欢迎访问本站！
换热器、冷凝器、蒸发器里动辄成百上千根管子，管程走冷却水或者工艺介质，壳程走另一种流体，热量全靠管壁传过去。这些管子绝大多数是奥氏体不锈钢，304、316L 最常见，规格多是 φ19×1.5、φ25×2 这一档的薄壁长管。
做钢管的人被问得最多的一句是：换热管为什么用焊管，而不是无缝管？紧接着还有一句：管子坏了，为什么总坏在管板那一小段？
这篇把这两件事连起来说清楚，顺带把到货验收、在役检测和管束清洗的规矩讲一遍。
先把规格说清楚。GB/T 24593-2018 是锅炉和热交换器用奥氏体不锈钢焊接钢管的对口标准，适用对象就是热交换器和中低压锅炉。它把外径卡在 305mm 以内，壁厚卡在 8.0mm 以内，通常长度 3000mm 到 18000mm，弯曲度不超过 1.5mm/m。换热器上跑得最多的还是小口径薄壁管，外径 6mm 到 114.3mm、壁厚 0.8mm 到 3.05mm 这一段，6000mm 是常规长度。
焊管在这个规格段里有先天优势。壁厚由带钢厚度决定，一致性好，公开资料里常提的壁厚偏差能控到 3% 左右。内外表面比无缝管更光洁，流体阻力小，也少给结垢留地方。连续生产能出很长的管子，中间接头少。价格也比无缝管低一截。薄壁这一点最要紧，管壁越薄传热越好、用料越省、设备越轻，焊管做薄壁比无缝管容易得多。
有人担心焊缝会不会成为短板。有一组公开的对比数据，同一档 φ19.05×1.5 的管子，焊管抗拉强度在 555 到 610MPa，无缝管在 570 到 600MPa，屈服强度和延伸率也在同一水平；扩口、卷边、压扁、碾平做下来，两者的焊缝和母材都没开裂。焊缝位置的硬度会略高一点，但仍在标准规定的范围内。
焊缝也不是原样留着的。GB/T 24593 要求钢管用不添加填充金属的自动电熔焊制造，实际多为自动氩弧焊。焊完之后、最终热处理之前，要对焊缝或整管做冷变形加工，把内焊道外焊道压平整平；只有激光焊可以免这一步。交货状态是热处理并酸洗钝化，经保护气氛热处理的可以不酸洗。这几道工序组合起来，就是为了让焊缝在组织和尺寸上尽量贴近母材。
管子买回来只是半成品，真正决定换热器漏不漏的，是它跟管板怎么连。GB/T 151-2014 给了几种基本形式：强度胀、强度焊、强度胀加密封焊、强度焊加贴胀。
强度胀靠的是变形差。胀管器把管端滚压扩开，管子产生塑性变形、嵌进管孔上的环形槽，管板在弹性范围内回弹，把管端抱住，密封和抗拉脱都靠这个抱紧力。它的适用面不宽：设计压力不超过 4.0MPa，设计温度不超过 300℃，操作中不能有振动、不能有大温差波动、不能有明显应力腐蚀倾向。换热管材料的硬度还要低于管板，外径小于 14mm 的管子不宜胀接。强度胀的最小胀接长度，取管板名义厚度减 3mm 和 50mm 这两者中的小值。
强度焊适应面宽得多，可以覆盖 GB/T 151 规定的设计压力，最高到 35MPa，管孔不用开槽，对管孔表面粗糙度的要求也低。它的短板在管壁与管孔之间还剩一圈缝隙，碰上振动或者有缝隙腐蚀倾向的介质就不合适。管壳程介质严格不允许互串的场合，接头至少得是焊的，只做强度胀不行。
两种各自都有毛病，于是有了组合。强度焊加贴胀用得最多，贴胀把管孔那圈缝隙填掉，抗疲劳能力也更好。强度胀加密封焊多用在密封要求高、或者管材不好焊的地方。
