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管壳式换热器制造工艺

管壳式换热器是应用最广泛的热交换装置,与其他类型换热器相比,其承压能力高、结构紧
固、用材广泛、维修装拆方便,在化工、动力、食品、轻工、能源等各种工程领域中普遍使
用。管壳式换热器最常用的有固定管板式,浮头式,填料函式和Ｕ型管式等类型。近年来,随着
石油化工设备的深入研究,管壳式换热器不仅向着大型化的方向发展(直径已超过了4650
ｍｍ,换热面积已超过了5000～8000ｍ2),而且在设计结构上也有了许多新的突破,如在高温
高压下用挠性薄管板代替了传统的厚管板等。这就为换热器的制造提出了更高的要求。与此
同时,也对制造技术和操作运行技术提出了新的问题。目前,由于制造质量和操作运行不当所
引发的各种安全事故和影响化工产品质量的问题时有发生,因此提高制造水平,严格制造工
艺,就成为换热器可靠运行的先决条件和关键环节。本文以浮头换热器为例,着重从制造工艺
角度探讨制造中的几个问题对设备质量的影响。

换热器是工业生产中用来实现物料之间热量传递过程的一种设备，由于其与腐蚀性介质接触
的面积很大，因此对设备的抗腐蚀性要求比较严格。由于管壳式换热器制造比较容易，生产
成本低，选用的材料范围广，而且换热表面的清洗比较方便，适应性强，处理能力大，所以
管壳式换热器是目前应用最为广泛的一种换热设备。

在换热器的制造中，筒体、封头等零件的制造工艺与一般容器制造无异，只是要求不同，其
中重点把握材料的检验，管板、折流板管孔的配钻，筒体的焊接，法兰的加工等。纵观其制
造工艺，大部分用的是传统工艺，其中焊接占的比例较高，因而必须严格按照焊接工艺施焊，
并且对焊缝探伤。1检验材料换热器用的材料中，钢材(钢板、钢管、型材、锻件)的质量
及规格应符合下列现行国家标准、行业标准或有关技术条件，钢材应符合GBGB713-2008
的要求，钢材的选用应接受国家质量技术监督局颁发《压力容器安全技术监察规程》的监察。
其中，受压元件以及直接与受压元件焊接的非受压元件用钢材，必须附有钢厂的钢材质量证
明书(或复制件，复制件上应加盖供应部门的印章)。常见的有碳素钢和低合金钢（如Q235-B、
Q235-C、Q245R、Q345R等）。根据设备的使用条件，需注意材料的供货状态，如正火状态；
必要时复验材料的化学成分和检验其机械性能；进行超声波检验等。标准规定，压力容器
用碳素钢和低合金钢，当壳体厚度大于30mm的Q245R和Q345R，其他受压元件（法兰、
管板、平盖等）厚度大于50mm的Q245R和Q345R，以及厚度大于16mm的15MnVR，应
在正火状态下使用；调质状态下和用于多层包扎容器内筒的碳素钢和低合金钢要逐张进行拉
力试验和夏比(V型）常温或低温冲击试验。凡符合下列条件之一的，应逐张进行超声波检
测：①盛装介质毒性程度为极度、高度危害的压力容器②盛装介质为液化石油气且硫化氢含
量大于100mg/l的压力容器③最高工作压力大于等于10MPa的压力容器④GB150第二章和
附录C、GB151《管壳式换热器》、GB2337《钢制球形储罐》及其他国家标准和行业标准中
规定应逐张进行超声波检测的钢板（详见各标准）⑤移动式压力容器。选材时，经常要对
材料焊接试板进行力学性能检验，主要有拉伸试验，弯曲试验和冲击试验。其中弯曲试样按
规定要求冷弯到规定角度后，受拉面上不得有沿任何方向单条长度大于3mm的裂纹或缺陷。
常温冲击试验的合格指标：常温冲击功规定按图样或有关技术文件的规定，当不得小于27J
（三个标准试样冲击功）。低温冲击功规定值按附录（标准的附录）的有关规定；试验温度
下三个试样冲击功平均值不得低于上述规定值，其中一个试验的冲击功可小于规定值，但不
得小于规定值的70%。2焊接方式制造过程中，常用的焊接方法有手工电弧焊、埋弧自
动焊、气体保护焊（氩弧焊、CO2保护焊）等。根据不同的材料，不同的厚度，开不同的
坡口，采用不同的焊接工艺。手工电弧焊是应用最广泛的焊接方法，其操作灵活，设备简单，
可进行全位置的焊接，但焊接质量很大程度上取决于焊工的技术水平；埋弧自动焊电弧热量
利用率高，焊接速度较快，生产率高，可节约金属和改善劳动条件，但受其限制，一般只用
来焊接直焊缝和大圆周环焊缝。例如：筒体（δ≥18mm时）的纵缝、环缝焊接可以先用手
工电弧焊打底，经试验检验合格后，再用埋弧自动焊焊牢；因为换热管比较薄，所以管板与
换热管的焊接采用氩弧焊，之后再用胀管器胀接。焊接过程中产生变形和应力是不可避免
的，因而必须想办法降低其危害，采用好的焊接材料，更合理的焊接工艺，合理的工件结构
和坡口等，退火消除应力。焊完后，不能保证焊缝中没有缺陷，完全合格，所以根据不同的
焊缝（AB类、CD类），采用不同的探伤方式，并且达到一定的等级合格。GB150-