如何選擇換熱器管－－選用焊管還是無縫管？
關于換熱器選用無縫管還是焊管的爭論，一般圍繞在管材的結構完整性、焊縫與非焊縫的耐腐蝕性、服務工況的苛刻程度、非破壞性試驗(NDE)以及驗收要求和交貨時間上。本文從實踐性角度闡述了換熱器管的生產過程、耐腐蝕性及焊管與無縫凱時娛樂城管機械完整性方面的內容。同時，也從最終用戶的角度，從非破壞性試驗（NDE）要求、耐腐蝕性評估和故障后果等方面論述了在某一特定應用下，如何確定使用何種換熱器管是最合適的。
采用焊管還是無縫管制造新的換熱器或更換原有的換熱器管路系統，是化工企業經常面臨的問題。雖然二者在成本和交貨時間上的差異很大，但是討論的核心主要集中在焊管的焊接完整性上，是否與無縫管鍛造基材的完整性一樣好或一樣可靠。人們經常提出這樣的疑問：“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？”
同樣也會有關于進行多少非破壞性試驗（NDE）、無縫管與焊管的成本及交貨期等問題的爭論，尤其是當發生意外故障而需要緊急更換現有換熱器管的情況出現時。本文根據作者的實踐經驗，從最終用戶的角度進行闡述如何選擇換熱器管。文章包括換熱器管的一般生產過程，耐腐蝕性試驗的效果以及典型的非破壞性試驗（NDE）和附加的非破壞性試驗（NDE）的效果。本文也將介紹作為質量鑒定技術的耐腐蝕性試驗的作用，以及在選擇過程中應該考慮到的換熱器管出現故障而帶來的后果。
圖1 焊管是由鋼帶滾動成型的。
換熱器管的生產
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。這是一個連續的生產過程，輥壓和焊接都是在同一臺設備上進行的。通常使用的焊接工藝采用鎢極惰性氣體保護焊、等離子弧焊和電阻焊。但是，根據管材的規格和客戶的偏好，也可以通過加入焊料來焊接。
無縫管通過熱擠壓形成空心管坯，經過多道工序生產制造而成。擠壓過程是將帶有一個孔的熱金屬塊（最初是擠壓鋼坯）推入并通過一個擠壓模和一個心軸。一般只有一些標準內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。
通常無縫管和焊管都會在制造過程結束后進行表面處理和熱處理。對于不同的合金，可能包括以下一種或者幾種處理過程：熱精扎、冷精扎、整個管材的冷軋、僅對焊縫的冷軋、退火、亞臨界退火或固溶退火、酸洗（清洗）以及最后的尺寸調整和拉直。例如，對于用于一般工況的標準規格的無縫和焊管，按照ASTM A269規定，該管材可以進行熱軋或冷軋，并且規定所有管材都應該在進行熱處理之后交貨，熱處理所需的溫度根據指定合金的種類而不同。熱處理極其重要，因為大多數（即使不是所有）的耐腐蝕合金會因為熱處理不當而使耐腐蝕性能受到不利的影響。
值得注意的是，焊管和無縫管之間會存在一些重要的質量差異。一般來說，由于擠壓加工及在鋼模上的金屬變形，無縫管比焊管的壁厚公差更大。也是由于這些加工難度，無縫管存在著同心度和橢圓度的問題。相反，由于焊管的加工是對原始帶材的滾動、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重復的過程。
焊管和無縫管的可用性取決于合金和管材制造商。現有的無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在無縫管中。焊管還有鈦材，無縫管也有。然而，焊接鈦管和無縫鈦管的成本和供貨時間之間的差異非常大，無縫鈦管的價格很高并且供貨時間長。
圖2 無縫管的生產。
冷軋和焊縫冷軋的比較
冷軋是指通過拉拔或冷軋管機對整個管材進行軋制。通常，有超過5%的管壁減薄是在冷軋過程中完成的。冷軋的優點是可以更加可靠地生產出具有穩定、一致的耐腐蝕性的管材產品。冷軋的缺點是比焊縫冷軋更加昂貴和耗費時間，導致成本更高，交貨時間更長。這種差別在碳鋼和不銹鋼材質中尤為突出，因此，很多生產商不采用冷軋加工生產這類合金管材。他們通常都沒有冷軋設備，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，因為一些鎳合金管材供應商已經擁有冷軋設備了。