组合还牵扯一个顺序问题。先胀后焊的麻烦在于，胀接时留在管端和坡口上的油污铁锈不容易清干净，焊接受热后这些杂物在管孔间隙里产气，气体只能从焊道一侧往外冲，容易造成气孔、未熔合和焊缝氧化。先焊后胀没有这个问题，坡口好清理，间隙里的空气从管板两侧就能排走，后胀还能避免焊接高温把已经胀紧的部位弄松弛。GB/T 151 因此要求深度胀，胀接部位离焊缝至少 15mm。贴胀的胀度一般控制在 2% 到 3%。
还有一种内孔焊，焊缝开在壳程侧，管子跟管孔之间不存在间隙，缝隙腐蚀无从谈起，对接形式也能承受更大的轴向载荷，用在操作条件苛刻、管程进口温度高的场合。
现场拆下来的管束，漏点分布很有规律，多半集中在靠近管板的那一小段，还有 U 形管的弯管段。
一类是腐蚀减薄和点蚀穿孔。介质里的氯离子、溶解氧，加上管子上的沉积物，都会让局部壁厚掉得比别处快。有个公开的在役案例，一台立式换热器用 φ19×1.6 的 316L 管，涡流检测在管子中间偏上位置查出深度 52% 的内壁缺陷，在靠近下管板约 100mm 处查出 100% 通孔，随后水压试验证实下管板有两处漏水。
一类是缝隙腐蚀。管壁和管孔之间那圈缝，介质进得去出不来，氯离子和氧在里面越积越浓，腐蚀就盯着这条缝走。贴胀、内孔焊这些做法，本质上都是在消灭这条缝。
一类是氯离子应力腐蚀开裂。残余应力、温差应力、膨胀应力叠在一起，管子承受的周向拉应力就不小，再碰上氯离子富集，裂纹会沿着壁厚方向穿晶扩展。公开的失效分析报告里有这样的路径：管子外壁的夹杂缺陷处先富集氯离子形成点蚀，点蚀又造成应力集中，在复杂拉应力和覆盖层下氯离子富集的共同作用下裂开。报告给出的控制口径，是把介质里氯离子的质量浓度压到 5mg/L 以下。
还有一类是流体诱发振动带来的磨损。折流板管孔的位置反复摩擦，能磨出沟槽状减薄，微裂纹从缺口萌生再向外扩。公开的检修资料里常引用一个参照值，速度振级超过 7.1mm/s 就该考虑降流速或者增加支撑板；换热管的跨距也建议控制在 1.5m 以内。
出厂这一关，GB/T 24593 的规矩很具体。每根钢管都要过密实性检验，二选一：液压试验按公式算压力、最高 10MPa、保压不少于 5 秒；或者做水下气密性试验，这是 2018 版新增的选项，适合外径不超过 50.8mm 的管子，试验压力不低于 1.0MPa。工艺性能按壁厚分，压扁试验所有管子都做，试验时焊缝要摆在与施力方向成 90° 的位置；壁厚不大于 2.0mm 的做卷边，卷边宽度不小于外径的 15%；壁厚大于 2.0mm 的做扩口，顶心锥度 60°，外径扩大值不小于 14%。
表面这一项容易被当成小事。标准不许有裂纹、折叠、扭曲、咬边、未焊透和焊缝内凹；局部划痕、压痕、麻点允许存在，深度不超过壁厚下偏差的 50%，超了允许修磨，但修磨后壁厚不能低于允许最小值。焊缝余高要按标准规定的方法去除。无损检测可以选涡流，按 GB/T 7735-2016 做。
在役检验的主力也是涡流，方法按 NB/T 47013.6。不锈钢管用常规涡流，碳钢管束壁厚减薄、内壁腐蚀多，常用远场涡流，靠低频电磁场穿透管壁，不受集肤效应限制。涡流给的是信号，判定完还要拿内窥镜到现场复核，再配合水压试验把壳程和管程分别打一遍，一般取 1.25 倍设计压力。
