浅析管壳式换热器的管板连接接头试压方法

　　【摘要】耐压试验是压力容器制造过程中的重要环节，也是重要控制点之一，而管壳式换热器作为多腔容器，应分别对壳程及管程进行耐压试验。其中壳程耐压试验是指试压介质充入换热器壳程进行的试验，除按规定对壳体进行各项检查外，还要重点检查换热管与管板的连接接头（以下简称 “管板连接接头”）是否泄漏。换热器的寿命及事故的发生往往在于管板连接接头的失效，故通过对管板连接接头的试压以保证接头的安全可靠性尤为重要。为此，应按规定采取适当、合理且有效的方法及顺序对换热器进行耐压试验并对管板连接接头进行试压检验，从而确保管壳式换热器的耐压试验在符合相关法规、技术标准的前提下，整体符合要求。

　　【关键词】管壳式换热器 耐压试验 管板连接接头 试压方法 壳程试验压力 管程试验压力

　　本文根据容器在实际设计、制造过程中的可能情况，结合相关技术标准的要求，针对固定管板换热器、U形管式换热器及带有U形管束的釜式再沸器等容器的管板连接接头在不同情况下的试压方法作以简单分析论述。

　　对于固定管板换热器、U形管式换热器及带有U形管束的釜式再沸器的壳程、管程耐压试验压力值只有两种情况，即管程试验压力低于或等于壳程试验压力以及管程试验压力高于壳程试验压力。

　　当管程试验压力低于或等于壳程试验压力时，固定管板换热器只要先对壳程进行耐压试验，就可以同时对管板连接接头进行试压检验，经试验合格后，再按要求进行管程试验即可；而U形管式换热器及带有U形管束的釜式再沸器，则需根据U形管束的公称规格制作一套与之相匹配的试压工具（通常为试压法兰环）并与之紧固装配，再按先壳程后管程的顺序进行耐压试验，此时可同时对壳程及管板连接接头进行试压检验。

　　当管程试验压力高于壳程试验压力时，在相对较低的壳程试验压力下对管板连接接头进行的试压检验，即使检验后发现不泄漏，也不能完全确保该连接接头的质量一定合格。为此，根据相关标准中针对该种情况所规定内容，本文对其进行汇总整理，同时明确其使用情况，使之更加具体可行。

　　一般情况下，当管程试验压力高于壳程试验压力时，对管板连接接头进行试压有两种方法：一是提高壳程试验压力使其达到管程试验压力进行耐压试验，二是利用氨检漏或卤素检漏或氦检漏试验对管板连接接头单独进行泄漏试验。

　　方法一：提高壳程试验压力使其达到管程试验压力进行耐压试验

　　根据《TSG R0004-2009》及《GB150.1-2011》等相关标准规定，如果采用大于所规定的试验压力，在耐压试验前，应校核各受压元件在试验条件下的应力水平，同时针对壳体元件，给出了具体校核条件即应校核最大总体薄膜应力σT。

　　此时我们注意到，标准中仅给出了壳体元件的应力校核公式，对于其他形式受压元件的校核并未明确其具体校核方法，如何能确定在提高了试验压力后其他受压元件强度是否满足要求呢？我们可以以圆筒的液压试验校核公式为例说明。

　　σT≤0.9ReLφ，其中σT是试验压力下受压元件的应力。

　　如我们将试验压力提高，最多也只能将σT提高到等于0.9ReLφ才能符合要求，而在规定的设计条件下，圆筒的应力为σt=Pc（Di+δe）/2δe，此时另σT=σt=pc（Di+δe）/2δe≤0.9ReLφ，即可反推出圆筒在允许的最大应力条件下所能承受的最大计算压力pc，而这个pc即为其他各受压元件进行强度校核的最大计算压力，根据这个最大计算压力条件对各受压元件进行校核后，可确定其他各受压元件是否满足要求。当通过该方法进行校核后，不能满足要求也即不能通过提高壳程试验压力到规定的管程试验压力来进行管板连接接头的试压检验时，一般有如下处理方法：

　　若差距不大，可以考虑适当增加对应受压元件的壁厚；

　　若仍然相差甚远，则只能以壳程允许的最大试验压力对壳程进行试压，而后再按照下面的方法二对壳程进行补充性泄漏试验。

　　方法二：利用氨检漏或卤素检漏或氦检漏试验对管板连接接头单独进行泄漏试验

　　根据相关技术标准的规定，当管程试验压力高于壳程试验压力时，可根据前述的管程试验压力低于或等于壳程试验压力时的情况，先按规定进行壳程的耐压试验，而后再参照标准HG/T20584-2011中的附录A、B、C的具体要求，对壳程管板连接接头单独进行泄漏检验。目前最常用的是参照附录A——压力容器氨检漏试验方法中的充入10%～30%（体积）氨气法即B法。

　　两种方法的应用，对于固定管板换热器、U形管式换热器及带有U形管束的釜式再沸器等，均可按照先壳程后管程的顺序进行耐压试验，至于对管板连接接头的试压检验所选择的方法，本人经过多年的实际经验，推荐首先选用方法一，即提高壳程试验压力使其达到管程试验压力，然后对所有受压元件进行校核，只要管程与壳程试验压力相差不是很大，一般情况下均能通过校核，即使部分元件不符合要求，也可通过增加少量壁厚来实现。

　　当方法一不可行时再选用方法二，但必须按照相关标准要求制作一套完备且符合要求的试验工具，此法成本及危险性均相对较高。目前，很多小型制造企业基本不具备该试验条件。对于体积较大的带有U形管束的釜式再沸器而言，用方法二更是不经济且不安全，本人建议可以考虑制造一套与U形管束相配套的壳程组件作为试压工具，按照将壳程试验压力达到管程试验压力时的计算压力设计校核该壳程组件。一般情况，该壳程组件的公称直径要比釜的直径小很多，所以组件的壁厚不会很大，管口仅设置必要的几个即可，此时利用方法一对壳程组件进行相应的试验即可达到对管板连接接头进行试压检验的目的。

　　综上所述，管板连接接头的试压检验是管壳式换热器耐压试验中必不可少的一项重要内容，而不同的设计条件、不同结构的换热容器在进行该项试压检验时的具体情况也不尽相同。为此，作为设计者应综合考虑各种因素选用合理的试验方法，做到既经济又实用。有必要时，可与制造方沟通，结合其生产实际情况，再来确定具体选用哪种方法。

　　参考文献

　　[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.TSG R0004-2009.固定式压力容器安全技术监察规程.新华出版社.2009，9

　　[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB150.1～150.4-2011.压力容器.中国标准出版社.2012，2

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　　[4] 全国锅炉压力容器标准化技术委员会.压力容器设计工程师培训教材.新华出版社.2005，10

　　[5] 中华人民共和国工业和信息化部. HG/ T20584-2011.钢制化工容器制造技术要求.中国计划出版社.2011，7