李英杰

(山西陽煤化工機械(集團(tuán))有限公司，山西 太原 030032)

1 U形管式換熱器簡介

在工業(yè)生產(chǎn)中，用于實現(xiàn)物料之間的熱量傳遞過程的一類設(shè)備，統(tǒng)稱為換熱器[1,2]。按照結(jié)構(gòu)，可分為固定管板式換熱器、U形管式換熱器、浮頭式換熱器、板式換熱器等。其中固定管板式換熱器、U形管式換熱器、浮頭式換熱器是最為常用的換熱器。固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡單，管束不可拆卸，適用范圍有限；U形管式換熱器因換熱管兩端均固定在同一管板上，熱脹冷縮時管束可自由伸縮，且管束可拆卸，便于殼程及管束的清洗，常用于管、殼程溫差較大、殼程介質(zhì)容易臟、管束表面需要經(jīng)常清理的環(huán)境[3]；浮頭式換熱器采用列管結(jié)構(gòu)，但副管板一側(cè)增設(shè)浮頭結(jié)構(gòu)，通過該浮頭結(jié)構(gòu)實現(xiàn)列管中液體的折流作用，浮頭固定在管束上，與殼程不直接接觸，熱脹冷縮時管束也可自由伸縮，另外該類換熱器的管束也可拆卸，便于內(nèi)部的清理，但該類換熱器結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，檢修工作量大，且容易出現(xiàn)內(nèi)漏現(xiàn)象。

U形管類換熱器由管束、殼程、管箱三部分構(gòu)成，其中管束為其核心結(jié)構(gòu)，由管板、U形換熱管、折流板或支撐板、拉桿、定距管等組成，見圖1。

1-隔板；2-管箱封頭；3-管箱接管；4-管箱筒體；5-管箱設(shè)備法蘭；6-管板；7-殼程設(shè)備法蘭；8-殼程接管；9-補強圈；10-殼程筒體；11-定距管；12-折流板或支撐板；13-U形換熱管；14-鞍座；15-殼程封頭

U形管式換熱器的換熱管兩端對稱布置在同一管板上，該結(jié)構(gòu)使U形管能夠自由伸縮，適用于管、殼程溫差較大的工況；U形管束可以從殼體內(nèi)抽出，便于管束外側(cè)及殼程內(nèi)部的清洗，適用于殼程介質(zhì)易結(jié)垢的工況。鑒于U形管的結(jié)構(gòu)特點，位于管束內(nèi)部的管子不易更換，若要更換需將外側(cè)管子拆除后一并更換。

2 U形管式換熱器制作質(zhì)量控制

2.1 管束制作質(zhì)量控制

2.1.1 U形管制作

U形管彎制：U形管的彎制質(zhì)量直接決定后續(xù)穿管操作及換熱器運行的情況，必須控制好U形管的彎制弧度及彎制后的圓度偏差。彎制弧度控制不好會導(dǎo)致穿管困難，操作不當(dāng)還會造成換熱管表面損傷，影響換熱管的使用壽命；圓度偏差控制不好會影響換熱管的換熱效果，并造成換熱管U形管端應(yīng)力集中，影響換熱管的使用壽命。所以，U形管彎制時，需先進(jìn)行試彎，確定彎制效果滿足要求再進(jìn)行批量彎制，且彎制過程需及時進(jìn)行查驗，確保整體彎制效果。

U形管彎制后需按標(biāo)準(zhǔn)、圖紙、工藝要求進(jìn)行相應(yīng)的固溶、熱處理，以消除U形管端因彎制產(chǎn)生的應(yīng)力，避免因應(yīng)力集中影響U形管的使用性能及壽命；之后需按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行逐根試壓，試壓合格后再使用，避免殼程試壓時因換熱管泄漏導(dǎo)致管束不必要的拆裝。

2.1.2 搭架制作

搭架需嚴(yán)格按照圖紙要求進(jìn)行搭架操作，避免搭架錯誤導(dǎo)致返工返修。同時，搭架時需考慮液體流向，避免短路影響換熱效果。

2.1.3 穿管操作

穿管時需注意換熱管的防護(hù)，避免換熱管損傷。另外穿管時需控制好尾部換熱管的間隙，既要避免間隙過窄影響流體流動，進(jìn)而影響換熱效果，又要保證管頭的伸出長度，避免出現(xiàn)管頭無法伸出管板的現(xiàn)象。

