摘要：本文主要结合笔者做过的换热器项目（按照API660设计），主要从设计、制造的角度阐述在API660标准执行过程中值得注意的几个问题，供同行借鉴参考。
关键词：API660；包覆垫；分程隔板；换热器
国外的某项目中，要求换热器的设计、制造等需同时遵循ASME、API660、TEMA标准。其中，API标准660作为炼油厂一般用途的管壳式换热器，是由美国炼油协会出版，以补充TEMA标准，制定了更详细的规定。一般符合API660标准的，建造应按照TEMA R。笔者结合项目，阐述在API660标准执行过程中注意的几个问题。
1 API660中关于包覆垫片的相关规定
在换热器设计过程中，需要注意API660中有关于包覆垫片的相关规定，原文引用如下：
7.10.2以下工况包覆垫片不允许使用：
a）氢工况；
b）操作温度高于205°C；
c）循环工况；
d）酸性工况或者湿硫化氢工况；
e）设计压力大于或等于2050 kPa；
f）壳体直径大于1200mm。
由于客户在其它的国外项目中对于壳体直径大于1200mm的设备使用金属包覆垫有成功使用的经验，因此也要求本项目使用金属包覆垫片。
后来这批设备在进行水压试验时均发生了泄露。经过分析，找到了泄露的原因：设备法兰密封面都是RF面，加工水线，且粗糙度达不到金属包覆垫的要求；垫片质量较差，表面不平，且个别存在波浪，表面存在纵向划伤，对接焊缝处未修磨平滑。
鉴于以上原因，要求制造厂家找一台换热器，将法兰密封面和管板密封面加工成光面，表面粗糙度加工至1.6~2.5μm，选用质量较好的金属包覆垫片进行水压试验。最终水压试验成功，没有再发生泄漏。
可见，对于金属包覆垫，TEMA虽然没有明确的规定，但是API660是有相关规定的。笔者做过的很多项目中，缠绕垫和齿形垫等都能很好的起到密封作用，应尽可能选用这些垫片。项目中若选用金属包覆垫则需要慎重考虑，应符合API660的要求。笔者结合多个项目中对于金属包覆垫的选用及使用的经验，总结了以下几个需要的问题：
a）金属包覆垫片采购时应选用有实力、有经验及有业绩的垫片供应商。垫片供应商应提供金属包覆垫的压缩率、回弹率、应力松弛率、密封泄露率及包覆层金属材料硬度最大值等相关数据，并应符合相关标准的规定；
b）金属包覆垫直径≤1200的不允许拼接，对于直径>1200的若需要拼接时，其拼接接头数不超过1个，要求45°斜接，拼接处焊缝须打磨与母材平齐，焊缝部位作退火处理（不锈钢固溶退火）；
c）金属包覆垫表面应平整光滑，不得有影响密封性能的径向贯通划痕、裂纹等缺陷。金属包覆垫中包覆层金属材料的厚度为0.3~0.5mm，金属包边宽度为5~7mm且对称相等，垫片厚度公差建议选正偏差0.4~0.8mm；
d）设备法兰密封面应采用凹凸面；管法兰建议选用300#及以上等级，管法兰密封面最好用凹凸面。法兰密封面需进行焊后二次加工，表面粗糙度1.6~3.2（碳钢、有色金属）、0.8~1.6（不锈钢、镍基合金）。注意，加工成本会增加较多。
2分程隔板
2.1分程隔板的计算
在换热器设计过程中，TEMA中有关于分程隔板计算的相关公式，见如下：
RCB-9.132分程隔板计算公式：
其中，ｔ－分程隔板的最小厚度，
B－TEMA表RCB-9.132中的值，通过ａ／ｂ去查询得到（可以用线性插入法求的），
ｑ－隔板的两侧压降，
Ｓ－规范规定的金属设计温度下的许用拉伸应力，
ｂ－分程隔板的尺寸，具体见TEMA表RCB-9.132。
需要注意的是API660中有关于分程隔板计算中压降的取值有相关规定，原文引用如下：
