列管式換熱器是乙炔法生產(chǎn)聚氯乙烯的關(guān)鍵設(shè)備。由于應(yīng)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(yán)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(jìn)行了分析，在該設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造方面提出并實(shí)施了相應(yīng)的改進(jìn)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(jī)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(jī)械脹接接頭泄漏原因分析

推進(jìn)式機(jī)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(dá)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(yīng)力分布不均勻。在溫差變化和應(yīng)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(fù)也較為困難：若采用脹管修復(fù)，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(fù)，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(yīng)力分布是均勻的，從理論上講，可靠性較機(jī)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(yán)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(fù)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(yīng)力和應(yīng)力集中，這是產(chǎn)生腐蝕的主要原因。本設(shè)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(yīng)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(shè)計(jì)上的改進(jìn)和制造過程中的幾個關(guān)鍵問題

3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的改進(jìn)

在殼程上層的冷卻水出口處前增設(shè)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(qiáng)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(qiáng)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(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

a.嚴(yán)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(yīng)采用φ40mm、φ57.5mm鉆頭鉆孔和擴(kuò)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(jìn)行一次擴(kuò)孔、倒角，以保證所有管孔同心，并做好方位標(biāo)記，避免穿管困難。

c.換熱管外徑偏差必須符合國標(biāo)。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(yīng)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(yīng)力分布均勻。脹接采用的液壓大小要做小樣試驗(yàn)，據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇一壓力，進(jìn)行小批管子的脹接，實(shí)測脹前脹后管子內(nèi)徑，用管子的內(nèi)徑增大率來計(jì)算脹管率。最后，選擇一適當(dāng)?shù)囊簤哼M(jìn)行脹管。

g.設(shè)備制造完畢后，進(jìn)行水壓試驗(yàn)，保證時間適當(dāng)加長，可以消除部分應(yīng)力。水壓試驗(yàn)合格后，進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。

h.設(shè)備安裝前，對兩端管板進(jìn)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(shè)計(jì)和制造中采取了以上措施，因而使得該設(shè)備使用壽命明顯增加，非正常停機(jī)檢修很少發(fā)生，生產(chǎn)更加穩(wěn)定可靠。

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