铜管管壳式换热器制造前的2项必要试验

在工艺模拟计算时，由于该换热器管程介质流速 较低，若换热管采用普通材质（如碳钢或者不锈钢）， 则其传热系数无法达到工艺要求的换热效果。 通过工艺计算并结合经济性考虑，换热管采用铜管材质，其余受压元件则采用碳钢。

为普通的管壳式换热器，其制造过程中需特别注意的地方为换热管与管板的连接处。管板采用碳钢16MnIII 锻件，换热管采用TP2铜管，规格为19 mm×2 mm，供货的热处理状态为半硬状态。换热管与管板连接需采用强度胀接（刻胀管槽）。该换热器的管程和壳程的设计压力分别为1.7 ，2.8 MPa。 

当换热管硬度比管板的硬度小30 HV时，胀接效果较好，而铜管换热器的硬度很低，只有50~100 HV，与碳钢锻件的硬度相差很大，二者强度差值远远大于 30 HV。 若贸然加工生产，则不能达到技术和试压要求，如何使换热管和管板满足相关制造标准要求，保持良好的密封性能并通过检验，是必须要解决的问题。该换热器正式生产前，进行了一系列的模拟试验，最终通过了压力试验。

根据 GB/T 151—2014《热交换器》标准，换热管与管板的拉脱力计算公式如下：

1、试验试块结构设计   

在管板采购时应同时采购试块，试块厚度应与管板相同，形状为圆形，管子应当与设备换热管材和规格相同。为了进一步保证胀接效果，根据实践经验将胀管槽宽度改为 8 mm，管孔的排列形式与管孔中心 距应与设计条件相同，承受载荷的管子应位于试验中心位置，至少被一排相邻的管子包围（可见图1）， 试样的管长应满足试验需要，承担载荷管子的管长不 应小于试样管板的厚度。该试验共需做 3 组，至少2组的测试结果应满足q ≤[q]。

2、 胀接方法选取及主要操作步骤   

TP2 铜管硬度较小，若选取机械胀管器进行强度接胀，则会对换热管内壁造成很大的损伤，因此该试验选取液压胀管器，并按以下步骤进行：先计算胀接力范围，选取胀接压力。不同的胀管器生产厂家会提供胀管力的计算方法，根据厂家提供的数据，得出管头胀接时所需要的操作参数。按设计的试块结构加工试样，测量得到相关数据，按照选取的胀管力进行胀接。试块加工完成后，去除试块上的油污，按设备蓝图上的尺寸及相关公差要求进行检验，试验铜管胀接前需做好保护工作，防止被油污污染或划伤。

铜管胀接前，先测量试块管孔内径 D，换热管外径 d，换热管内径 di ，换热管壁 厚S，并记录数据。胀接时操作工应戴清洁手套，在 清洁的环境中进行作业。换热管的胀接部分与不胀部分应圆滑过渡，不得有急剧变化的棱角。胀接完成后，用千分表测量记录数据，胀后换热管的内径 di '，强度胀的胀管率要求为 5%~7%，并按下式计算：

在拉力试验机上进行拉脱力试验，分别记录每组拉脱力数据，在试验管子上应分别做出识别标记。得 到拉脱力以后，带入拉脱力计算公式进行验证，结果需符合规定要求 q ≤ [q]，否则应重新进行试验，之 前的试样结果则全部作废。

该试验需做一个缩小版的换热器进行模拟（详见图 2），管板厚度应与设备相同，换热管规格与设备换热管相同，模拟换热器的换热管排布、尺寸以及加工、制造、检验过程均按设备原图要求进行。并且生产环境应保持清洁，加工公差则应严格遵照设计要求，接管与筒体、筒体与管板的焊接要求应遵照焊接工程师所制定的焊接工艺。

在组装过程中，应做好换热管的保护及清洁工作。胀接前做好相关数据的测量及记录工作，管板管孔、换热管两端长度不小于管板厚度的2倍，轻度打磨去除表面的氧化皮、油污等。之后按照拉脱力试验的胀接步骤，按照胀管机厂家提供的说明书进行胀接。所有胀接工作完成后（包括胀管率测量合格）按照设计蓝图规定的水压试验压力及正确的操作规范进行水压试验。

在水压试验过程中， 不可避免会出现管头泄漏现象。用记号笔进行标记， 之后再次调整胀接数据进行补胀，并记录补胀时的操作数据。补胀之后，再次进行水压试验，并检查换热管与管板管头。在胀接、补胀过程中应避免出现过胀或者欠胀管头。