浅谈管壳式换热器设计、制造中几个常见问题

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1、浅谈管壳式换热器设计、制造中几个常见问题　　摘要：根据作者这几年积累的设计、制造经验，浅析了管壳式换热器设计、制造中经常遇到的几个问题，已达到与同行共勉的目的。关键词：管壳式换热器材料代用连接形式换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，其广泛运用于石化、冶金、能源等领域，在石化装置中其占总设备总数量和总值的45箛左右，而管壳式换热器以其结构牢固、可靠性高、适应性强等优点在以上领域中一直占主导地位。多数管壳式换热器的使用工况和流通介质常具有高温、高压、易燃、易腐蚀性等特点，其质量的好坏直接影响设备的安全性，可靠性，危及社会安全和国家的财产损失。

2、由于目前是一个机械化高速发展的时代，换热器的强度计算，施工图的绘制均实现了电脑化，且产品的生产制造实现了机械化，从而使得设计、制造人员忽视了操作过程中的一些问题，本文针对管壳式换热器设计，制造中的几个常见问题进行简要的探讨。一、设计标准的选用9一些换热器的设计人员对设计、制造标准不熟悉，对新老标准的替换不了解，使得在换热器设计时对标准选用不正确。例如：高压管壳式换热器用换热管应选用GB6479-2000标准，而不选用GB9948-2006标准。当设备水压试验压力大于20MPa时，技术要求中应提出“换热管应能承受设备水压试验压力值的压力”，以免换热管按照GB6479-2000标准

3、采购时，因无特殊说明，使得采购的换热管符合该标准（最大试验压力位20MPa）而实际却不能满足设备水压试验要求的问题产生。同时在设备法兰标准选用上，仍选用JB/T4700-2000，而不选用最新的标准NB/T47020-2012，按照JB/T4700-2000，材料Q235A和15MnVR仍可以用于制作设备法兰，而在新标准NB/T47020-2012中已经取消了这两种材料用于制作设备法兰。正是因为设计人员的这种对新老标准替换的不了解，造成制造厂家不必要的损失。二、材料的代用尽管《固定式压力容器安全技术监督规程》和《压力容器》对材料代用做出了相关规定，但是在换热器的设计、制造中常常

4、会因为材料采购困难等因素而出现材料代用的现象，而在实际操作中由材料代用所引发的一些问题却容易被人们忽视。1.以厚代薄9材料“以厚代薄”往往使壳体的受力由平面应力状态向平面应变状态转变，这对容器受力状态来说是弊大于利的，一般情况下，厚壁容器比薄避更容易产生三向拉应力，从而产生平面应变脆性断裂。1.1对于筒体与封头之间为等厚焊接的容器，若对壳体个别零部件进行“以厚代薄”，必然增加壳体的几何不连续程度，从而引起应力集中，使封头与筒体连接部位的局部应力增大，此时，对于有应力腐蚀倾向的容器会产生较大的危害；对于高变载荷的容器，则有可能引起疲劳裂纹甚至疲劳断裂。1.2钢板的许用应力与其厚度

5、息息相关，从GB150.2-2011中可见，钢板随着厚度的增加，其许用应力值呈下降趋势。如Q245R钢板在100℃下，板厚从16mm增加到18mm时，许用应力由147MPa下降至140MPa；Q345R钢板在100℃下，板厚从16mm增加到18mm时，许用应力由189MPa下降至185MPa，由此可见，以厚代薄有可能导致设备强度满足不了设计要求，因此，当处于这些临界状态下的以厚代薄时，必须对设备强度进行验算。尤其在封头制造时要引起高度重视，因为对封头下料时往往要增加一定的毛坯厚度来保证冲压成型后封头的最小成型厚度。1.3对于挠性薄管板、波纹管、膨胀节等零件，原则上不允许以厚代薄

6、，因为随着这类零件厚度的增加，其刚行相应增大，从而消弱了补偿变形的效果，失去了这类零件的实际意义。2.以优代劣9换热器所用金属材料的主要性能包括力学性能、化学性能、工艺性能等，然而每一种材料的性能都是固定不变的，从性能比较出发，常常会出现材料间的“优”和“劣”之分，但这种优劣之分也是相对的，具体问题还需具体分析，下面是几种典型的“以优代劣”的事例：2.1换热器生产制作中，低合金钢强度等机械性能明显要优于碳素钢，但其可焊性和冷加工性能却不如碳素钢。一般来说，强度级别越高，其可焊性和冷加工性能就越较差，所以做这类代用的同时应相应调整焊接工艺等制作方法。2.2在湿硫化氢环境下及存在应

7、力腐蚀开裂风险的换热器中，随着设备用钢级别的提高，其对应力腐蚀开裂的敏感度就越高，此时若将Q245R系列钢材用Q345R等低合金钢代用就极易产生问题。因此，这类“以优代劣”是行不通的。2.3不锈钢的耐腐蚀性能较为出色，但在含有氯离子的环境中，其耐腐蚀性能却不如低合金钢和碳素钢。2.4与普通不锈钢相比，超低碳不锈钢在价格和耐腐蚀性能上更具优势，但其高温热强性却不如普通不锈钢。因为碳在奥氏体不锈钢中具有两面性，从耐腐蚀性来说，需要降低钢中的含碳量，而从耐高温性来说，则需要增加钢中的含碳量。因此，