浅谈双管板换热器的制造难点及解决方案

【摘要】根据双管板的特殊结构，介绍了模拟管板进行胀接工艺评定的方法，确定了影响双管板强度胀接致密性的关键因素在于管板

管孔、胀槽的同心度和胀槽的表面粗糙度以及合适的胀接参数。

【关键词】双管板 强度胀接 制造难点 解决方案

1.前言

实际操作中，双管板换热器一般用于以下两种场合：一种是绝对防止管壳程间介质混串的场合，例如，对壳程为水、管程为氯气或氯化物的换热器，若壳程中的水与管程中的氯气或氯化物接触，就会产生具有强腐蚀性的盐酸或次氯酸，对管程材料造成严重的腐蚀，采用双管板结构，能有效防止两种介质混合，从而杜绝上述事故的发生；另一种是管壳程间介质压差很大的场合，此时通常在内外管板之间的空腔中加入一种介质，以减小管壳程间介质的压差。近年来国内的化工企业使用双管板换热器的数量不断增加。本人先后参与制定了换热管为不锈钢、Monel、铜等材质的双管板换热器的制造工艺，本文以不锈钢换热管的双管板换热器为例论述双管板换热器的制造难点及我公司的解决方案。

2.双管板结构

双管板换热器从结构上与其他换热器的区别是：管壳程之间有短节，发生泄漏时很快会被发现。它的制造难度仅在内管板与换热管的强度胀接，必须100﹪成功。如果胀接不成功，则漏点很难找到，这是压力容器制造厂公认的难点，也是双管板换热器制造最大的风险。双管板换热器的基本结构见下图。

位于换热管的端部有1块管板，称为外侧管板，兼作设备法兰，分别与换热管及管箱法兰相连接。在距换热管端部比较近的位置还有1块管板，称为内侧管板，分别与换热管及壳程相连接。外侧管板与内侧管板之间有一定的距离，用短节相连，组成不承受压力的隔离腔。双管板结构的特征是，两块管板把管程与壳程的介质完全分隔开。每块外侧管板的背面均有和隔离腔相连通的位置对称的两个排泄管。外侧管板1和内侧管板1组成第一组双管板，外侧管板2和内侧管板2组成第二组双管板。内管板与换热管采用强度胀接，外侧管板与换热管采用贴胀+密封焊。

双管板换热器的耐压试验及泄漏试验，首先进行壳程的耐压试验，从隔离腔的空间检查管子与内侧管板的连接质量。壳程液压试验合格后，组焊隔离腔的短节使之成为密闭的腔体，按耐压试验合格后进行泄漏试验。分别在隔离腔下方的2个管安装透明的U形管检验工装，U形管内加水，保持一定的水平液位。如若有试验气体微渗漏时，则U形管内的水平液位就会发生变化，以气密性试验时U形管内仍保持液位水平为合格。按图样要求进行壳程氨渗透试验，在隔离腔的排泄孔贴试纸，试纸不变色为合格。然后按图样要求对隔离腔进行气密性试验，最后对管程进行水压试验和泄漏试验。

3.制造难点及解决方案

控制四块管板的同心度及其与壳体轴线的垂直度，是保证双管板换热器制造质量的关键点。

3.1提高管孔表面粗糙度及管桥的公差

我公司在制造中提高了要求，表面粗糙度要求达到Ra1.6；同时必须保证孔内壁无螺旋及贯穿沟痕。解决方案如下：

（1）管板钻孔时留铰孔余量0.3～1.0mm。余量的多少取决于钻孔的刃具，如果采用枪钻则留0.3mm，如果采用麻花钻一次钻孔留余量1.0mm，采用麻花钻钻孔+扩孔留余量0.5mm。加工余量的选取应考虑设备的精度、刃具的修磨精度、操作者的技术水平。

（2）铰孔时用切削液代替润滑油。通过过实践发现切削液的润滑效果比油好，原因是铰刀铰孔时，金属屑夹在排屑槽内不能及时排出造成孔粗糙度低。油的粘度比水大，反而造成了积屑。用切削液润滑，并加大循环泵的扬程，使切削液提高压力很好的冲洗排削槽，这样就能达到粗糙度的要求并避免环向沟痕的出现。

（3） 管桥宽度的公差的控制。因管桥宽度的公差直接影响胀接力的大小，进而影响胀接效果，所以管板采用数控钻，并且内外管板必须配钻，保证管桥的公差、管孔的同心度、管孔与平面的垂直度。采用高效数控钻床打底孔、钻孔。因为内外管板之间的隔离腔较短，刚度较大，所以外管板孔径要比内管板大0.1mm，有利于穿管。管板和折流板的钻孔方向应与穿管方向保持一致。把2组双管板分别按钻孔方向叠置，找同心，用换热管逐孔预穿。

