管壳式热交换器管板与管束的检验

第 4卷 1

增刊 1

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21 0 2年 8月

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文章编号：1 0— 4 6 2 1 )刊 10 0— 3 0 07 6 (0 2增 - 1 00

管壳式热交换器管板与管束的检验赵伟，刘民宫振海，,赵强(.械工业兰州石油钻采炼油化工设备质量检测所有限公司，甘肃兰州 7 0 5 1机 30 02中国石油大连石化公司，宁大连 .辽 1 63 ) 1 0 3

摘要：介绍了针对管壳式热交换器管板及管束两种主要失效形式提出的检验方法。关键词：管壳式热交换器；失效形式；检验

中图分类号：TQ 0 1 5 1 5 . 0

文献标志码： B

Tu u a e t Ex h ng r Tu e Pl t n b n l n pe t o b l r H a c a e b a e a d Tu e Bu d e I s c i n

Z HAO e I M i W i,L U n,GONG h n h i,ZHAO a g Z e - a Qin ( . c ieId sr a z o iig& P o u t na dReiey& C e clE up n ai 1 Ma hn n u tyL n h uDr l ln rd ci n f r o n h mi q ime tQu l y a tI s e to I tt t,La z o 3 0 0,Ch n;2 CNPC l n Per c e c lDain 1 6 3, ia n p c in nsi e u n h u7 0 5 ia . Dai to h mia, l 1 0 3 Chn ) a a

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热交换器的作用是用于两种不同温度介质的热量交换，石油、工、在化制冷、制药和城市供暖等行业

应用广泛E。热交换器按结构形式主要分为有壳体式(管壳式热交换器 )和无壳体式 (套管式热交换器、 波纹板式热交换器、空冷式热交换器和冷却排管等)两大类。

管壳式热交换器是一种结构特殊的压力容器， 为保证其在使用过程中的安全性和可靠性，须对必其进行定期检验。文中介绍针对管壳式热交换器管板及管束的两种主要失效形式而提出的具体检验方法。

图 1热交换器结构部件

管箱和壳体一般是由封头、体和法兰组成的简焊接结构。管束由管板、热管、换拉杆、撑板和折支流板组装而成，换热管有直管和 U形管 2种。管板与换热管的连接有焊接、接以及胀焊并用 3种形胀式’ 引。

1管壳式热交换器的结构及其失效形式 1 1结构 .管壳式热交换器有固定管板式、头式、形浮 U管式和填料函式 4种主要形式，般由前端管箱、一中

12 .

失效形式

在管壳式热交换器的运行过程中，壳程、管程以 及其它组件受介质、载荷、温度以及环境等因素的影响，容易出现腐蚀、冲蚀、损、力腐蚀开裂、劳磨应疲开裂、材质劣化等问题E]以下介绍其主要的失效 ,形式。

问壳体、内部管束、端结构及一些部件组成，后见图 1。

收稿日期：2 1—4 1 0 20— 0

作者简介：赵

伟 (9 5)男， 1 8,山西闻喜人，理工程师，士，事压力容器及压力管道检验工作。助学从

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赵

伟，:壳式热交换器管板与管束的检验等管

1 2 1管板与换热管的连接失效 . .在实际使用中，热管与管板的连接失效是管换壳式热交换器最主要的失效形式之一。目前换热管

量的放射源，而且必须解决小尺寸底片的帖片问题， 探索最佳的曝光时间，以便获得较佳的透照像质。 所以使用的放射源为 Il 2焦点尺寸不大于 r9,1mm×0 5mm,度为 0 5 3居里，距为 3~ .强 .~焦 O

与管板的连接方法一般采用

先焊后胀，样既可以这 保证连接强度，可以减小换热管与管板之间的缝也隙，降低了换热管与管板之间缝隙腐蚀的机率。但

4 0mm,曝光时间应不小于 3。管壳式热交换器 0S管板与换热管焊接接头射线检测示意图见图 2。通过大量实验验证，种方法对热交换器换热管与管此板连接的焊接接头内部缺陷有较高的检出率。

是焊后仍会有较大的残余应力 (高可达 2 6MP )最 4 a存在于焊接接头之中。 此外，交换器运行过程中还会产生温差热应热力 E,加焊缝承受的载荷。换热管与管板孔之间 g增]

存在间隙，程介质进入问隙，易引起间隙腐蚀。壳容 上述因素的存在，应力腐蚀提供了适合的条件，为所以在焊缝根部极易产生各种埋藏缺陷。

1 2 2管柬失效 . .管壳式热交换器壳程介质中有时含有氯离子、

图 2管壳式热交换器管板与管柬焊接

接头射线检测示意图

H S H S等腐蚀介质， O、再加上流体介质对管束的冲刷，易发生应力腐蚀，生大量裂纹。另外，容产壳

2 2管束检验 .2 2 1远场涡流检测 . .涡流检测是建立在电磁感应原理基础之上的一种无损检测方法，它适用于导电材料 _ 1。当把一块导体置于交变磁场之中，导体中就有感应电流存在在，即产生涡流。由于导体自身各种因素 (电导如率、磁导率、状，寸和缺陷等 )形尺的变化，导致涡会流的变化，用这种现象判定导体性质、利状态的检测方法，就称为涡流检测。对热交换器管束的检测通常使用远场涡流检测。远场涡流检测是一种能穿透金属管壁的低频涡流检测技术，头通常为内插入探式，由激励线圈和检测线圈组成，测线圈与激励线检圈相距约 2倍管内径的长度，激励线圈通以低频交流电，测线圈能拾取发自激励线圈穿过管壁后又检

