不锈钢管取代换热器管的可行性

核电高加热管的胀接工艺性探讨作者：谌杰林来源：《环球人文地理·评论版》2015年第06期【摘要】在目前国内的部分核电的机组中，高压的加热前换热管都已经全部采用铁素体的不锈钢管，该不锈钢管与其他的不锈钢管材不一样，管材的脆性转变的温度比较高，并且对换热器胀接的质量产生了很大的影响。

本篇文章主要从胀接的温度以及化学成分等方面讨论影响材料脆性的转变温度因素，通过模拟一些胀接的实验，验证此材料胀接的性能好坏，本篇文章讨论的内容为核电高加生产和制造提供了一定的参考。

关键词：核电高压；加热器；胀接的工艺；探讨通常情况下铁素体的不锈钢换热的管子抗腐蚀能力都要比碳钢好，其传热的性能要比奥氏体的不锈钢好，并且该管材在价格方面也要比奥氏体的不锈钢有优势。

目前我国很多核电机组高压的加热器都是选取这种换热管。

特别是在宁德、红沿河以及岭澳这些核电的工程中，都是选用这种材质换热器。

因为铁素体的不锈钢脆性转变的温度比较高，所以材料的脆性转变的温度很大程度上会对换热管接管质量产生影响。

1.换热管胀接温度本篇文章所提到铁素体的不锈钢和其他的不锈钢一样，但是研究的不锈钢韧性以及脆性转变的温度比较高，所以说在对管子和管板进行胀接的时候，一定要控制整个过程中的温度。

为了能够研究检测管子的脆性转变的温度，本次在不同的温度下对管子的母材进行实验，得出具体的数据。

数据显示的结果是，在温度为20、-10、-40摄氏度的时候，管子都不会发生弯曲变形，也不会出现裂纹；当温度在-20摄氏度的时候，有一个式样发生了细小的裂纹，还有三个试样没有发生弯曲，也没有出现裂纹。

当温度在-69摄氏度的时候六个试样中只有一个试样没有出现裂纹，有四个试样都在焊接缝处出现裂纹，还有一个试样已经完全断裂。

当温度为-70摄氏度的时候，三个试样中有一个试样出现了裂纹，还有两个试样完全断裂。

当温度处于-80摄氏度的时候，两个试样都发生了断裂。

从实验得出的数据可以看出，当温度在-10摄氏度以上的时候，换热管脆变的概率比较小，因此在进行胀接操作的时候，要尽量将温度控制在-10摄氏度以上。

不锈钢管在热交换器里的应用
总所周知，不锈钢无缝管在锅炉换热器里的使用广泛且已经形成一定标准，而换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。

换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。

它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。

它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。

一般换热器都用金属材料制成，其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器;不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外，奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料;铜、铝及其合金多用于制造低温换热器;镍合金则用于高温条件下;非金属材料除制作垫片零件外，有些已开始用于制作非金属材料的耐蚀换热器，如石墨换热器、氟塑料换热器和玻璃换热器等。

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可拆卸管束式U型管换热器介绍在U型管换热器内，换热管是互相嵌套的，每一根换热管的形状都严格按U型系列弯曲，所有换热管连接到同一个管板，如图7所示。

每根管子可以相对于外壳自由移动，以及彼此之间的自由移动。

所以设计的理想是当管程、壳程流体间存在较大的温度差时使用。

这种灵活性使U型管换热器应用广泛，能适用于易受热变慢或间歇性的换热反应。

与其他可移动式换热器相比，壳的内壁以及管外壁易清洗。

然而，与直管式换热器相比，虽能清洗换热管内部，但没有实际办法进入U型管内各部位，因此，管内壁清洗需要用化学方法。

图7 U型管换热器设计作为经验法则，非污染液体应由走管程，而污染性流体走壳程。

这种廉价方便的换热器允许排放多束换热管。

但是由于U型管换热器的管程流体流动方向不可能是单一的，所以真正的逆流是不可能的。

通用的设计标准是美国换热器设计标准和欧洲联盟规定的标准，典型的应用包括油冷却、化学冷凝和蒸汽加热。

1.1特殊设计对于蒸汽流量和压力都较大的情况，管壳式换热器必须采用特殊设计。

特殊设计也可以用于当温度与通道有着密切关系时，这意味着热流体出口温度超过了冷却液。

以下是几个例子; 美国标准的K型壳体，允许再沸器适当的液体脱离接触，美国标准的J型壳体，能容纳高压蒸汽壳程分流; 美国标准的双向通道F型壳外文资料中文译文体，可用于温度存在交叉（下文）的情况下使用;美国标准的D型封头的设计往往应用于高压管程的情况。

