换热器是进行热交换操作的通用工艺设备，其换热性能主要取决于换热器的结构。夹持管板式换热器的优点是管束可以抽出来清洗，壳程壳体与换热管管壁不受温差的限制，可在高温、高压下工作等^[1]。为了在压力试验或泄漏试验时便于检查换热管与管板焊接接头的焊接质量，此类换热器在制造或检修过程中需采用试压环来代替管箱夹持管板，工程技术人员往往凭经验或根据管箱法兰厚度及结构形式随意确定试压环的厚度与结构，造成无法一次试验获得成功，浪费了人力和物力。

夹持管板式换热器通过螺栓连接管箱法兰与壳程法兰来夹持管板，分别保证壳程与管程的密封。但是管箱装配以后，就无法在壳程进行压力试验或泄漏试验时检查换热管与管板焊接接头是否存在缺陷，此时就需用试压环来替代管箱，将管束与壳程法兰及垫片用螺栓预紧后进行试验，同时检查换热管与管板的焊接接头。试压环与管板、壳程法兰连接示意如图 1所示^[2]。

图 1

试压环与管板、壳程法兰连接示意

以某厂制造的1台夹持管板式换热器为例，设备外形如图 5所示，管箱、管板和试压环外形图如图 6所示，其设计参数：壳程试验压力1.03 MPa(表压)；壳程试验温度25 ℃；连接螺栓规格尺寸M24 mm×155 mm，材质35号钢，数量为12颗；垫片规格尺寸Ф_外 312 mm/Ф_内 273 mm，δ＝3 mm，材质为XB350。

图 5

夹持管板式换热器外形图

图 6

管箱、管板和试压环外形图

根据图 6中管箱和管板的外形尺寸，可以设计出试压环的结构尺寸，即：外径D_o＝Ф 405 mm，内径D_i＝Ф 273 mm，螺栓孔中心距D_b＝Ф 355 mm，螺栓孔规格和数量分别为Ф 26 mm和12个。

根据国家标准《压力容器第3部分：设计》(GB/T 150.3—2011)中表7-6活套法兰计算表的计算内容，结合试压环实际受力情况，代入夹持管板式换热器设计参数和试压环的结构尺寸数据，重新整理后的试压环计算过程如图 7所示，图 7中所用符号参见GB/T 150.3—2011。按照图 7进行计算，得到的试压环厚度为36.4 mm，圆整后试压环厚度取38.0 mm。从图 6可知，管箱法兰有效厚度为22.0 mm，因此，计算结果证明仅以管箱法兰厚度决定试压环厚度是不合理的。

图 7

试压环计算过程

通过上述对试压环的设计计算以及结构设计，证明仅凭经验决定试压环厚度的方法是不合理的。建议试压环接触垫片的表面在使用前进行精密加工，使其表面粗糙度控制在12.5~25.0 μm范围内，保证试压环与垫片接触表面平整，以免造成螺栓预紧时受力不均或因装配不当而造成压力试验失败。