如何選擇換熱器管－－選用焊管還是無(wú)縫管？
關(guān)于換熱器選用無(wú)縫管還是焊管的爭(zhēng)論，一般圍繞在管材的結(jié)構(gòu)完整性、焊縫與非焊縫的耐腐蝕性、服務(wù)工況的苛刻程度、非破壞性試驗(yàn)(NDE)以及驗(yàn)收要求和交貨時(shí)間上。本文從實(shí)踐性角度闡述了換熱器管的生產(chǎn)過(guò)程、耐腐蝕性及焊管與無(wú)縫凱時(shí)娛樂(lè)城管機(jī)械完整性方面的內(nèi)容。同時(shí)，也從最終用戶的角度，從非破壞性試驗(yàn)（NDE）要求、耐腐蝕性評(píng)估和故障后果等方面論述了在某一特定應(yīng)用下，如何確定使用何種換熱器管是最合適的。
采用焊管還是無(wú)縫管制造新的換熱器或更換原有的換熱器管路系統(tǒng)，是化工企業(yè)經(jīng)常面臨的問(wèn)題。雖然二者在成本和交貨時(shí)間上的差異很大，但是討論的核心主要集中在焊管的焊接完整性上，是否與無(wú)縫管鍛造基材的完整性一樣好或一樣可靠。人們經(jīng)常提出這樣的疑問(wèn)：“焊縫是否存在引起泄漏的隱患？”或“焊縫是不是總要比管材的其他部位更容易被腐蝕？”
同樣也會(huì)有關(guān)于進(jìn)行多少非破壞性試驗(yàn)（NDE）、無(wú)縫管與焊管的成本及交貨期等問(wèn)題的爭(zhēng)論，尤其是當(dāng)發(fā)生意外故障而需要緊急更換現(xiàn)有換熱器管的情況出現(xiàn)時(shí)。本文根據(jù)作者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從最終用戶的角度進(jìn)行闡述如何選擇換熱器管。文章包括換熱器管的一般生產(chǎn)過(guò)程，耐腐蝕性試驗(yàn)的效果以及典型的非破壞性試驗(yàn)（NDE）和附加的非破壞性試驗(yàn)（NDE）的效果。本文也將介紹作為質(zhì)量鑒定技術(shù)的耐腐蝕性試驗(yàn)的作用，以及在選擇過(guò)程中應(yīng)該考慮到的換熱器管出現(xiàn)故障而帶來(lái)的后果。
圖1 焊管是由鋼帶滾動(dòng)成型的。
換熱器管的生產(chǎn)
焊接的換熱器管是將一條薄金屬帶卷成管狀，然后將它們的邊緣部分縱向焊接在一起制成的。這是一個(gè)連續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程，輥壓和焊接都是在同一臺(tái)設(shè)備上進(jìn)行的。通常使用的焊接工藝采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊、等離子弧焊和電阻焊。但是，根據(jù)管材的規(guī)格和客戶的偏好，也可以通過(guò)加入焊料來(lái)焊接。
無(wú)縫管通過(guò)熱擠壓形成空心管坯，經(jīng)過(guò)多道工序生產(chǎn)制造而成。擠壓過(guò)程是將帶有一個(gè)孔的熱金屬塊（最初是擠壓鋼坯）推入并通過(guò)一個(gè)擠壓模和一個(gè)心軸。一般只有一些標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑尺寸的管材可以由鋼坯直接制成。定制尺寸的管材要通過(guò)冷拔、搖桿軋輥或者沖模制成，然后再冷拔成最后所需的表面要求和尺寸大小。
通常無(wú)縫管和焊管都會(huì)在制造過(guò)程結(jié)束后進(jìn)行表面處理和熱處理。對(duì)于不同的合金，可能包括以下一種或者幾種處理過(guò)程：熱精扎、冷精扎、整個(gè)管材的冷軋、僅對(duì)焊縫的冷軋、退火、亞臨界退火或固溶退火、酸洗（清洗）以及最后的尺寸調(diào)整和拉直。例如，對(duì)于用于一般工況的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的無(wú)縫和焊管，按照ASTM A269規(guī)定，該管材可以進(jìn)行熱軋或冷軋，并且規(guī)定所有管材都應(yīng)該在進(jìn)行熱處理之后交貨，熱處理所需的溫度根據(jù)指定合金的種類而不同。熱處理極其重要，因?yàn)榇蠖鄶?shù)（即使不是所有）的耐腐蝕合金會(huì)因?yàn)闊崽幚聿划?dāng)而使耐腐蝕性能受到不利的影響。
