立式换热器的管端泄漏分析

摘要：换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是在石油、化工、冶金、电力、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。本文对某立式换热器的换热管与管板连接处出现泄漏进行了原因分析，从设计和制造的角度提出了改进措施。
    关键词：换热器；换热管与管板连接处；泄漏；分析
    中图分类号：TK172文献标志码：B文章编号：1005－7676（2011）04－0064－02
    引言
    我公司承接了某化工公司6台立式换热器的制造，立式换热器主要参数为：壳程设计压力0.12MPa，设计温度120℃，壳程介质为热水；管程设计压力为0.08 MPa，设计温度为185℃，管程介质为活性碳、氯化氢、氯乙烯、氯化汞。下管端内装满触煤，管板厚度δ=70 mm，材料为Q345R（正火板），换热管Φ57 mm×3.5 mm，材料为20号钢冷轧无缝钢管，换热管与管板连接形式为强度胀加密封焊[1]，见图1。
             
    该立式换热器使用不久后，下管板热管端部就出现泄漏，本文对泄漏原因进行简单分析。
    1·检查及分析
    根据用户反映的状况，本公司安排人员对设备进行现场调查，从设计和制造的各个环节进行把握和分析。
    1）在外观上目测检查发现换热器的端部已严重腐蚀，管端出现泄漏。
    2）刨开焊缝，拆换热管检查发现强度胀接不足，换热管Φ57 mm×3.5 mm 20号钢冷轧无缝钢管管端头硬度值与管板（Q345R正火板）硬度值相差不大，造成胀接未达到所需的塑性变形位移量，即管端的部分金属末胀入到管板的密封沟槽中去，造成胀度未达到密封的目的，使壳程中的热水（气态状）冷疑后沿管子的外壁进入管板沟槽，并顺利地通过沟槽壁的空隙，渗透到管端部分，积液于密封焊缝处。
    3）管端头与管板孔之间间隙过大且分布不均匀，管板孔钻后存在椭圆度，换热管也一样，造成胀接不均匀，密封强度不够。
    4）管板孔内壁清理不彻底，存在氧化夹渣物，滞留在间隙内，造成胀接密封效果低下。
    5）胀接力不足，没有进行试作确认胀接是否到位。
    6）换热管穿过4个定位孔（2个管板孔和2个折流板孔），由于孔加工精度不够，造成穿管困难，只好用强力敲打方法穿管管子，造成管子外壁与管板孔内壁擦伤，胀接密封不足。
    7）密封焊的强度不足，管板孔导角2 mm×45°，成形不够，有的仅在管孔上刮去毛边而已，造成焊缝深度不足[4]，有的端头伸出高度不足4 mm，形成平焊状即非角焊缝，即腰高不够，造成水汽渗出焊缝，导致壳程的水与管程中活性碳和介质相混合，产生化学反应，对碳钢产生强腐蚀。
    8）对轻微漏和介质生成新化学物质的危害性认识不足，不了解水（汽）与触煤介质结合后会发生化学反应，生成新的化学物质———次氯酸，此新介质对碳钢金属有强烈腐蚀[2]，且渗透性很强，造成无法收拾的局面，给公司和用户都造成巨大的损失。
    2·改进措施
    针对此次状况，为了解决换热器泄漏的问题，本公司采取了以下一些改进措施：
    1）管板孔钻孔应严格控制椭圆度，保证精度，特别是对于采用强度胀接要求的管板更要采用较好的钻床来钻孔，保证精度，加工后要严格检查把好关[3]。
    2）胀接之前要测试一下换热管和管板的硬度值，一般应相差HB30以上，以便达到胀接强度的要求。
    3）连接部位的换热管和管板孔表面应清理干净，不应留有影响胀接或焊接连接质量的毛刺、铁屑、油污等。
    4）穿管时不应强行敲打，换热管表面不应出现凹瘪或划伤。
    5）对成批的强度胀应先进行试验，确定力臂量是否达到强度胀的要求，胀后要进行检查和水压试验，检验胀接密封性能。
    6）管板孔的结构和管头伸出长度应在GB 151的基础上结合工厂自身状况，确定结构尺寸，对介质腐蚀性强的产品，要严格审核密封结构形式，表1为常用换热管规格和换热管伸出长度[4-5]。

    7）换热管与管板的连接形式，建议多采用强度焊加贴胀的形式来代替强度胀加密封焊的形式，见图2。
               
    8）要强化技术工人的教育，提高操作技能，做好制造过程的质量控制，增强责任心，以防意外。
    3·结论
    1）对于换热管与管板的连接，在密封性能要求较高的场合，优先推荐选用强度焊加贴胀的形式。
    2）本公司这几年来承接了几十台相关换热器产品的设计和制造，经过采取上述对策和设计制造部门的严格把关，没有出现泄漏的问题。
    3）换热器管端泄漏是生产厂家一个难以解决的质量问题，希望该文能对制造厂家起到一个经验交流作用。
参考文献
[1]国家质量技术监督局.GB 151—1999管壳式换热器[S].北京:中国标准出版社,1999.
[2]左景伊.腐蚀数据与选材手册[M].北京:化学工业出版社,1995.
[3]国家技术监督局.GB 150—1998钢制压力容器[S].北京:中国标准出版社,1998.
[4]秦叔经,叶文邦.化工设备设计全书:换热器设计[M].北京:化学工业出版社,2003.
[5]国家机械工业局.钢制压力容器焊接工艺评定[M].昆明:云南科技出版社,2000.