雙管板蒸汽加熱器的制造

摘 要：蒸汽加熱器在冶金及化工行業用的空分設備中被廣泛采用。但是，傳統的蒸汽加熱器存在較多問題。基于此，本文制造了一款雙管板蒸汽加熱器，主要敘述空分流程中使用的雙管板蒸汽加熱器的基本結構和在制造過程中的控制要點及檢驗方法。

關鍵詞：雙管板蒸汽加熱器;結構;內管板;換熱管

中圖分類號：TQ116.11;TQ051.5 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）25-0054-02

1 純化系統流程

蒸汽加熱器是空分設備純化系統中的關鍵設備，直接影響純化再生系統的性能。純化系統是利用吸附劑——分子篩來吸收空氣中的水分、CO2和乙炔、碳氫化合物等雜質，以保證進入制冷、精餾系統氣體的純度。而吸附劑的再生，目前工業上多采用加溫再生法（TSA），通過加熱純化系統中分子篩的再生氣體，使之達到解吸溫度，對分子篩進行反吹，實現再生。加熱再生氣體可采用電加熱或蒸汽加熱。無論選擇哪一種加熱方式，在流程上都需要考慮能耗問題。冶金行業和化工企業一般都有大量的余熱，采用余熱蒸汽代替電加熱器，將余熱鍋爐獲得的蒸汽用于分子篩純化器的再生，能有效節約能源消耗。因此，蒸汽加熱器在冶金及化工行業用的空分設備中被廣泛采用。

在空分流程中，應嚴格控制再生氣體，其中不能含有油和水分，再生氣含有油和烴類，容易引起分子篩出現“中毒”現象，無法解吸;含有水分將影響吸附劑的再生完善程度，進而影響再生后的吸附劑的吸附能力。因此，在具體流程中，一般將從精餾系統中引出的干氮氣作為再生氣體。

對于再生氣體，既要求氣源的純度，又要求在產品連續運行過程中其加熱不被污染，這對再生氣體加熱裝置——蒸汽加熱器提出了較高的要求。經過引進和消化相關技術，開封空分集團有限公司采用了雙管板蒸汽加熱器結構，有效防止了干氮氣被污染。由于采用了雙層管板，使這種以蒸汽作為加熱介質的換熱器的制造、檢驗難度大為提高。通過不斷地進行實踐摸索和采用新技術，對這種換熱器的制造，開封空分集團有限公司積累了一些實際生產經驗。本文主要對空分用雙管板蒸汽加熱器的制造要點進行經驗性介紹，僅供參考。

2 雙管板蒸汽加熱器的結構及原理

雙管板蒸汽加熱器有內、外兩層管板[1]，管板夾層處于通大氣的常壓狀態，殼程為加熱蒸汽，管程為污氮。在這種結構下，一旦殼程蒸汽從內管板泄漏，排到大氣中，會污染管程內的污氮，而管程污氮從換熱管管端接頭泄漏，也漏到夾層內。雙管板蒸汽加熱器的原理如圖1所示。

內外管板的連接：內管板與換熱管采用深孔脹接，應保證不漏，外管板與換熱管采用強度焊接。

3 制造要點

3.1 內管板與換熱管的脹接

內管板脹接屬于深孔脹接，脹接質量是整臺設備制造的關鍵。脹接方法通常采用強度脹接。強度脹接法的特點為：①脹接結構簡單;②管子容易修補;③脹緊力大，對管板孔內表面的質量要求不高。近年來，隨著管殼式換熱器大型化的發展，在脹管領域中又出現了柔性脹接法[2]。在選擇脹接方法時，應結合各廠家的實際情況，綜合考慮具體產品的壓力等級、管板厚度、換熱管數量及直徑、管板孔的加工質量控制程度及設備能力等因素。

3.2 內管板脹接檢漏

內管板的檢漏是在內管板全部脹接完成、外管板焊接前進行[3]，其對整臺設備至關重要。對內管板進行有效的脹接檢漏采取的方法較多。

根據產品的結構特點，河南能源開封空分集團有限公司采取單層浸沒式檢漏方法。這種方法是將設備立放，在殼側打入氣密性試驗壓力的氣壓，采用專用設備對芯子單面進行檢測，不僅檢漏定位準確，而且對于微漏、大漏均可進行有效判斷。該方法簡便易行，沒有任何危險性，具有良好的可操作性。

