管壳式换热器大型化发展对中小型制造厂的影响

袁 宁

管壳式换热器大型化发展对中小型制造厂的影响

袁 宁

（大连仁海重工有限公司， 辽宁 大连 116041）

随着社会经济的发展以及科学技术水平的提高，国内管壳式换热器设计制造逐渐朝着大型化发展，本文从制造角度详细分析了管壳式换热器大型化对于制造厂各个方面的影响。

管壳式换热器大型化； 中小型制造厂；设计和制造

随着社会经济的发展以及科学技术水平的提高，国内换热器设计制造不断吸收国外先进技术和制造工艺，甚至在某些方面达到世界先进水平。而国内化工领域对管壳式换热器的需求也越来越大，管壳式换热器设计的多元化也日新月异。对于石化企业来说，本土化的先进换热技术、媲美进口质量却只有国产价格的设备是他们乐于看到的结果。所以国内有条件的石化制造商，纷纷上马新型、大型换热器。虽然市场的需求变大对于换热器制造厂来说是好消息。但是换热器的大型化对国内换热器的中小型制造厂来说，却不容乐观。

1 壳体制造过程易产生的问题与控制方法

大型换热器的设计不管是从长度还是公称直径都有越来越大的趋势，随着换热器的直径与长度的不断增加，对于制造方面来说难度也变得越来越大，相对应的规范标准也从旧版GB151-1999《管壳式换热器》中的管壳式换热器公称直径不大于2 600 mm，扩大至新版GB/T151-2014《热交换器》中的管壳式换热器的公称直径不大于4 000 mm。

在制作过程中，换热器公称直径过大会造成筒体卷制时圆度不够，需要反复多次在卷板机上校圆，而设计为了能在大直径下保持筒体的刚性，会对筒体的厚度进行加厚，根据新版GB/T151-2014《热交换器》标准中的规定，中小型制造厂在卷制筒体所允许的误差当公称直径DN＞2 000～2 600 mm时，最大内径与最小内径差允许在12 mm以内；而当公称直径DN＞3 200～4 000 mm时，最大内径与最小内径差允许在16 mm以内[1]。公称直径增加了1.5～2倍，但是所允许的误差范围仅放宽了4 mm。这说明换热器的公称直径越大，所制造精度的相对要求也就越高。所以在筒体卷制与校圆过程中对操作者与中小型制造厂的设备就提出了更严格的要求。如果筒体过长，会因卷制筒体的钢板面幅问题不得不进行多段拼接，拼接环封越多，所造成的焊接变形、组对误差、包括错边量在内都会明显增加。这就需要中小型制造厂须要针对这种大直径、长筒体的制造过程制定特殊的制造工艺以及质量控制，否则这些筒体容易的出现问题都会影响后续管束装配工作难度，而且增加了制造周期。

2 换热管订货的困难与相应对策

换热管方面，首先是订货的困难。直管超过12 m、U型换热管超过9 m时，在周边附近的经销商就很难采购的到了，只能去钢厂按要求订制。而这种超长特殊的换热管不管是运输还是生产周期，都会拖长订货周期的。如果按标准允许的情况对换热管进行拼接制作的话，那么相对应的加工坡口、焊接、耐压试验、无损检测等一系列后续工作，都会对制造成本和生产周期造成巨大影响，况且拼接的换热管很难保证钢厂轧制出来的整根换热管的直线度，也会对后续管束穿管工作造成一定的影响。所以在这方面，中小型制造厂需要考察市场，培养成熟、固定的合格供方，以满足自己对于这种非常规换热管的需求。

3 管板制造需要注意的重点

对于管板而言，大直径的管板对立车、镗铣床以及钻床等加工设备的能力和加工精度上都要求很高。特别是数控钻床，在3 500 mm左右直径的管板上，Φ38的换热管管孔数量就达五千以上，而常用的Φ25管用换热管孔数量更是达到了上万个。大厚度管板背面孔桥宽度的精度要比普通厚度的管板更难以保证。所以在加工周期和加工精度上都是一项挑战。大直径大厚度的管板锻制也是一项难点，对保证锻件的内部质量的要求很高，对锻造设备也有一定要求。所以中小型制造厂应当淘汰旧设备，选用合理的高精度、高效率的机床以及配套刀具等。

4 管束制造的低效率与相应对策

大直径超长的管束在制造上也存在很多难点。折流板直径超过2 500 mm时，基本都需要进行拼接制作，而拼接的折流板在焊接变形、焊后校型方面存在很多应力隐患，很容易因钻孔之后产生平面度矫曲变形而导致管孔位置或形状变形，因而使得管束穿管工作变的十分困难。这方面可以采用数控激光切割机制作方式来缓解，目前国内的数控激光切割机最高可以切割30 mm的钢板，完全可以满足折流板的切割工作。激光切割后的断面粗糙度可达Ra12.5以上，精度方面可以控制在±0.05 mm。又因为激光作用时间短，周边的热影响区也很小，约在0.08～0.1 mm，所以对于折流板在切割过程中产生的变形就小很多。使用数控激光切割机切割折流板可以在下料的同时就将管孔切割好。从而缓解了制造周期内对于钻床的工作压力，也同时缩短了折流板的制造周期，提高了生产效率。