虽然这些特殊设计的换热器可能解决一些问题，但投入成本往往比按标准设计的换热器高。

美国换热器设计标准包括BKU，BJM BFM和DED。

特殊设计的换热器，往往是作为再沸器、蒸汽炉、蒸汽冷凝器和给水加热器等使用。

1.2管壳式换热器固定管板式换热器和U型管壳式换热器管都是管壳式交换器，管壳式交换器是最常见的类型。

这种类型通常用作蒸汽冷凝器、液-液热交换器、再沸器和气体冷却器。

标准的固定管板式换热器是最常见的壳管式换热器，直径范围在2到8 in之间。

不锈钢焊管的性能及特点：
不锈钢焊管广泛应用于造纸业、造船业、核工业、化工业、电力、海洋平台。

不锈钢管主要作为流体输送或机械机构、换热器管道、机械加工用管等产品使用。

根据用途不同，对不锈钢管的各项性能的要求不同，如耐酸碱腐蚀性、耐晶间腐蚀性和耐应力腐蚀开裂性能、奶点蚀性能、耐气候腐蚀性能、耐高温抗氧化性能等。

对于在高温环境下使用，还要求具有满意的高温持久性强度、持久塑性、抗蠕变性能以及时效稳定性能等。

不锈钢U型管
不锈钢U型管采用数控弯管设备，PLC控制，夹管、弯管、进芯等动作均自动完成。

该工艺采用对话式操作，程序设定容易；记忆体容量大，可存放多级档案，实现历史数据实时记录，每一组可设定多个弯管步骤。

弯曲角度使编码器定位，确保角度精准无误，并可任意设置。

在运行过程中，动作可同步操作，并能显示错误信息。

公司备有多种型号若干规格的成型模具，以满足客户的需求。

不锈钢螺纹管
不锈钢螺纹管加工工艺
不锈钢普通光管通过特制螺纹加工设备（自行研制）进行一定螺距的旋转挤压使光管内、外表面形成按一定螺距环绕的螺旋凹槽，从而使管内、外壁换热面积相应增大。

使用过程中流体传导介质在管腔内形成螺旋涡流使热量通过关闭迅速传导，使换热器整体热效比提高1.5-2倍。

圆形翅片换热管的优化设计作者：白艳伟来源：《科技视界》 2014年第2期白艳伟（上海嘉德环境能源科技有限公司，辽宁沈阳 110000）【摘要】本文针对圆形翅片式换热管，以某厂网带炉氢气-水换热器为例，分别讨论其在设计过程中材质、翅片厚度、翅片间距和翅高等的选择，通过理论分析和计算，得到其最优解，以指导设计工作。

【关键词】翅片管；换热管材质；翅片效率；翅片高度；优化设计圆形翅片管换热器是紧凑式换热器(Compact Heat Exchanger)中最常用的一种，常用于换热管两侧流体对流换热系数相差较大（例如10倍以上）的情况下,单根翅片管形状。

某网带炉氢气-水换热器（以下简称“网带炉换热器”），管内工质为冷却水，管外（翅片侧）工质为氢气，两侧对流换热系数相差20倍以上，其换热管便是使用螺旋翅片管的形式。

一般在设计翅片管换热器时，其排列方式较易确定，多使用正三角形排列。

在设计换热管时，基管的尺寸也大多根据管内流体流量按标准选择，但对于换热管材质、翅片厚度和间隔、翅片高度等问题却难以确定，常让设计者无从选择。

本文分别针对这三个问题展开讨论，以获得其最优解，为翅片式换热管的设计提供依据。

1 换热管材质的选择1.1 基管材质的选择在管内外热阻不变的情况下，基管导热热阻越小越好，即其热导率越大越好。

一般铜管和不锈钢304管都是常用的换热管材质，由于铜的导热系数（300K时约为380Ｗ／ｍ·Ｋ）相较于不锈钢304（300K时约为18Ｗ／ｍ·Ｋ）高出20倍以上，因此在对换热性能要求较高的场合常采用铜管。