3.3 外管板與換熱管的焊接

外管板管子與管板的焊接在內管板全部脹接完成且檢漏合格后方可進行。外管板管子與管板的焊接主要保證管程不得泄漏。根據產品要求，一般采用手工氬弧焊接或管板自動氬弧焊接。

外管板的焊接必須考慮對已經脹接合格的內管板的影響。根據生產實際情況，對于較大型設備，由于換熱管數量多，造成焊接變形大。根據實際檢測，對于直徑為1 400mm的外管板，焊接后外管板外表面突出約5～7mm，這種變形對內管板的脹接會產生嚴重的影響，脹接接頭產生很大的軸向拉應力，管子受拉伸長，換熱管本身導熱在內管板脹接處產生熱變形，都將影響內管板的脹接質量。所以，外管板焊接過程中，應采取措施盡量減小對內管板脹接的影響。

根據產品的流程特性，管程為污氮，壓力低（管程壓力一般為0.1MPa）。為控制外管板的變形，焊接上可采用密封焊，采用小電流低速施焊，嚴格控制焊接電流，盡量減小焊接中線能量的輸入。焊接時，采用對稱分布焊接，同時采取降溫措施。這樣能有效降低外管板焊接對內管板脹接的影響。

焊接外管板與換熱管時，對油污、水分等污物特別敏感，脹接時，換熱管和管板的縫隙中容易滲入水分等污物，管接頭焊接時受到高溫產生的氣體不易排出。所以，焊接過程中容易產生氣孔。脹接完畢后，對換熱管和管板的清理尤為重要。

管板管孔加工要求偏差小，管孔坡口要均勻，以保證管孔尺寸精度和表面粗糙度要求。換熱管在管板上的伸出長度控制在1.5～2mm。

施焊的焊接接頭要求符合《熱交換器》（GB/T 151—2014）[2]。焊接完畢后，對焊接接頭進行滲透檢測，未發現氣孔、裂紋等焊接缺陷，符合《承壓設備無損檢測 第5部分：滲透檢測》（NB/T 47013.5—2015）標準的Ⅰ級合格。

3.4 壓力試驗

根據結構和管殼側介質，按相關規定，對蒸汽加熱器應采用液壓強度試驗。但筆者認為，對殼側的強度試驗采用氣壓強度試驗更合理。

由于殼側的強度試驗是在內管板全部脹接完成，并在內管板的檢漏之前進行的，液壓強度試驗采用的液體很可能對內管板的微小漏孔產生影響，進而影響內管板的檢漏質量。

外管板上管子與管板的焊縫氣密性檢驗，可在兩管板夾層沖相當強度的氣壓進行檢驗焊接質量。

待外管板上管子與管板的焊接結束后，必須再次對殼側進行氣密性檢查，以檢測外管板的焊接對內管板脹接是否造成影響。可通過兩管板的夾層進行氣密性測量。

4 結語

空分設備中的蒸汽加熱器如果在使用中發生蒸汽側管-管板接頭滲漏，由于高溫蒸汽腐蝕速度較快，經過一段時間后，將會由于蒸汽的沖蝕，使換熱管與管板脹接部位外壁出現蝕溝，形成蒸汽側的大漏。所以，雙管板蒸汽加熱器在生產車間制造過程中，應嚴格控制內管板的脹接質量。

蒸汽加熱器采用雙管板結構，其合理性在于：設備在用戶現場使用過程中，如果內管板發生了泄漏，能被及時發現，從而在泄漏蒸汽對再生氣體產生污染前，及時采取措施進行處理。

參考文獻：

[1]張秀麗，何玉偉.雙管板換熱器的設計及制造[J].通用機械，2007（12）：72-74.

[2]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.熱交換器：GB/T 151—2014[S]北京：中國質檢出版社，2015.

[3]劉保富，馬偉敬.雙管板換熱器的制造要點[J].壓力容器，2009（5）：60-63.