7.4.2用于计算分程隔板厚度的压差（依据TEMA中RCB-9.132计算公式）应按照计算压降的两倍去取得。分程隔板的厚度不小于：两倍的管程侧腐蚀裕量加上３ｍｍ得到的数值。
可见按照API660设计换热器时，需要注意分程隔板计算中压降ｑ的取值问题，压降ｑ取两倍的计算压降。当然，分程隔板的最小厚度应按照标准要求，不得小于TEMA中表RCB-9.131和由RCB-9.132计算值中的大值。
2.2分程隔板的焊接
9.2分程隔板，锻制或焊接管箱与浮头盖中的分程隔板应双面全长度焊接，或者为全焊透焊缝，得到购买方确定的特殊设计除外。如果采用双面焊接，靠近密封面端的50mm的范围内应采用全焊透结构。
TEMA中RCB-9.133中只提到分程隔板的两侧采用角焊缝连接，焊缝高度不得小于3/4t（t为分程隔板的最小厚度，见RCB-9.132）。所以，在进行多程换热器的设计时，需要注意API660的以上要求。为了避免介质进入分程隔板与管箱筒体的缝隙而造成间隙腐蚀，笔者结合工程上做过的项目，建议使用以下节点：
3热处理
9.6.3除买方有规定，下面情形在弯管后需进行热处理：
a）碳钢，CrMo钢和低Cr钢的U型管，在酸性或湿H2S环境中。
b）黄铜弯管（例如 按ASME SB-395/395M）。
c）非稳定化的奥氏体不锈钢，弯管半径小于5倍的换热管外径。
9.6.9以下成型的碳钢和低合金钢管箱和压盖应进行焊后热处理：
a）6管程或以上的管箱和压盖；
b）接管与筒体的内径比大于等于0.5的管箱和压盖，锥体管箱除外。
9.6.11所有碳钢和低合金钢制浮头法兰与拱盖需要进行焊后热处理。
以上，在碳钢和低合金钢换热器的详细设计过程中需要注意的是：当管箱和压盖焊接有大接管时，注意核算接管与筒体的内径比。当内径比大于等于0.5时需要进行热处理。直径比较小的换热器容易出现这种情况。
4其它注意事项
除以上的三点，笔者认为在遵循API660标准的过程中，还有很多需要考虑。本文仅列出在设计过程中容易忽略的几条要求。
API660的7.6.12条规定，MAWP不能由接管补强圈来限制。这条规定在设计前期就应考虑，因为有可能在计算大接管的管口载荷时需要使用锻件管整体补强，甚至需要考虑加厚壳体才能满足要求。
API660的7.7.14条规定，MAWP不能由法兰螺栓来限制。
API660的9.7.2条规定，叠加式换热器在车间水压试验时，须进行叠加水压试验。
API660的9.9.2条规定，对于换热管材质为奥氏体不锈钢、双相钢、钛、铜镍合金的，管板上的管孔应该按照TEMA RCB7.21（b）栏进行加工（Special Close Fit）。这条规定应在管板的加工详图中体现，会影响加工成本。
结束语
API660标准在TEMA的基础上提高了相关要求，在设计过程中需加考虑。由于笔者接触面有限，可能描述或总结的不够全面，理解不够透彻。随着今后的逐步深入学习以及工程经验的积累，可能会有更进一步的理解。
参考文献：
[1]API 660 2015 9th Shell-and-Tube Heat Exchangers.
[2]ASME，SECT. VIII DIV.1，2017ED.
[3]TEMA，NINTH EDITION.
[4]王静，黄之军，GB/T151、TEMA和API660三者的对比探讨.
论文作者:陈翠1,黄阳林2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/26
标签：隔板论文; 换热器论文; 垫片论文; 包覆论文; 金属论文; 法兰论文; 过程中论文; 《基层建设》2019年第16期论文;