列管式換熱器是乙炔法生產(chǎn)聚氯乙烯的關(guān)鍵設備。由于應力作用及腐蝕等問題而引起列管式換熱器換熱管與管板的連接失效，繼而造成非正常停車檢修，嚴重影響了正常生產(chǎn)。針對上述情況，筆者對換熱管與管板連接接頭失效原因進行了分析，在該設備結(jié)構(gòu)設計和制造方面提出并實施了相應的改進措施。
1、基本結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)
列管式換熱器的外形尺寸為φ2400mm×3000mm、換熱管φ57mm×3.5mm（圖1），殼程有3塊折流板，分上下兩層冷卻，冷卻介質(zhì)為90~100℃軟水；管程溫度80~220℃，物料介質(zhì)為乙炔、氯化氫和氯乙烯。
2、換熱管與管板的連接接頭泄漏原因分析
常州化工廠原使用的列管式換熱器大部分為脹管，有機械脹接和液壓脹接，也有少部分焊管。這3種連接方式的列管式換熱器均發(fā)生過泄漏失效。
2.1機械脹接接頭泄漏原因分析
推進式機械脹管主要是通過控制電流的大小來控制脹管器滾錐的轉(zhuǎn)動，最終使換熱管產(chǎn)生變形而達到與管板連接的目的。這種脹管方法易使換熱管產(chǎn)生過脹或欠脹，換熱管內(nèi)壁易產(chǎn)生加工硬化，如潤滑不好，還會磨損起毛。換熱管與管板的連接在整個長度上的應力分布不均勻。在溫差變化和應力的作用下，只要加工過程中有微小的缺陷，如管孔縱向劃痕，腐蝕介質(zhì)的微量侵入就會使換熱管與管板的連接失效，如發(fā)現(xiàn)不及時，殼程冷卻水滲入管程后，會引起大片管子與管板的連接失效，此時修復也較為困難：若采用脹管修復，管孔的密封面已被腐蝕，很難完全脹緊，開車后，加上管板平面上的腐蝕凹坑中易積聚腐蝕介質(zhì)而再次腐蝕引起連接失效；若采用焊接方式修復，易使附近其他換熱管受熱變形而松動。
2.2液壓脹接接頭泄漏情況分析
液壓脹接時換熱管不易產(chǎn)生過脹，脹接部位不產(chǎn)生竄動，換熱管與管板連接處在整個長度上的應力分布是均勻的，從理論上講，可靠性較機械脹接好。根據(jù)液壓脹接原理及GB151-1998有關(guān)條款，槽間距和槽寬為8~9mm。這樣，就使得管子與管板之間的脹接面積相對減少，管板的厚度必須加大。而且，液壓脹接對管孔的精度要求及開槽精度要求特別嚴格。由于管板孔加工是大批量生產(chǎn)，必須保證100%的沒有缺陷才行。失效后采用脹管修復后，由于腐蝕凹坑的存在，易再次失效。
2.3焊接接頭泄漏失效的主要原因分析
焊接時，由于高溫產(chǎn)生熱影響區(qū)的附近組織出現(xiàn)塑性變形，加上焊接時未完全按工藝要求施焊，易形成較大的殘余應力和應力集中，這是產(chǎn)生腐蝕的主要原因。本設備管程主要介質(zhì)是氯乙烯、氯化氫及乙炔等，特別是工藝上含水率偏高時，CI-、H+等這種腐蝕環(huán)境，發(fā)生應力腐蝕開裂，造成換熱管與管板連接接頭處失效泄漏。另外，焊接微氣孔、裂紋、夾渣等缺陷，也是造成腐蝕失效的重要因素。
3、結(jié)構(gòu)設計上的改進和制造過程中的幾個關(guān)鍵問題
3.1結(jié)構(gòu)設計上的改進
在殼程上層的冷卻水出口處前增設溢流擋板，保證冷卻水充滿整個空間，消除殼程冷卻水空隙形成的空氣層，避免上管板與換熱管連接處干濕變化引起腐蝕；換熱管與管板的連接采用強度焊加貼脹的結(jié)構(gòu)（圖2），貼脹消除管子與管板孔之間的間隙防止間隙腐蝕的產(chǎn)生，并增強抗疲勞破壞的能力；采用液壓脹管；增加管板厚度，保證脹接長度。
3.2制造過程中的幾個關(guān)鍵問題
制造過程中應注意以下幾點：
a.嚴格控制管孔的加工精度。金加工中必須保證劃線正確，管板應采用φ40mm、φ57.5mm鉆頭鉆孔和擴孔，再加φ57.8mm或φ57.9mm,絞刀絞孔，以消除管孔的縱向劃痕，并保證管孔尺寸精度的一致性。管孔焊接倒角2×45°，鉆孔時必須用乳化液冷卻，避免水冷卻而引起管板孔銹蝕。管橋?qū)挾绕畋仨毞螱B151的規(guī)定。
b.折流板與管板必須固定在一起加工，最后拆開進行一次擴孔、倒角，以保證所有管孔同心，并做好方位標記，避免穿管困難。
c.換熱管外徑偏差必須符合國標。采用經(jīng)退火處理過的換熱管，材質(zhì)20#鋼。兩端表面必須磨管除銹，去除氧化層，除銹長度大于70mm，并及時穿管組裝。換熱管長度一致，最好在車床上車削兩端并倒角，以確保換熱管管板兩端整齊一致。
d.穿管前必須將管孔清理干凈，穿管后要再次將留在管板孔中的鐵銹等清理干凈。
e.控制焊接工藝，防止大電流焊接引起過熱，造成組織晶粒粗大及產(chǎn)生過大的殘余應力。不允許有氣孔、裂紋及夾渣等缺陷。
f.貼脹采用液壓脹接的方法，保證管板與管子的連接處脹度一致，整個長度上應力分布均勻。脹接采用的液壓大小要做小樣試驗，據(jù)經(jīng)驗選擇一壓力，進行小批管子的脹接，實測脹前脹后管子內(nèi)徑，用管子的內(nèi)徑增大率來計算脹管率。最后，選擇一適當?shù)囊簤哼M行脹管。
g.設備制造完畢后，進行水壓試驗，保證時間適當加長，可以消除部分應力。水壓試驗合格后，進行氣密性試驗。
h.設備安裝前，對兩端管板進行涂層防腐處理。防腐層一定要覆合緊密，不能脫殼，如產(chǎn)生脫殼易形成高濃度腐蝕環(huán)境，引起管子與管板連接接頭失效。建議選用耐高溫耐腐蝕的氟碳涂料。
4、結(jié)束語
由于對列管式換熱器在結(jié)構(gòu)設計和制造中采取了以上措施，因而使得該設備使用壽命明顯增加，非正常停機檢修很少發(fā)生，生產(chǎn)更加穩(wěn)定可靠。
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