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摘要 在换热器制造、使用的过程中，经常遇到换热器因缺陷发生泄漏，特别是换热器使用中的缺陷经常导致整套装置停车，不仅影响生产的经济性，还常常直接威胁人身安全。结合换热器的生产和使用情况，分析换热器缺陷的产生原因，预防压力容器事故发生，保障人身和财产安全。
关键词：制造;使用;换热器;缺陷
1、换热器泄漏产生的原因分析
在换热器制造、使用的过程中，换热器因缺陷产生泄漏是经常遇到的现象。缺陷产生的原因主要有制造工艺和质量、密封性缺陷、换热器管束端口破裂泄漏等。有原材料质量问题，足，也有制造施工工艺、质量过程控制等方面的问题。
1.1 制造过程中的泄漏
在压力容器的制造过程，对换热管与管板贴胀后耐压试验的过程中，发现一台换热器有8支换热管管端开裂。（材质：09MnD，规格为Φ19*2mm）通过现场制造工艺复验，并从8支开裂换热管中抽取典型缺陷样管进行分析。
制造现场缺陷照片如图 1（a）和图 1（b）所示，缺陷宏观形貌一致，长度 3～5cm。
1.1.1 制造工艺分析。根据图纸要求，换热管规格φ19×2，管孔直径为19.25±0.10mm，胀接方法为液囊液压胀接，胀囊直径φ14.8mm，胀接压力110～130MPa，胀度k值控制在2～3%。从胀接工艺性试验的解剖截面来看，胀接工艺符合要求。
1.1.2 检测分析
将样管切段，分别进行化学成分分析、压扁和扩口试验、室温拉伸试验及金相检验。
1.1.3 化学成分
换热管生产厂家采用 Spark CCD 6000 直读光谱仪对换热管试样进行化学成分分析，我单位也对本次开裂换热管进行抽样送检，其结果如表 2 所示。可见样管成分均满足采购标准 NB/T47019-2011 要求。
1.1.4 室温拉伸试验
按 GB/T228.1-2010 要求对所取样管进行室温拉伸试验，结果见表 3，可见样管室温拉伸性能均满足采购标准 NB/T47019-2011 要求，尤其延伸率均大于等于40%，可见其塑性非常好。
1.1.5 压扁试验
按 GB/T246-2007 要求对所取样管进行压扁试验，压扁后平板距离 H 分别为：11mm，压扁后试样宏观可见压扁样管表面均无裂纹。
1.1.6 扩口试验
按 GB/T 242-2007 对所取样管进行扩口试验，扩口顶芯锥度为 60°，外径扩口率为 10%，扩口后试样宏观检查样管表面无裂纹。
1.1.7 金相组织
在图 1（a）中标识位置切取金相试样，其金相组织如图 4 所示。由图 4 可以看出，缺陷均成贯穿性，缺陷及附近基体处的显微组织均正常;缺陷形貌一致，缺陷均起源于管子内表面，开口状，晶粒圆润，表明此处缺陷是管子出厂前就已存在，此处缺陷与管子径向呈约 15°夹角，基本是穿孔后毛管就存在缺陷。
综合分析表明，上述管子出厂前就已存在较深的缺陷，在设备制造过程中缺陷受外力作用扩展至贯穿。
换热管表面在成形过程中往往存在着一些原始缺陷，如砂眼、重皮、凹坑、划痕等。此处泄漏的换热管在接近外表面时呈 V 形，且晶粒出现轻微拉长，可以看出缺陷是在设备制造过程中，管子受外力作用导致缺陷扩展至开裂。
对于换热管来说，一般就两个地方容易损伤泄漏，一是管子与管板的连接处，二是管子本身泄漏。换热管损伤的原因：换热管由于流体介质的腐蚀、磨损、沖刷、装配拉伤以及管子本身存在的缺陷或壁厚偏差大等原因产生裂纹、穿孔而发生泄漏。
2.密封面的缺陷问题
泄漏主要集中在各个法兰连接的密封面。密封泄漏的原因主要有以下几点：
（1）垫片型式的问题。一般根据不同的介质，温度和压力等级选择不同的垫片，对大中直径的换热器法兰面，选用垫片也应该充分考虑变形量。
（2）密封面不平。换热器法兰密封面在加工过程中存在缺陷，变形、划痕和夹渣等缺陷，导致密封不严而发生泄漏。
2.1 换热器管束端口泄漏
2.2焊接缺陷。特别是焊接接头处未熔合和未焊透危害较大，管子与管板焊缝处开裂，由于该连接处的不连续性，内应力最大，也是经常产生缺陷的位置。而在用换热器由于介质的腐蚀作用（包括应力腐蚀、缝隙腐蚀等），接头处强度下降，使管束失效或产生泄漏。