2.1.4 換熱管與管板連接

換熱管與管板連接形式可分為強度焊接、強度脹接、脹焊并用、內(nèi)孔焊四種[4]，其中脹焊并用是最常見的連接形式，適用于振動或循環(huán)載荷工況、間隙腐蝕傾向工況及管板為復(fù)合管板的情況。

換熱器產(chǎn)品運行過程中常出現(xiàn)管頭泄漏、管頭開裂、換熱管腐蝕開裂等問題，需進(jìn)行停車返修，甚至導(dǎo)致設(shè)備的報廢。控制好換熱管與管板連接質(zhì)量對于換熱器的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。換熱管與管板連接時需按照工藝要求進(jìn)行相應(yīng)的焊接、脹接等操作。一要保證管頭的焊接質(zhì)量，避免因焊接問題導(dǎo)致開裂、泄漏；二要保證脹接質(zhì)量，既要滿足脹度要求，達(dá)到換熱管與管板的連接要求，并有效避免間隙腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，又要避免過脹而影響換熱管強度。

2.1.5 其他零部件裝配

按照圖紙要求規(guī)范裝配其他零部件，以滿足管束裝配及使用要求。裝配時需注意換熱管的防護(hù)，施焊時首選氬弧焊焊接，避免對換熱管造成損傷。

2.2 殼程制作質(zhì)量控制

2.2.1 筒體組焊

筒體需控制好組對錯邊量，為施焊做好準(zhǔn)備；施焊時控制好焊接參數(shù)，提高一次探傷合格率，減少不必要的返修，尤其是薄壁筒體，返修極易造成返修位置的塌陷。

2.2.2 接管裝焊

接管開孔劃線時要找準(zhǔn)基準(zhǔn)，一般以端部設(shè)備法蘭螺栓孔為參照，避免劃線偏差導(dǎo)致接管裝配不正，從而影響換熱器的正常裝配。接管裝焊時需提前打好防變形支撐，避免接管焊接變形，從而影響管束的套裝及現(xiàn)場的拆裝。

2.2.3 其他零部件的裝焊

按照圖紙要求規(guī)范裝配其他相關(guān)零部件，以滿足換熱器使用要求。

2.3 管箱制作質(zhì)量控制

2.3.1 接管裝焊

劃線時需找準(zhǔn)基準(zhǔn)，一般以端部設(shè)備法蘭螺栓孔為參照，避免劃線偏差導(dǎo)致接管裝配不正影響設(shè)備的正常裝配。

2.3.2 隔板裝焊

隔板裝焊前需打好防變形支撐，熱處理及機加工后再行拆除，避免隔板變形影響管箱裝配。對于大直徑換熱器在設(shè)計時需考慮是否增設(shè)隔板防變形支撐件。實際中大直徑換熱器產(chǎn)品制作過程中常因隔板變形導(dǎo)致管箱無法正常裝配或裝配后隔板槽位置達(dá)不到要求的密封效果。

2.4 其他工序制作質(zhì)量控制

2.4.1 管束套裝

套裝前需對殼程筒體及管束進(jìn)行仔細(xì)檢查，確保零部件裝配齊全。殼體及接管內(nèi)部無超標(biāo)缺陷，且飛濺、焊渣等雜物已清理干凈。

有補強圈的接管在管束套裝前需按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行氣密試驗，避免套裝后補強圈泄露導(dǎo)致返工返修。

管束臥式套裝時采用護(hù)板吊裝，避免換熱管變形損傷并影響套裝。另外，管束套裝時要杜絕強力套裝，套裝過程需控制好管束與殼體的間隙，避免對管束造成損傷。

2.4.2 管箱裝配

管箱裝配前需確保零部件裝配齊全，管箱內(nèi)部及接管內(nèi)部無超標(biāo)缺陷，且飛濺等雜物已清理干凈。

2.4.3 打壓驗證

設(shè)備完工后需按標(biāo)準(zhǔn)、圖紙及工藝要求規(guī)范進(jìn)行耐壓試驗，一是驗證設(shè)備的承壓性能及安全性能，二是進(jìn)一步消除換熱器的殘余應(yīng)力，避免應(yīng)力集中造成的質(zhì)量隱患。試驗時需仔細(xì)檢查，重點檢查設(shè)備法蘭、接管及補強圈，確保設(shè)備耐壓試驗合格。

3 結(jié)語

U形管式換熱器作為最常見的一種換熱器，其制作質(zhì)量直接影響其使用性能及安全性能，只有嚴(yán)格控制各關(guān)鍵點，針對易發(fā)生問題的節(jié)點提前采取有效的防范措施，并規(guī)范操作、嚴(yán)格把關(guān)，才能有效控制其制作質(zhì)量。