焊縫冷軋是僅對管材的縱向焊縫部分進行的冷軋處理。焊縫周圍的母材并不進行冷軋處理。焊縫冷軋加工可以通過幾種方法來進行，包括滾軸模具和搖桿軋輥。焊縫冷軋處理的優勢在于它是美國焊管制造商的標準生產方法，與對整個管材冷拔相比，成本低，供貨時間短。缺點是如果加工不當的話，焊縫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、剖面及焊接質量的影響很大。所有這些都可導致不充分或不平整的冷軋，例如焊縫的端部折疊或咬邊，這可導致焊縫過早出現腐蝕。
事實上，無論對整個管材的冷軋還是僅對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鍵，是要將充分的冷軋和緊接的在適當溫度下進行適當時間的熱處理有機地結合起來。
換熱器管的耐腐蝕試驗
由于生產制造存在不確定性，以及最終用戶幾乎對管材加工過程無法控制，因此最終用戶應該采用額外的措施來確保管材、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估試驗可以在ASTM A262中找到，ASTM A262給出了許多用于換熱器管的ASTM規范的補充要求。ASTM A262試驗也被大多數焊管制造商共同采用。ASTM A262也可以用來對鎳合金進行耐腐蝕性評估或采用ASTM G28。雙相不銹鋼可以用ASTM A923來進行耐腐蝕性評估，ASTM A923可以確定經過不恰當熱處理所造成的sigma相的形成。
耐腐蝕性評估試驗是將經過冷軋或焊縫冷軋、熱處理或依需要進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間。在ASTM A262中，有6種不同的試驗方法，在ASTM G28中有兩種。管材耐腐蝕性試驗包括晶間腐蝕、一般腐蝕和焊縫優先腐蝕試驗。
如果焊縫未出現優先腐蝕，整個樣品的腐蝕率在可以接受的范圍，那么可以確定對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。
一個好的耐腐蝕性試驗方法是選取最接近管材安裝現場的工作環境的試驗溶液。在很多情況下，通過指定將一種耐腐蝕性試驗方法作為管材采購規格的一部分，可以更容易節約成本；選用質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時間。
圖3 焊縫冷軋。
工況苛刻性與事故后果的考慮
如果不評估工況的苛刻性以及管材泄漏事故的后果，對焊管和無縫管的選擇就不完全。應該考慮到整個工況的腐蝕性、潛在焊縫腐蝕、潛在的工藝風險、工藝質量和泄漏事故對時間與/或產能的影響。對這些因素的評估將會影響對使用焊管還是無縫管的選擇，以及進行非破壞性試驗（NDE）的數量和進行耐腐蝕性評估的必要性。
對于工況條件非常好的情況，我們可以認為是低風險的環境。這意味著即便有泄漏事故發生，都不會對人員安全、生產質量或產量產生有害影響，包括能夠承受進水或交叉污染的過程或者即使換熱器不能使用也不影響整個系統運行的情況。另外一個較好的低風險例子經常被忽略，就是在換熱器管板和管子完全一樣的情況，泄漏很少發生。在這些應用中，最有成效且不犧牲安全和效用的選擇是，選用進行過ASTM規范中所要求的標準非破壞性試驗（NDE）的焊管。
對于工藝條件很苛刻以及不能發生故障的情況，我們稱之為中等風險。應考慮進行額外的非破壞性試驗（NDE）或管材耐腐蝕性評估。
最后，高風險的情況就是換熱器的泄漏會對加工設備、加工質量以及環境和人員安全造成危險。在加工過程中，水或蒸汽的侵入可導致立即停工并可能損壞下游設備。在這些情況下，許多人偏向選擇無縫而不是焊管。如果要選擇焊管的話，應最好指定高于ASTM規范要求的非破壞性試驗（NDE），如氣壓試驗或者補充的渦流試驗或超聲波試驗及耐腐蝕性評估試驗。
這里有必要指出，一些缺陷不僅會出現在焊管中，無縫管也會有由于制造過程產生母材的缺陷。這些包括折疊、擦傷、撕裂或層疊。我遇到過幾次無縫管由于制造缺陷而造成的故障和泄漏。這說明無縫管并不是萬無一失的，應該對無縫管進行和焊管一樣的檢查，并將其作為質量控制過程的一部分。通常，無縫管使用超聲波試驗及氣壓試驗。
總結
有關無縫管和焊管誰更好，誰更可靠的爭論還會繼續下去，并且可能成為一個沒有答案的問題。事實上，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。關鍵是要花時間評估工況條件和管材發生事故的因果關系。需要謹慎地選擇焊管還是無縫管以及質量控制試驗規范，例如非破壞性試驗（NDE）、氣壓試驗以及追加的耐腐蝕性評估，這將確保管材具備必要的耐腐蝕性能及預期的使用壽命。