2.3 管子振动。在换热器的使用过程中，由于换热器使用中所处理的流体介质，有的是悬浮液，有点夹带固体颗粒，有的粘结物含量较高，有点还含有泥沙、藻类等杂质。随着换热器运行时间的延长，往往会因流体介质的腐蚀、冲刷，在换热器各传热面都有产生结垢或积污，甚至堵塞，因而使换热器各传热面的传热系数或传热面积减小，从而使换热器的换热能力大大降低，随着污垢层的加厚，将会使介质的通径减小。在压力不变的情况下，通道变小，则介质的流速加快，诱导振动产生的几率也会不断增加，进而导致换热管束中管子的振动，并将致使管束损伤失效。
当管束中换热管的振幅变大时，将致使换热管相互作用，发生碰撞和变形，当这种情况得不到改善时，碰撞严重的换热管就会开裂。
在壳程侧防冲板设置不当，在物料的冲击下，管束也会产生不同程度的振动，这也是需要预防的常见损伤。
2.4其他常见腐蚀和损伤
换热器常见的腐蚀主要有均匀腐蚀、孔蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀破裂（ SCC）和腐蚀疲劳、冲刷腐蚀、氢腐蚀、晶间腐蚀等。
在运输、制造过程中，管束的机械损伤也是需要避免的重点之一。
3 分析结论
（1）制造过程严把材料关，换热管应逐根检查，有缺陷的换热管要排除。
（2）制造厂在进行管束与管板焊缝的工艺编制中，可设置成两道焊，即先自熔一道，再熔丝焊一道，这样就能较好的解决焊接缺陷;焊接后进行贴胀，预防缝隙腐蚀和应力腐蚀的发生。
（3）加工管板、折流板等时，需严格控制尺寸，在保证换热管能顺利穿入的前提下，管孔直径和同心度偏差越小越好。
（4）严把垫片质量关，依据不同的介质，温度和压力等级选择相应的垫片等级种类。
（5）在运输、制造过程中，管束起吊必须采用布带或尼龙带，保证金属表面平整、无划痕、能够顺利入壳。
（6）检修时严格控制各项程序，管束清洗完、试压完毕后应及时通风干燥。
参考文献
[1]GB/T 151-2014 《热交换器》 2014
[2]《换热器》 中国石化出版社有限公司 兰州石油机械研究所 编 2013.
作者简介：黄建祥（1981—），男，本科，工程师，籍贯：湖南，湘阴，主要从事锅炉压力容器压力管道检验检测和研究工作。
关键词：制造;使用;换热器;缺陷
1、换热器泄漏产生的原因分析
在换热器制造、使用的过程中，换热器因缺陷产生泄漏是经常遇到的现象。缺陷产生的原因主要有制造工艺和质量、密封性缺陷、换热器管束端口破裂泄漏等。有原材料质量问题，足，也有制造施工工艺、质量过程控制等方面的问题。
1.1 制造过程中的泄漏
在压力容器的制造过程，对换热管与管板贴胀后耐压试验的过程中，发现一台换热器有8支换热管管端开裂。（材质：09MnD，规格为Φ19*2mm）通过现场制造工艺复验，并从8支开裂换热管中抽取典型缺陷样管进行分析。
制造现场缺陷照片如图 1（a）和图 1（b）所示，缺陷宏观形貌一致，长度 3～5cm。
1.1.1 制造工艺分析。根据图纸要求，换热管规格φ19×2，管孔直径为19.25±0.10mm，胀接方法为液囊液压胀接，胀囊直径φ14.8mm，胀接压力110～130MPa，胀度k值控制在2～3%。从胀接工艺性试验的解剖截面来看，胀接工艺符合要求。
1.1.2 检测分析
将样管切段，分别进行化学成分分析、压扁和扩口试验、室温拉伸试验及金相检验。
1.1.3 化学成分
换热管生产厂家采用 Spark CCD 6000 直读光谱仪对换热管试样进行化学成分分析，我单位也对本次开裂换热管进行抽样送检，其结果如表 2 所示。可见样管成分均满足采购标准 NB/T47019-2011 要求。
1.1.4 室温拉伸试验
按 GB/T228.1-2010 要求对所取样管进行室温拉伸试验，结果见表 3，可见样管室温拉伸性能均满足采购标准 NB/T47019-2011 要求，尤其延伸率均大于等于40%，可见其塑性非常好。
1.1.5 压扁试验
按 GB/T246-2007 要求对所取样管进行压扁试验，压扁后平板距离 H 分别为：11mm，压扁后试样宏观可见压扁样管表面均无裂纹。
