- 18 -论文广场石油和化工设备2013年第16卷表1 换热器技术参数双管板换热器的设计及制造要点何玉伟，李岩，王雷（中航黎明锦西化工机械（集团）有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125001）[摘 要] 对双管板换热器的设计及制造要点进行了介绍，对管板间距的计算及制造工艺的合理性进行了探讨，可供设计人员参考。
[关键词] 双管板换热器；结构；管束；设计；制造；要点作者简介：何玉伟（1969—），女，辽宁葫芦岛人，大学本科，工程师。
在中航黎明锦西化工机械（集团）有限责任公司研究院长期从事压力容器设计制造工作。
换热器是一种实现物料间热量交换的设备。
随着换热器技术的提高，其在工业领域的应用范围越来越广。
在生产使用中为防止腐蚀和污染，同时为满足工艺流程、劳动保护、安全生产等方面的要求，通常采用双管板换热器。
本文提到的冷却器管程介质为四氯化钛，不易燃，但高毒，且渗透性强，设备一旦发生泄漏，与壳程的介质冷却水混合后分解放热，释放出有毒的腐蚀性烟气，具有较强腐蚀性，在设计上采用双管板结构，以延长换热器的寿命。
1 换热器技术参数及结构1.1 设备技术参数见表1。
名称壳程管程设计压力MPa 0.50.5设计温度℃50100工作压力MPa 0.40.4工作温度（进/出）℃30/3870/57程数12物料名称/特性冷却水（无毒）四氯化钛汽液混合体（中度危害）主要受压元件材料Q345R 0Cr18Ni9焊缝接头系数0.851.0管子与管板连接形式强度胀(内管板)强度胀+强度焊(外管板)换热面积（m 2）351.2 设备结构特点设备外形结构见图1。
冷却器壳体尺寸Dg600×8×3982mm ，材质Q345R 。
外侧管板尺寸φ740×45mm ，材质为16MnⅢ+堆焊304，内侧管图1 冷却器结构简图板尺寸φ616×45mm ，材质为16Mn Ⅲ，共有124根φ25×2.5×4000mm 换热管，材质为0Cr18Ni9。
冷却器为双管板结构，结构比较复杂，制造上具有一定难度。
2 设计难点2.1 双管板结构型式双管板的结构见图2所示。
- 19 -第2期 何玉伟等 双管板换热器的设计及制造要点图2 双管板结构简图双管板换热器采用固定管板结构，管束不能抽出清洗。
在位于换热管的端部有1块管板，称为外侧管板，即管程管板兼作设备法兰，分别与换热管及管箱法兰相连接。
在距换热管端部较近位置还有1块管板，称为内侧管板，即壳程管板，与换热管及壳程筒体相连接。
设计中，直接用管板兼做法兰的计算方法计算出外侧管板的厚度，因为延长部分兼作法兰的固定管板，其受力状况比不带法兰的管板更为苛刻，因此，内管板取与外管板等厚，为45mm 。
外侧管板与内侧管板之间有一定的距离，这部分空间可用一个短节与外界隔离开，组成不承受压力的隔离腔。
隔离腔按0.1MPa 进行设计，短节厚度与壳程壳体取等厚，为8mm 。
2.2 内外管板间距的计算内外管板间距的确定是双管板换热器设计中的难点。
为便于内管板与换热管间的胀接，内外管板间的距离越小越好，而为使换热管受热良好，则两管板间的距离越大越好。
在实际工作中，由于双管板换热器内外管板的使用温度不同，因此当两块管板的温度从常温升到操作温度的过程中，会产生径向位移，详见图3。
这样的力作用在换热管上，引发弯曲应力和剪应力，可使换热管与管板连接处产生泄漏。
因此，需在两块管板之间设置适当间隙，让换热管产生挠曲，从而避免换热管与管板连接处产生较大的应力。
同时，隔离腔虽不与管程、壳程相连通，不承受介质压力，但承受设备的机械载荷与热载荷。