查出漏管，处理办法是堵管，用锥形堵头或者焊接堵头。堵管数量一般不超过总管数的 10%，超过这个量换热面积已经明显不足，应该整台换管束。每次堵管的位置和数量都要记下来，方便盯着剩余管子的趋势。要换管就按拔出旧管、新管胀接或焊接、再试压的路子走。
结垢对换热器是慢性病。垢层把传热系数拉下去，能耗上来，垢下浓缩还会加速腐蚀穿孔。冷却水侧的垢以碳酸钙为主，水温过了 60℃ 析出速度明显加快，公开资料给的速度是每月 0.2 到 0.5mm。铁锈垢疏松多孔，会把水垢一起吸住，形成最难清的铁钙混合垢。
物理清洗里高压水射流用得最广。这里有个容易被忽略的点，水压要按材质分档，不锈钢管束的许用压力比碳钢低，公开的施工口径是不锈钢不超过 20MPa、碳钢不超过 30MPa。通管刷、PIG 清管器也常用，冷凝器上另有胶球在线清洗，胶球直径通常比管子内径大 10% 到 15%。
化学清洗是硬垢的解法，不锈钢有自己的忌讳。盐酸便宜、溶碳酸钙快，对不锈钢却是个坑，氯离子会带来点蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀开裂的风险，不锈钢管束应该走无氯酸洗体系，用柠檬酸、氨基磺酸或者硝酸系的药剂。清洗液里必须加缓蚀剂，同时挂腐蚀试片盯住腐蚀速率，流程大致是水冲洗、配液、循环清洗、中和、漂洗、钝化。
结构也限制洗法。固定管板式的壳程没法抽管束，只能化学清洗或者反向冲洗；浮头式和 U 形管式可以把管束抽出来，管程壳程都能用高压水打。U 形管式要注意弯管段容易堵，清洗死角多。
想少洗几次，办法在上游。循环水加阻垢剂、杀菌剂、缓蚀剂，控制 pH、氯离子浓度和流速，定期排污补水。容易结垢的那一侧介质尽量安排在管程，管程好清。
合同上要写清楚的东西，其实就那几样：牌号、尺寸规格、交货状态、密实性检验方式、要不要无损检测、工艺性能试验项目、要不要做晶间腐蚀试验。按 GB/T 24593-2018 的订单内容条款，这些都算可协商并需在合同中注明的事项，不写就等于按标准最低要求走。
到货这一关分两条线。文件和实物对不上是常见的麻烦，质保书要有炉批号、化学成分和力学性能，尤其留意 2018 版新增的高合金牌号，015Cr21Ni26Mo5Cu2、015Cr20Ni18Mo6CuN、022Cr21Ni25Mo7N 这三个是冲着高浓度氯离子环境加的，价格和耐蚀性跟常规 304、316L 不在一个量级，别混着认。实物这条线，外径逐根量、壁厚卡、内外面在充分照明下逐根看、弯曲度抽查，薄壁管还要留意不圆度，标准规定壁厚与外径之比不大于 3% 的管子，不圆度不超过公称外径的 1.5%。
不锈钢还有一条容易吃亏的规矩：管子和碳钢件不能混堆，避免铁离子污染和接触腐蚀。管口两端最好加保护，别让搬运时的磕碰成了交货时的争议。
换热器厂往下走，管板接头的焊接工艺评定按 NB/T 47014 做，焊工要持相应项目资格。胀接前先试胀，试胀试样不少于 5 个，胀完做耐压试验看胀口的严密性，检查胀口有没有裂纹、过渡段有没有突变、喇叭口根部与管壁结合得好不好。
数据来源：来自公开网络。
钢管动力，关联公众号：钢标控。
换热器为什么愿意用不锈钢焊接换热管，而不是无缝管？