1.1.6 扩口试验
按 GB/T 242-2007 对所取样管进行扩口试验，扩口顶芯锥度为 60°，外径扩口率为 10%，扩口后试样宏观检查样管表面无裂纹。
1.1.7 金相组织
在图 1（a）中标识位置切取金相试样，其金相组织如图 4 所示。由图 4 可以看出，缺陷均成贯穿性，缺陷及附近基体处的显微组织均正常;缺陷形貌一致，缺陷均起源于管子内表面，开口状，晶粒圆润，表明此处缺陷是管子出厂前就已存在，此处缺陷与管子径向呈约 15°夹角，基本是穿孔后毛管就存在缺陷。
综合分析表明，上述管子出厂前就已存在较深的缺陷，在设备制造过程中缺陷受外力作用扩展至贯穿。
换热管表面在成形过程中往往存在着一些原始缺陷，如砂眼、重皮、凹坑、划痕等。此处泄漏的换热管在接近外表面时呈 V 形，且晶粒出现轻微拉长，可以看出缺陷是在设备制造过程中，管子受外力作用导致缺陷扩展至开裂。
对于换热管来说，一般就两个地方容易损伤泄漏，一是管子与管板的连接处，二是管子本身泄漏。换热管损伤的原因：换热管由于流体介质的腐蚀、磨损、沖刷、装配拉伤以及管子本身存在的缺陷或壁厚偏差大等原因产生裂纹、穿孔而发生泄漏。
2.密封面的缺陷问题
泄漏主要集中在各个法兰连接的密封面。密封泄漏的原因主要有以下几点：
（1）垫片型式的问题。一般根据不同的介质，温度和压力等级选择不同的垫片，对大中直径的换热器法兰面，选用垫片也应该充分考虑变形量。
（2）密封面不平。换热器法兰密封面在加工过程中存在缺陷，变形、划痕和夹渣等缺陷，导致密封不严而发生泄漏。
2.1 换热器管束端口泄漏
2.2焊接缺陷。特别是焊接接头处未熔合和未焊透危害较大，管子与管板焊缝处开裂，由于该连接处的不连续性，内应力最大，也是经常产生缺陷的位置。而在用换热器由于介质的腐蚀作用（包括应力腐蚀、缝隙腐蚀等），接头处强度下降，使管束失效或产生泄漏。
2.3 管子振动。在换热器的使用过程中，由于换热器使用中所处理的流体介质，有的是悬浮液，有点夹带固体颗粒，有的粘结物含量较高，有点还含有泥沙、藻类等杂质。随着换热器运行时间的延长，往往会因流体介质的腐蚀、冲刷，在换热器各传热面都有产生结垢或积污，甚至堵塞，因而使换热器各传热面的传热系数或传热面积减小，从而使换热器的换热能力大大降低，随着污垢层的加厚，将会使介质的通径减小。在压力不变的情况下，通道变小，则介质的流速加快，诱导振动产生的几率也会不断增加，进而导致换热管束中管子的振动，并将致使管束损伤失效。
当管束中换热管的振幅变大时，将致使换热管相互作用，发生碰撞和变形，当这种情况得不到改善时，碰撞严重的换热管就会开裂。
在壳程侧防冲板设置不当，在物料的冲击下，管束也会产生不同程度的振动，这也是需要预防的常见损伤。
2.4其他常见腐蚀和损伤
换热器常见的腐蚀主要有均匀腐蚀、孔蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀破裂（ SCC）和腐蚀疲劳、冲刷腐蚀、氢腐蚀、晶间腐蚀等。
在运输、制造过程中，管束的机械损伤也是需要避免的重点之一。
3 分析结论
（1）制造过程严把材料关，换热管应逐根检查，有缺陷的换热管要排除。
（2）制造厂在进行管束与管板焊缝的工艺编制中，可设置成两道焊，即先自熔一道，再熔丝焊一道，这样就能较好的解决焊接缺陷;焊接后进行贴胀，预防缝隙腐蚀和应力腐蚀的发生。
（3）加工管板、折流板等时，需严格控制尺寸，在保证换热管能顺利穿入的前提下，管孔直径和同心度偏差越小越好。
（4）严把垫片质量关，依据不同的介质，温度和压力等级选择相应的垫片等级种类。
（5）在运输、制造过程中，管束起吊必须采用布带或尼龙带，保证金属表面平整、无划痕、能够顺利入壳。
（6）检修时严格控制各项程序，管束清洗完、试压完毕后应及时通风干燥。
参考文献
[1]GB/T 151-2014 《热交换器》 2014
[2]《换热器》 中国石化出版社有限公司 兰州石油机械研究所 编 2013.
作者简介：黄建祥（1981—），男，本科，工程师，籍贯：湖南，湘阴，主要从事锅炉压力容器压力管道检验检测和研究工作。