承载能力主要取决于双管板间距。
由工程实践，依据T E M A -1999（现并入ASME Ⅷ-1）相关章节给出的相邻两块管板之间间隙G 可通过式(1)和式(2)进行计算。
图3由式（1）和式（2）可知，当管子的中心距和排列方式确定后，最外圈换热管的外切圆尺寸是一个定值，通过计算，确定隔离腔间距为100mm 。
换热管伸出两侧外管板端面的长度按GB151-1999的规定，管子伸出管板面的长度为1.5mm 。
而国外进口用于高温、高压、易燃、有毒或较强腐蚀性等介质的换热器，管子伸出管板面的长度一般为4~5mm 。
结合多年制造换热器的经验以及换热管的特点，将管子伸出管板面的长度调整为3mm ，见图3所示结构。
避免了氩弧焊第1层焊接后管头被熔化而无法再进行焊接。
2.3 换热管与内外管板的胀接换热管与内外管板的胀接是设计中的又一难点。
首先，必须保证换热管质量，避免出现管壁破裂情况。
内管板与换热管之间的连接采用液压胀接，因为换热管间距较小，换热器伸出内管板较长，焊条角度不适宜焊接。
管程的操作压力较低，液压胀可靠性好，换热管不易产生过胀，胀接的部位不产生窜动，因胀接的整个过程位置固定不变，换热管与管板连接处在整个长度上的应力分布均匀。
液压胀接的最大优点是胀管不受内外管板距离的限制，最长可达3m以上。
它的输压管在工作时不承受扭矩。
外管板与换热管之间采用强度焊+机械胀接的方法，由于管程中的介质严禁泄漏，两种胀接方法并用可以确保换热管与管板连接的严密性。
为了保证胀接质量，在胀接前应做胀接评定试验。
2.4 隔离腔的结构在短节上设置放空、排净装置，供日常定期检查预防事故。
一旦设备发生泄漏，上方放空口便于收集泄漏的气体，下方排净口便于收集泄漏的液体。
工作过程中可在隔离腔内充入惰性气体，该气体的压力需比管程和壳程的压力要高，充入的气体以不影响两侧介质的工作为准。
3 制造与检验控制4块管板的同心度、平行度、扭曲度及其与壳体轴线的垂直度，可保障换热管与管板的连接性能，从而确保内侧管板与换热管液压胀接的拉脱力和密封性能，也是保证设备质量的关键。
3.1管板加工将内外管板按工作位置顺序定位点焊，共2组，再进行划线钻孔，以便于穿管，钻孔方向应与穿管方向保持一致。
采用摇臂钻床加工管板孔，以保证管孔直径、垂直度及管孔间距。
钻孔时，切削和退刀速度应尽量慢，钻孔时应留有0.1mm的铰孔余量。
钻孔后对管板孔进行铰孔，以消除管孔上的纵向划痕，保证管孔的表面粗糙度为Ra6.3。
铰孔完成后，对管孔内进行检验，不允许存在贯通性的螺旋形或纵向条痕。
3.2 折流板加工将12块折流板按工作位置顺序定位点焊，再进行划线钻孔。
为利于穿管，钻孔方向应与穿管方向保持一致。
每块折流板正、反面的管孔均应倒角，清除毛刺，防止穿管时损伤换热管的外表面。
最后把2组双管板和12块折流板按工作位置顺序及钻孔方向叠置，用换热管逐孔预穿。
3.3 管束组装程序组装折流板、拉杆及左管板，并按梅花形穿入数根换热管，用螺母拧紧拉杆来紧固折流板、校正骨架形状后，穿入全部换热管，再将壳体与右管板点焊，然后将管束装入壳体。
将左管板与壳体部件组对后点焊固定，先不焊接。
然后组对两侧外管板，组对时每侧用均布的3根L=100mm定距管，对内外管板之间进行点焊，然后将换热管分别引出至两侧外管板，并调整换热管管头与两侧外管板端面的距离为3mm。
定距管在换热管与内管板胀接后，隔离腔短节和内外管板焊接前去除。
按胀接试件取得的数据对换热管与两端内管板进行液压胀接，为防止漏胀，应对胀接接头逐个进行标记。