程中的腐蚀介质还容易造成管束的腐蚀和点蚀，严重的会导致管束穿孑， L设备停产。

2针对性检验2 1管板与换热管连接失效 . 2 1 1宏观检验 . .宏观检验可分为清洗前和清洗后两部分。首先

,热交换器封头拆开后立即进行清洗前检查，在主

要检查管束及管板的腐蚀情况，好检验记录和照做片拍摄。其次，清洗后对热交换器再做一次检验，在 重点检验前面发现腐蚀和变形的部位，以便进行比较，现问题。特别要注意对管板的宏观检查，的发有热交换器换热管数量较多，检验时容易出现漏检，在 检验这种热交换器时应先对换热管进行编号，后然逐个仔细检查。

返回管内的涡流信号，而有效地检测金属管子的从内、外壁缺陷和管壁的厚度变化，场涡流检测管束远示意图见图 3。

2 1 2表面检验 ..热交换器管板与换热管的角焊缝进行表面检验时，磁性材料对接焊缝一般采用磁粉检测，铁对无法采用磁粉检测的应采用渗透检测。检查的重点部位是管板与管束的角焊缝以及管桥处有无开裂现象。3远场涡流检测管束不意图

2 1 3管板与换热管间连接角焊接接头射 . .线检验热交换器管板与换热管的连接角焊缝主要采用

与普通涡流、漏磁和超声波无损检测相比，场远涡流无损检测具有以下优点：

() 1被检测的钢管的表面不必清洗。 () 2探头与钢管表面不接触，头外径与钢管内探径之间的间隙变化对检测结果的影响很小，允许的

射线检验 ( T)1 R[。换热管与管板连接的焊接接头R检测由于焦距很短，以必须采用小焦点、能 T所小

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最大间隙为钢管内径的 3,佳间隙小于钢管内 O最径的 1。 5

检测的热交换器 U型管进行检测。 ( )于面积型缺陷，波检测比涡流检测更为 2对导敏感。

() 3被检测钢管内表面和外表面的腐蚀坑的灵敏度相同。

() 3涡流检测应用更成熟，已有检测标准。 () 4涡流检测可检出管壁实际的厚度。

( )以很高的灵敏度检测管壁内、表面的缺 4能外

陷和管壁厚度变化，不受集肤效应的影响。( )头的检测速度是否均匀对检测结果并无 5探影响。

3结语 长期以来，壳式热交换器的检验一直都是压管力容器检验中的重点和难点，

随着各种检验技术的发展以及人们对以往检验经验的总结，使得热交换器的检验更加准确、学。但是由于热交换器工作科条件的不同，很难对其编制统一的检验计划，只有根据被检设备的具体情况，合理制定检验方案，并且在检验过程中全面、细地进行检测，能发现问题，仔才 为热交换器的运行提供安全保证。

( )内的气体、 6管液体介质对检测结果无影响。 ( )测设备体积小，量轻，于现场灵活应 7检质便用。

( )用低频涡流技术能穿透管壁。 8采

2 2 2导波检验 . .在无限均匀介质中传播的波称为体波，波有体两种：一种叫做纵波 (或称疏密波、旋波、压波、无拉 P波)一种叫做横波 (,或称剪切波、 S波 )它们以各，

自的速度传播而无波形混合。位于板内的纵波、横波将会在两个平行的边界上产生来回的反射而沿平行板面的方向行进，平行的边界制导超声波在板即参考文献：

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内传播，样的一个系统称为平板超声波导。圆柱这壳、棒及层状的弹性体都是典型的波导。在波导中 传播的超声波称为超声导波，圆柱和圆柱壳中传在播的导波称为柱面导波口 引。检测换热管时将导波探头枪对准换热管，打开

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探头开关，使传感器锥形头进入管内，感器发射并传接收沿管子传播的导波，导波遇到缺陷时形成反在射波，被系统采集，终以波形的形式反映出来。导最波检验热交换器管束的特点如下。 ( )论对内表面还是外表面的壁厚缺失都非 1无常敏感。 ( )测效率高， 2检每根只要 6S。导波技术在管道检测中的局限性：

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虎， .热器管子与管板焊接接等换

() 1不能测量管道的真实残余壁厚或最小壁厚。() 2不能区分内外壁损伤。 () 3不能确定缺陷的形状和尺寸。 ( )向裂纹检测存在局限但可以检测深度大 4轴于壁厚的 7轴向裂纹。 0 ()能检测孤立的小的凹坑。 5不

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导波检测在役热交换器管束是一种高效新技术，随着导波检测技术的成熟，检测灵敏度将会进一步提高，以满足实际检测的要求，它是在役换热管检测的发展方向。

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2 2 3远场涡流与导波检验的比较 . .() 1导波检测的范围较大，以对涡流探头无法可

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