在公称直径3 500 mm左右，换热管长度6 000 mm的管束，其重量已达百吨。这种大重量管束自重也会对直线度产生影响，而在装配时吊装管束对制造单位的起重能力要求也是很高的，配备足够起重能力的设备是必须的，而相应的为了防止吊装变形，起吊的工装以及吊装时的方法也需要中小型制造厂有相应的针对工艺。

5 工装卡具的管理对于产品的影响以及焊接对于产品的重要性

对于浮头式换热器以及浮头式管束这种需要工装才能进行耐压试验的换热器及部件来说，耐压试验时所使用的工装为了保证试验压力以及工装刚性，必须要按照计算的厚度来制作，越大的换热器所需要的耐压工装也越大，中小型制造厂投入的成本也越高昂，所以每一个耐压试验工装都需要登记造册，专活专用，妥善管理。大型换热器的管孔数量很多，所产生的换热管与管板的焊接接头也就很多，虽然单个的换热管与管板焊接量很小，但是数量很庞大。这种在管板单侧的施焊量极易造成管板变形。而一旦因此导致密封面的变形就会使管板把合面出现泄露。所以对于管头的焊接工艺要求和焊接操作者都需要格外谨慎对待，工艺人员需要在这方面额外考虑到焊量大导致变形的问题，出具合理的焊接工艺，必要时需要更新先进的焊接设备。而焊接操作者需要严格按照焊接工艺执行操作，在施工当中出现问题应及时与工艺部门沟通，采取措施尽量减小焊接应力以避免出现管板变形。

6 现场安装与维护的困难

这种大型换热器来说，运输、现场吊装以及开车之后的维护保养，甚至组织备件的成本都会远远高于2台并联的较小换热器。在管束使用寿命到期之后的更换管束工作也会对业主造成困扰。动辄百吨的管束所需要的起重机在已经建好的化工企业内，恐怕很难施展开来。现场拆装管束代价高昂。而整体拆卸发运至中小型制造厂进行更换的成本更是令人咋舌。这么大重量的换热器对设备基础也是项考验，特别是滑动鞍座部分，需要重新设计专用的滑动鞍座，如果按照常规滑动鞍座来设计的话，那伸缩时的滑动效果会大打折扣。

7 总结

以上的种种问题都对换热器中小型制造厂提出了新的考验。更多的人力成本，更多的设备投入，更复杂的过程把控。对于中小型制造厂来说这都是很大的挑战。软件方面，需要中小型制造厂针对这种大型换热器的制造过程制定切实有效的质量控制手段。不能按照常规型号的换热器来对待。在现场施工的操作者进行再培训也是必要的，让操作者在对待大型换热器时，有一定的谨慎感，能有效提升每道工序的质量。在工序间的检验也要比常规型号换热器更严格，任何微小的问题、误差到最后都会累计成很难甚至无法解决的质量问题。硬件方面，中小型制造厂需要投入大量资金，添加和升级现有的设备、刀具以及增加现有的设备数量。在新设备面前还需要培训相关的操作人员等等。这些都造成了制造成本的增加，势必会造成最终价格的上浮。而这对于化工企业来说也是增加了建设成本，以至于最终中小型制造厂没拿到相应的利润，化工企业也没省下多少资金，造成这种双损的局面。

所以我们不禁要想，这么大的管壳式换热器对于化工企业来说真的有必要么？1台公称直径3 500 mm换热器的换热量，2台并联2000的换热器就可以达到。1台3 500 mm换热器要远远大于两台并联的2 500 mm换热器的制造周期。因为在制造过程中，中小型制造厂可以2台同时开工双线制造，如果只有1台3 500 mm换热器的话，就只能单线制造了。对于现在化工装备制造业来说，制造周期是很重要的条件。很多项目的化工装备的制造周期是要服从现场的制造进度。如果化工装备制造进度出问题就会出现地基什么的都做好了，而你的换热器等化工装备还没生产好，而就因为缺少这一个或者几个产品，导致后期的所有的进度都无法进行下去，现场只能停工，从而对整体竣工日期造成影响。

至此，管壳式换热器的发展不能只求巨大化，也应该从设计创新上来扩大相对换热面积。合理的选用适合自己企业的设备从而让中小型化工装备制造厂与化工企业实现双赢，这才应该是管壳式换热器的科学发展道路。

［1］张延丰. 热交换器. GB/T151-2014［S］. 中国标准出版社.

Impact of Scaling-up Development Trend of Shell and Tube Heat Exchanger on Small and Medium-sized Manufacturers

（Dalian Renhai Heavy Industry Co., Ltd., Liaoning Dalian 116041, China）

With the development of social economy and the improvement of science and technology, design and manufacture of the exchanger have become large-scaling in China. In this paper, impact of scaling-up development trend of shell and tube heat exchangeron small and medium-sized manufacturers was analyzed.

scaling-up of shell and tube heat exchanger; small and medium-sized manufacturer;design and manufacture

2016-11-15

袁宁（1981-），男，助理工程师，辽宁省大连市人，2003年毕业于海军职工大学热能动力工程专业，研究方向：从事化工设备制造技术工作。

TQ 052

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1004-0935（2017）01-0071-03