胀接合格后，焊接壳体与两端内管板之间的环焊缝，焊后进行20%RT，按JB/T4730.2-2005，Ⅲ级合格。
对壳程进行水压试验，检查管接头是否有泄漏现象，若有泄漏则应对管头进行补胀至无泄漏为合格。
组对两隔离腔短节，对短节纵焊缝进行10%RT，并按JB/T4730.2-2005，Ⅱ级合格，将短节与内外管板点焊固定。
用氩弧焊焊接换热管与两侧外管板之间的角焊缝，先焊第1层，进行压力为0.05MPa的气密性试验，然后再焊第2层，管壁不允许过烧或焊通，且管头不能有咬边，保持管端圆整无缺。
焊后进行100%PT，并按JB/T4730.5-2005，Ⅰ级合格。
对两侧外管板与换热管采用机械胀接的方法进行胀接，为防止漏胀，应对胀接接头逐个进行标记。
胀接合格后，将短节与内外管板进行焊接，合格后进行100%MT，并按JB/T4730.4-2005，Ⅰ级合格。
3.4 压力试验双管板换热器的压力试验相对较为复杂。
首先按0.63MPa压力进行壳程的水压试验，从隔离腔侧检查管子与内侧管板的连接质量。
试验合格后，组焊隔离腔，使之成为密闭的腔体，按0.1MPa压力进行气密性试验。
分别在两隔离腔下方的两个排净孔安装透明的U形管检验工装，U形管内加水，保持一定的水平液位，若有试验气体微渗漏时，则U形管内的水平液位会发生变化，试（下转24页）收稿日期：2012-11-15；修回日期：2012-12-21◆参考文献[1] TSG ZF003-2011，爆破片装置安全技术监察规程[S].[2] GB567-1999，爆破片与爆破片装置[S].[3] GB/T12353-1999，拱形金属爆破片装置分类与安装尺寸 [S].转时根部及拱面可以完全悬空，不受干扰，在低压状态时爆破膜也可以完全沿刻槽处破裂，达到最大限度地泄放压力。
4 结束语设计反拱刻槽带加强环型爆破片装置的关键是加强环尺寸的确定，而爆破膜厚度及槽底厚度等尺寸可依据相关公式和经验数据得出。
根据试验结果，建议按以下原则确定加强环参数：δ2：取2倍爆破膜坯料厚度；￠A ：公称通径D N <￠A <爆破膜的排放口径D ；а：70°≤а≤90°；b1：1/4D+b ≤b1≤1/3D+b ；b2：1/3D ≤b1≤1/2D ；RA ：2mm ≤RA ≤6mm 。
最终参数的确定还需根据设计爆破压力的大验以U 形管内始终保持液位水平为合格。
最后，整台设备组装合格后，再对管程按0.59MPa 进行气压试验。
4 结论为更好地推广应用双管板换热器，必须对设计、制造、运行、维护等各环节进行控制，以保证产品的质量。
近年来，我集团已成功制造了数台双管板换热器，经投产使用，运行稳定，质量良好。
收稿日期：2012-12-04；修回日期：2012-12-20◆参考文献[1] 秦叔经，叶文邦等编. 化工设备设计全书—换热器[M].北 京：化学工业出版社，年.[2] 张秀丽，何玉伟. 双管板换热器的设计及制造[J].通用机 械，2007，12（上接20页）小进行调整，压力越大，坯料厚度δ2、角度а、圆角RA 的取值都应随之增大。
通过合理的结构设计和参数确定，完全可以保证反拱刻槽带加强环型爆破片装置在真空、低压的液态介质环境下正常使用。
简 讯2012年11月13日，国家质量监督检验检疫总局特种设备局发出《关于公布新增特种设备鉴定评审人员（项目）和大型游乐设施、客运索道设计文件鉴定人员名单的通知》（质检特函[2012]63号），通知公布，经特种设备局考核，中国化工机械动力技术协会程治方、戴文权、张海汀、李公平四人获得特种设备鉴定评审员资格，评审资格范围为RSP。