薄壁和长管这两点上焊管更好做。壁厚由带钢厚度决定，一致性好，公开资料里常提的偏差能控到 3% 左右；内外表面更光洁，流体阻力小、结垢少；连续生产能出很长的管子，中间接头少；价格比无缝管低一截。有一组公开对比数据，同一档 φ19.05×1.5 的焊管和无缝管，抗拉、屈服、延伸率在同一水平，扩口、卷边、压扁、碾平都没开裂。GB/T 24593-2018 还要求焊后对焊缝或整管做冷变形加工，把内外焊道压平，交货状态是热处理并酸洗钝化。所以在冷凝器、蒸发器和化工换热设备上，焊接换热管已经是主流方案；超高压、强腐蚀、剧振这些极端工况才更多用无缝管。
换热管和管板到底该胀接还是焊接，胀焊并用怎么选、先焊还是先胀？
看三个条件。压力和温度不高、操作中没有振动和大温差波动、没有明显应力腐蚀倾向，可以用强度胀，它要求设计压力不超过 4.0MPa、设计温度不超过 300℃，管子的硬度还要低于管板，外径小于 14mm 不宜胀接。压力温度高、要求绝对不漏，就用强度焊，它覆盖面宽，但管壁与管孔之间留着缝隙，有振动和缝隙腐蚀倾向的场合不合适。两者都要，就用组合：强度焊加贴胀用得最多，抗疲劳也顺带把缝隙消掉；强度胀加密封焊多用在管材不好焊、密封要求高的地方。顺序上先焊后胀更稳妥，坡口好清理、间隙里的空气能排出去，后胀也不会把已经胀紧的部位弄松。GB/T 151-2014 因此要求深度胀，胀接部位离焊缝至少 15mm。
换热管为什么常常在管板附近先漏？
靠管板的那一段和 U 形管弯管段，应力状态和介质环境都最恶劣。腐蚀减薄和点蚀会在那里先穿孔，管壁与管孔之间的缝隙进得去介质出不来，氯离子和氧在里面浓缩就形成缝隙腐蚀。管子还同时受残余应力、温差应力和膨胀应力的拉扯，碰上氯离子富集就可能应力腐蚀开裂，裂纹沿壁厚穿晶扩展。折流板管孔处的反复摩擦会磨出沟槽状减薄，流体诱发振动再往上叠加，裂纹就从缺口萌生。公开的失效分析给过一个控制口径，把介质里氯离子的质量浓度压到 5mg/L 以下；检修排查用测振仪看速度振级，换热管跨距也尽量控制在 1.5m 以内。
换热管到货和在役用什么方法查缺陷，堵管有什么规矩？
出厂按 GB/T 24593-2018，每根管都要做密实性检验，液压试验最高 10MPa、保压不少于 5 秒，或者做水下气密性试验，适合外径不超过 50.8mm 的管子、压力不低于 1.0MPa。压扁试验全部做，壁厚不大于 2.0mm 的另做卷边，壁厚大于 2.0mm 的另做扩口。无损检测可以选涡流，按 GB/T 7735-2016。在役按 NB/T 47013.6，不锈钢管用常规涡流，碳钢管束常用远场涡流，信号判定之后拿内窥镜复核，再配合 1.25 倍设计压力的水压试验。查出漏管用锥形或者焊接堵头堵住，堵管量一般不超过总管数的 10%，超了换热面积就不够用，应该整台换管束，每次堵管的数量和位置都要记录。
管束结垢了怎么洗，不锈钢有什么忌讳？
物理方法优先，高压水射流、通管刷、PIG 清管器都行，冷凝器上还常用胶球在线清洗，胶球直径比管子内径大 10% 到 15%。用高压水要按材质分档，不锈钢管束的许用压力比碳钢低，公开的施工口径是不超过 20MPa。硬垢要靠化学清洗，不锈钢最大的忌讳是盐酸，氯离子会引出点蚀和应力腐蚀开裂，应该用柠檬酸、氨基磺酸或者硝酸系的无氯药剂，清洗液里加缓蚀剂并挂腐蚀试片监测腐蚀速率，流程走水冲洗、配液、循环清洗、中和、漂洗、钝化。另外固定管板式的壳程抽不出管束，只能用化学清洗或者反向冲洗。