值得注意的是，焊管和無(wú)縫管之間會(huì)存在一些重要的質(zhì)量差異。一般來(lái)說(shuō)，由于擠壓加工及在鋼模上的金屬變形，無(wú)縫管比焊管的壁厚公差更大。也是由于這些加工難度，無(wú)縫管存在著同心度和橢圓度的問(wèn)題。相反，由于焊管的加工是對(duì)原始帶材的滾動(dòng)、卷起，因此焊管具有非常一致的壁厚和同心度及焊接的精準(zhǔn)重復(fù)的過(guò)程。
焊管和無(wú)縫管的可用性取決于合金和管材制造商。現(xiàn)有的無(wú)縫管和焊管的合金有碳鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼以及鎳合金。鋯、銅和鋁合金通常出現(xiàn)在無(wú)縫管中。焊管還有鈦材，無(wú)縫管也有。然而，焊接鈦管和無(wú)縫鈦管的成本和供貨時(shí)間之間的差異非常大，無(wú)縫鈦管的價(jià)格很高并且供貨時(shí)間長(zhǎng)。
圖2 無(wú)縫管的生產(chǎn)。
冷軋和焊縫冷軋的比較
冷軋是指通過(guò)拉拔或冷軋管機(jī)對(duì)整個(gè)管材進(jìn)行軋制。通常，有超過(guò)5%的管壁減薄是在冷軋過(guò)程中完成的。冷軋的優(yōu)點(diǎn)是可以更加可靠地生產(chǎn)出具有穩(wěn)定、一致的耐腐蝕性的管材產(chǎn)品。冷軋的缺點(diǎn)是比焊縫冷軋更加昂貴和耗費(fèi)時(shí)間，導(dǎo)致成本更高，交貨時(shí)間更長(zhǎng)。這種差別在碳鋼和不銹鋼材質(zhì)中尤為突出，因此，很多生產(chǎn)商不采用冷軋加工生產(chǎn)這類合金管材。他們通常都沒(méi)有冷軋?jiān)O(shè)備，如果用戶有這方面要求的話，他們通常需要外包。值得注意的是，冷軋和焊縫冷軋管材的成本差別在鎳合金管材中并不明顯，因?yàn)橐恍╂嚭辖鸸懿墓⿷?yīng)商已經(jīng)擁有冷軋?jiān)O(shè)備了。
焊縫冷軋是僅對(duì)管材的縱向焊縫部分進(jìn)行的冷軋?zhí)幚怼：缚p周圍的母材并不進(jìn)行冷軋?zhí)幚怼：缚p冷軋加工可以通過(guò)幾種方法來(lái)進(jìn)行，包括滾軸模具和搖桿軋輥。焊縫冷軋?zhí)幚淼膬?yōu)勢(shì)在于它是美國(guó)焊管制造商的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)方法，與對(duì)整個(gè)管材冷拔相比，成本低，供貨時(shí)間短。缺點(diǎn)是如果加工不當(dāng)?shù)脑挘缚p冷軋加工將造成管材的焊縫比母材的耐腐蝕性差很多。同樣，焊縫冷拔加工的效果受形狀、剖面及焊接質(zhì)量的影響很大。所有這些都可導(dǎo)致不充分或不平整的冷軋，例如焊縫的端部折疊或咬邊，這可導(dǎo)致焊縫過(guò)早出現(xiàn)腐蝕。
事實(shí)上，無(wú)論對(duì)整個(gè)管材的冷軋還是僅對(duì)焊縫冷軋都可以使焊管具備良好的耐腐蝕性。使某種特定合金具有良好耐腐蝕性的關(guān)鍵，是要將充分的冷軋和緊接的在適當(dāng)溫度下進(jìn)行適當(dāng)時(shí)間的熱處理有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。
換熱器管的耐腐蝕試驗(yàn)
由于生產(chǎn)制造存在不確定性，以及最終用戶幾乎對(duì)管材加工過(guò)程無(wú)法控制，因此最終用戶應(yīng)該采用額外的措施來(lái)確保管材、焊縫及母材具有足夠的耐腐蝕性能。
典型的奧氏體不銹鋼耐腐蝕性評(píng)估試驗(yàn)可以在ASTM A262中找到，ASTM A262給出了許多用于換熱器管的ASTM規(guī)范的補(bǔ)充要求。ASTM A262試驗(yàn)也被大多數(shù)焊管制造商共同采用。ASTM A262也可以用來(lái)對(duì)鎳合金進(jìn)行耐腐蝕性評(píng)估或采用ASTM G28。雙相不銹鋼可以用ASTM A923來(lái)進(jìn)行耐腐蝕性評(píng)估，ASTM A923可以確定經(jīng)過(guò)不恰當(dāng)熱處理所造成的sigma相的形成。
耐腐蝕性評(píng)估試驗(yàn)是將經(jīng)過(guò)冷軋或焊縫冷軋、熱處理或依需要進(jìn)行敏化處理后的成品管材的樣品，暴露在幾種不同酸溶液或者腐蝕性溶液中一定的時(shí)間。在ASTM A262中，有6種不同的試驗(yàn)方法，在ASTM G28中有兩種。管材耐腐蝕性試驗(yàn)包括晶間腐蝕、一般腐蝕和焊縫優(yōu)先腐蝕試驗(yàn)。