网带炉换热器原为德国进口设备，其基管材质便采用铜管。

但我国铜的储量并不高，很多依赖进口，采用铜管作为换热管材质会使得换热器的造价过高。

此外，铜的抗腐蚀性较差，某钢厂连退炉氮气-水换热器曾采用铜管，在停炉时铜管表面氧化，开炉时氮气将换热管表面铜绿吹入炉内，造成炉内钢板表面质量缺陷。

网带炉换热器由于在每次开炉之前均吹扫较长时间，目前尚未发生上述问题，但在对工件表面质量要求较高的热处理炉中，不宜使用铜管作为换热管。

运载火箭氧自生增压不锈钢管道的安全性研究赵耀中;郑然;彭龙涛;刘屹【摘要】针对某型运载火箭液氧贮箱氧自生增压用不锈钢管道的安全性,进行了分析与试验研究.通过机理分析,认为管道系统中存在的多余物是影响系统安全的主要因素之一.设计了一套掺杂高温氧气流安全性试验系统,为确保试验系统安全,采用水浴换热器对氧气加热,并在高温氧气流进入试验件前掺入杂质颗粒.氧自身增压管道试验件入口温度范围为380～410 K,入口压力为1 MPa.多余物颗粒为增压管道中常有的5种金属材料,粒径范围10～500 μm.搭建了试验系统,并开展了两轮时长为400 s的高温氧气流掺杂试验.试验结果表明,不锈钢管道可以适应运载火箭氧自生增压系统工况,受控状态下掺入少许金属颗粒的高温氧气流不会造成管道烧蚀或燃爆事故.试验表明,采用水浴加热方式可以安全地获得高温氧气流,可为类似系统借鉴.【期刊名称】《火箭推进》【年(卷),期】2015(041)006【总页数】5页(P105-109)【关键词】运载火箭;氧气自生增压;不锈钢管道;试验系统【作者】赵耀中;郑然;彭龙涛;刘屹【作者单位】北京航天试验技术研究所,北京100074;北京航天试验技术研究所,北京100074;北京航天试验技术研究所,北京100074;北京航天试验技术研究所,北京100074【正文语种】中文【中图分类】V434-340 引言我国某型新一代运载火箭液氧贮箱采用氧自生增压。

氧气广泛运用于化工、航空航天、钢铁、医疗保健等行业，随着使用范围扩大，氧气使用带来的故障事例也相应增加。

纯氧气本身作为强氧化剂，在使用过程中对设备结构、材料及内部条件等均有诸多限制[1-2]。

在火箭贮箱氧自生增压中，需将氧气进行预热[3]，其对使用设备的要求就更为苛刻。

氧气管道材质的选择直接影响其加工工艺和经济性，不锈钢作为工业常用的金属材料[4]，也是氧气系统上使用最多的材质之一。

根据试验测定，常压纯氧中，10 g金属铁块的瞬间引燃温度为930～950℃，该温度低于铁的熔点（1 500℃），说明铁在纯氧中的燃烧会发生在铁熔融之前。

- 44 -技术交流石油和化工设备2020年第23卷06Cr19Ni10奥氏体不锈钢换热管断裂的缺陷分析及对策鲁晓岩1，孙振西1，崔倩倩2，沈冬奎1，顾晨阳1（1.山东省安泰化工压力容器检验中心， 山东 济南 250014）（2.山东省产品质量检验研究院， 山东 济南 250102）[摘 要] 针对某化工企业使用的06Cr19Ni10奥氏体不锈钢换热管发生的腐蚀断裂现象，利用内窥镜检测手段，对断裂换热管进行了分析。

发现换热管的断裂深度基本在4.6m到4.9m处，与结垢位置一致，且断裂面整齐，主要分布在管束最外侧。

换热管内壁存在腐蚀坑，且腐蚀面积很大，腐蚀部位变成深褐色。

除此之外，换热管内壁在4.6m到4.9m存在沟槽，主要由于壳程温度高于管程，壳程伸长量大于管束，受拉力达到强度极限导致开裂破坏。

经过综合分析，指出该不锈钢换热管开裂是在管壳程温差造成的拉应力与化学腐蚀共同作用下形成，并给出了相应的预防和改进措施。

[关键词] 换热管；化学腐蚀；断裂；缺陷分析作者简介：鲁晓岩（1980—），男，大专，助理工程师。

主要从事压力容器、压力管道定期检验工作。

换热器广泛应用于现代石油、化工、冶金、供暖及电力等行业，主要通过控制温度以满足应用需求，保障安全生产[1]。

当换热器在腐蚀性环境下工作时，换热管一般选用奥氏体不锈钢。

在运行过程中，换热器同时受到压力、温差及腐蚀性介质等因素的共同作用，易出现腐蚀开裂问题，轻则造成设备无法运行，重则停产，甚至造成人员伤亡[2]。

近年来，环保理念的提升，促进了社会对能源清洁高效利用的追求，进而加速了新型煤化工企业的发展。

对煤化工企业而言，换热设备的安全平稳运行，对设备设计和企业安全稳定平稳运行至关重要。

因此，对失效换热器及其零部件进行缺陷分析，查明其产生的原因，对于保证安全生产生活具有重要作用[3]。

本文针对某企业煤化工项目换热器换热管断裂现象，通过内窥镜检测，对换热管的断裂、腐蚀和沟槽进行观察，综合分析了其应力及腐蚀机理，提出了相对应的预防和改进措施。

229现有研究认为，造成石化企业催化重整设备腐蚀的原因是多方面的，这与原油自身腐蚀性、生产过程中的介质破坏等一系列因素存在相关性。

因此为有效预防潜在生产安全风险，应深入探索石化企业催化重整设备腐蚀的原因及其处置措施。

1 石化企业催化重整设备腐蚀的常见原因与对策1.1 氯离子腐蚀问题1.1.1 氯离子腐蚀的作用机制催化重整设备中的氯离子腐蚀表现为表面大小不一的开放式孔径，这是因为原油开采过程中需注入添加剂，再加之重整原料中往往含有少量水、氯等杂质，最终产生化学反应并出现腐蚀破坏。