3.2内管板胀槽的尺寸的调整

在GB 151-1999《管壳式换热器》[1]中，脹管槽的宽度规定为3mm，但也指出，根据不同的胀接方法可以适当修改。一般图样中内侧管板管孔的胀管槽宽度是3mm，深度是0.5mm，第1道胀管槽距管板端面8mm，第2道胀管槽的尺寸链为8mm、3mm、6mm、3mm。根据我公司的胀管试验，胀管槽深度仍定为0.5mm，但将胀管槽的宽度调整为5mm。第2道胀管槽的尺寸链调整为13mm、5mm、10mm、5mm。这样可以有效的提高胀接质量，提高密封质量。

管板开槽时保证开槽的深度均匀、开槽器的定位套与管板孔之间不得有任何杂物（防止研磨管孔内壁）。开完槽后用铰刀去除开槽产生的飞边。

3.3换热管表面粗糙度及硬度的控制

保证管板与管子之间一定的硬度差是改善胀接质量的重要途径之一。 如果管板与换热是同种材质通常将硬度差控制在HB30左右，在订购合同时要分别作出规定。对换热管胀接部位逐根进行外观检查：不允许有点坑、纵向划伤、表面粗糙度不低于Ra3.2，换热管检验合格后，对换热管胀接部位进行抛光，提高表面光洁度、降低换热管外表面的硬度。如果换热管为有色金属则要防止表面的划伤，如果是硬度较高的20钢管，我公司一般对胀接部位进行进行二次退火，这样可以提高胀接质量。

3.4管束与管板组装时同心度的控制

折流板与内外管板孔的同心度直接影响管子能否顺利穿入管孔中。先将外管板与内管板按图纸要求固定，如图所示。定位销的数量不低于6支，定位销与换热管管孔的间隙0.03～0.05mm。组装拉杆、折流板到第一组管板的内管板上。穿入梅花形的数组换热管样管（样管的刚性远高于换热管），其目的是自然调整折流板与管板的同心度。将半成品管束组装到筒体上，组装前，将筒体内部的焊缝磨至母材一平。穿入换热管，取出样管，穿入全部换热管后， 最后组装第2组双管板。双管板与换热管连接的顺序为，先胀接内侧管板与换热管，后焊接外侧管板与换热管。穿换热管时，不得强制进行，防止划伤换热管外表面。

3.5内侧管板与换热管的强度胀接试验

胀接方法分为液压胀和机械涨。液压胀为柔性胀接，管子受力均匀，不容易过胀，且表面无硬化，机械胀容易产生表面硬化现象。不论采用哪种方法，均需在开槽前确定下来，因液压胀与机械胀的开槽尺寸不同，如图。先进行强度胀的胀接工艺试验，确定胀接力。

胀接试验步骤如下：

（1）胀槽的尺寸按上图选择。

（2）制作一块模拟试件，管板和换热管的材质、厚度、管孔直径均与实际产品一致。

（3）根据管板和管子的尺寸及胀接区域大小订购胀管器。

（4）根据以往的经验初步确定一个胀接参数值，并在此基础上每隔10MPa为1档设定一个胀接力参数。

（5）胀接结束后按产品的耐压试验对模拟的管板进行试验，达到不泄漏的胀接力值为最终的胀接力参数。一般需要进行两次以上的试验，才能胀接到位。管子的直径越小，壁厚越大则需要的胀接力越大。

实际制造的胀接顺序必须与胀接工艺试验的顺序相同。例如从管板顶部开始，第1行从右侧开始向左侧胀接，第2行从左侧向右侧胀接，依此类推，直至管板底部胀完。为防止漏胀或重胀，在现场布置相同的管板图，逐孔胀接并做标记。如果采用液压胀要根据胀接情况，不定期地复检胀杆轴定位尺寸，确保液袋位于管板孔的胀接范围之内。

4.结束语

内外管板管孔、胀槽的同心度和胀槽的表面粗糙度以及合适的胀接参数是双管板制造的难点。我公司制造了多台双管板换热器，而且换热管的材质不仅限于不锈钢，有色金属材质的换热管等，均采取了相应的解决方案。这些双管板换热器的质量可靠、稳定，使用至今均运行正常，未发生质量问题，收到用户的一直好评。

参考文献

[1]GB 151-1999《管壳式换热器》及释义

作者简介：孙柏颖 女 1976年8月28日出生，毕业于沈阳市联合职工大学，机电一体化专业，大专学历，现任辽宁天实化工机械有限公司技术部经理。