如果焊縫未出現(xiàn)優(yōu)先腐蝕，整個(gè)樣品的腐蝕率在可以接受的范圍，那么可以確定對(duì)焊縫的冷軋和熱處理是充分的足以具有良好的耐腐蝕性能。
一個(gè)好的耐腐蝕性試驗(yàn)方法是選取最接近管材安裝現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境的試驗(yàn)溶液。在很多情況下，通過(guò)指定將一種耐腐蝕性試驗(yàn)方法作為管材采購(gòu)規(guī)格的一部分，可以更容易節(jié)約成本；選用質(zhì)量合格卻更便宜的焊縫冷軋管而不是冷拔管可以縮短采購(gòu)時(shí)間。
圖3 焊縫冷軋。
工況苛刻性與事故后果的考慮
如果不評(píng)估工況的苛刻性以及管材泄漏事故的后果，對(duì)焊管和無(wú)縫管的選擇就不完全。應(yīng)該考慮到整個(gè)工況的腐蝕性、潛在焊縫腐蝕、潛在的工藝風(fēng)險(xiǎn)、工藝質(zhì)量和泄漏事故對(duì)時(shí)間與/或產(chǎn)能的影響。對(duì)這些因素的評(píng)估將會(huì)影響對(duì)使用焊管還是無(wú)縫管的選擇，以及進(jìn)行非破壞性試驗(yàn)（NDE）的數(shù)量和進(jìn)行耐腐蝕性評(píng)估的必要性。
對(duì)于工況條件非常好的情況，我們可以認(rèn)為是低風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境。這意味著即便有泄漏事故發(fā)生，都不會(huì)對(duì)人員安全、生產(chǎn)質(zhì)量或產(chǎn)量產(chǎn)生有害影響，包括能夠承受進(jìn)水或交叉污染的過(guò)程或者即使換熱器不能使用也不影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的情況。另外一個(gè)較好的低風(fēng)險(xiǎn)例子經(jīng)常被忽略，就是在換熱器管板和管子完全一樣的情況，泄漏很少發(fā)生。在這些應(yīng)用中，最有成效且不犧牲安全和效用的選擇是，選用進(jìn)行過(guò)ASTM規(guī)范中所要求的標(biāo)準(zhǔn)非破壞性試驗(yàn)（NDE）的焊管。
對(duì)于工藝條件很苛刻以及不能發(fā)生故障的情況，我們稱之為中等風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)考慮進(jìn)行額外的非破壞性試驗(yàn)（NDE）或管材耐腐蝕性評(píng)估。
最后，高風(fēng)險(xiǎn)的情況就是換熱器的泄漏會(huì)對(duì)加工設(shè)備、加工質(zhì)量以及環(huán)境和人員安全造成危險(xiǎn)。在加工過(guò)程中，水或蒸汽的侵入可導(dǎo)致立即停工并可能損壞下游設(shè)備。在這些情況下，許多人偏向選擇無(wú)縫而不是焊管。如果要選擇焊管的話，應(yīng)最好指定高于ASTM規(guī)范要求的非破壞性試驗(yàn)（NDE），如氣壓試驗(yàn)或者補(bǔ)充的渦流試驗(yàn)或超聲波試驗(yàn)及耐腐蝕性評(píng)估試驗(yàn)。
這里有必要指出，一些缺陷不僅會(huì)出現(xiàn)在焊管中，無(wú)縫管也會(huì)有由于制造過(guò)程產(chǎn)生母材的缺陷。這些包括折疊、擦傷、撕裂或?qū)盈B。我遇到過(guò)幾次無(wú)縫管由于制造缺陷而造成的故障和泄漏。這說(shuō)明無(wú)縫管并不是萬(wàn)無(wú)一失的，應(yīng)該對(duì)無(wú)縫管進(jìn)行和焊管一樣的檢查，并將其作為質(zhì)量控制過(guò)程的一部分。通常，無(wú)縫管使用超聲波試驗(yàn)及氣壓試驗(yàn)。
總結(jié)
有關(guān)無(wú)縫管和焊管誰(shuí)更好，誰(shuí)更可靠的爭(zhēng)論還會(huì)繼續(xù)下去，并且可能成為一個(gè)沒(méi)有答案的問(wèn)題。事實(shí)上，兩種管材都可以提供合適的使用壽命、耐腐蝕性能及可靠性。關(guān)鍵是要花時(shí)間評(píng)估工況條件和管材發(fā)生事故的因果關(guān)系。需要謹(jǐn)慎地選擇焊管還是無(wú)縫管以及質(zhì)量控制試驗(yàn)規(guī)范，例如非破壞性試驗(yàn)（NDE）、氣壓試驗(yàn)以及追加的耐腐蝕性評(píng)估，這將確保管材具備必要的耐腐蝕性能及預(yù)期的使用壽命。