为维持重整催化剂活性，在设备运行期间需要注入乙醇、二氯乙烷或者四氯化碳等，此时系统中盐酸水溶液质量浓度平约为3.5mg/L，H 2S含量约为0.0023%～0.0025%左右，在介质既含氯又含硫的情况下，会对设备造成严重的腐蚀破坏，这是因为二者的腐蚀作用存在相互促进的特性，其反应过程如下：Fe+H 2S→FeS↓+H 2↑FeS+2HCl→FeCl 2+H S S↑有调查研究发现，在阳极极化条件下，一旦介质中存在氯离子就有可能造成金属材料孔蚀，且随着氯离子含量增加，会进一步加剧金属设备的腐蚀问题[1]。

1.1.2 防止氯离子腐蚀措施目前，针对氯离子造成金属设备腐蚀问题，常见措施包括添加缓蚀剂、控制介质中氯离子含量、设备防腐处理等，其中在综合成本、技术可行性的考虑后，对设备做防腐处理是一种可行手段，例如用碳钢管束取代传统材料，或者对管道、外壳等重要部位用Ni-P镀防腐处理等，都是预防氯离子腐蚀的有效手段。

从技术可行性角度来看，Ni-P镀属非晶态，因此不需考虑晶体缺陷对腐蚀效果的影响，也不会发生电偶腐蚀问题，因此采用Ni-P镀处理方法可显著提升设备防腐性能。

1.2 三乙二醇醚腐蚀问题1.2.1 三乙二醇醚的腐蚀机制在催化重整设备中，三乙二醇醚的长期循环使用可能会受到温度、氧化物及空气等因素影响而导致其分子组合改变，尤其是在分解作用下可能形成大量脂肪酸，造成设备腐蚀破坏。

换热器内凹式列管与管板的焊接焊接是一种将金属零件通过熔化和冷却的过程连接在一起的方法。

在换热器内凹式列管与管板的焊接中，我们可以采用不同的焊接方法，如手工电弧焊、气体保护焊、埋弧焊等。

下面将详细介绍一种适用于换热器内凹式列管与管板焊接的常用方法——手工电弧焊。

手工电弧焊是一种常见的焊接方法，它利用电弧的高温和能量熔化父材和填充材料，形成永久性的焊缝。

在换热器内凹式列管与管板的焊接过程中，我们需要注意以下几个关键步骤：1. 准备工作：首先，我们需要准备好所需的焊接材料和设备。

焊接材料通常是焊丝或焊条，而设备包括手工电弧焊机和焊接面具等。

另外，还需要对列管和管板进行清洁和处理，确保焊接面无脏污和油脂。

2. 接触焊缝：将焊丝或焊条插入电弧焊机，并调整焊机的电流和电压等参数。

然后，将焊机的电极靠近焊缝的一侧，并与工作电极(工件)保持一定的间距。

确保焊缝处没有剥落的涂层或氧化物，使电弧能够正常形成。

3. 烘烤父材：在焊接之前，可能需要对父材进行烘烤以去除水分和杂质。

这可以通过预热器或火焰焊接等方法来完成。

确保父材表面干燥和清洁，以提高焊接质量。

4. 开始焊接：使用合适的焊接技术和焊接材料，开始焊接列管和管板的接触面。

在进行焊接时，要保持恰当的姿势，确保焊枪或焊条与工作电极的接触良好。

5. 进行多层焊接：由于换热器内凹式列管与管板的连接处承受着较大的压力和热量，为了确保焊缝的强度和稳定性，可能需要进行多层焊接。

在每一层焊接之前，需要与前一层焊缝进行适当的处理和清洁。

6. 检测和修整焊缝：在完成焊接后，需要对焊缝进行检测，以确保其质量和完整性。

常用的检测方法包括目视检查、渗透检测和射线检测等。

如果发现焊缝有缺陷或不合格的地方，应及时进行修补或重新焊接。

总的来说，换热器内凹式列管与管板的焊接是一项需要耐心和技巧的工作。

通过正确选择焊接材料和方法，并严格按照操作规程进行焊接，可以确保焊接质量和可靠性。

同时，还需要进行检测和维护，以延长换热器的使用寿命。