù)表

運(yùn)行時，泄漏管熱膨脹大于其余管，熱膨脹差：

Δl=(C(250 ℃)- C(221 ℃))×L≈7 mm

使用方法Bb時，泄漏管與管板分離，與其它管不同步，可自由熱膨脹，對原始管端焊縫不產(chǎn)生應(yīng)力。

3.4 方法Cc

方法Cc是對Bb的補(bǔ)充，同時滿足以下條件時采用該方法：

a、管殼程間布置膨脹節(jié)；

b、管程運(yùn)行溫度大于殼程；

c、管子管板間存在脹接。

此時，泄漏管在運(yùn)行時處于拉伸狀態(tài)，但管子管板的脹接限制了泄漏管的自由收縮，因此，需要將管板范圍內(nèi)的換熱管群全部去除。同時，為防止運(yùn)行過程中泄露管的振動擾動流體或碰傷周邊管，需加引導(dǎo)頭限位。堵管示意見圖9。

圖9 方法Cc堵管示意

4 結(jié) 語

堵管不僅僅是一種簡單的阻止泄漏的應(yīng)急措施，還應(yīng)該綜合考慮產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能特點(diǎn)，選取有效的堵管方法，既要保證堵管處的使用年限，也要防止誘發(fā)新的泄露點(diǎn)。本文結(jié)合多年制造換熱設(shè)備和協(xié)助處理現(xiàn)場換熱管泄漏問題的經(jīng)驗(yàn)，形成了四種典型的堵管方法，供讀者借鑒和參考。