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波紋管式換熱器——波紋管換熱器制造

點擊:1893 日期:[ 2014-04-26 22:43:03 ]
王 玉 王質龍 寧 科 【摘要】簡要敘述了波紋管換熱器不適用的范圍、結構特點、防護、厚壁波紋換熱管制造及應用情況。對波紋管換熱器制造及應用有一定指導作用。 敘詞: 波紋管換熱器 波紋換熱管 結構 制造 一、概  述   近幾年波紋管換熱器得到長足的發展, 制造廠家逐漸增多, 應用范圍日益擴大。這一方面是因為波紋管換熱器這種強化型換熱設備以其良好的強化傳熱性能逐漸被市場所接受, 另一方面主要是各生產廠家逐步完善管理制度, 提高設計、制造質量以及勞動部門加大監察力度的結果。目前, 以沈陽儀器儀表工藝研究所為主編單位編制的行業標準《不銹鋼波紋換熱管基本參數與技術條件》已完成報批稿。該標準正式發布后會進一步促進整個行業發展。本文針對波紋管換熱器制造過程中應注意的問題, 提出了作者的觀點, 希望對有關廠家有所指導和幫助。 二、紋波管換熱器不適用的范圍   波紋管換熱器是從傳統的管殼式換熱器發展起來的, 但是并不是所有的管殼式換熱器都可以用波紋換熱管( 本文僅指壁厚0.6~1.2mm , 波峰外徑為5 32、5 42的奧氏體波紋換熱管)。GB151—89列出了四種型式換熱器: ①固定管板式換熱器; ②浮式換熱器; ③填料函式換熱器; ④U 型管式換熱器。其中固定管板式換熱器最適合采用波紋換熱管; 浮頭式換熱器和填料函式換熱器也比較適合; U 型管式換熱器不適合, 具體原因如下: (1) 固定管板式結構形式緊湊, 強化傳熱效果明顯。波紋換熱管又有一定熱補償能力, 在某些場合可省去按常規需要的膨脹節。 (2) 使用填料函的目的與使用浮頭式的功能相近, 都是為了保證管束有一定的自由伸縮,從而省去膨脹節, 并易于清洗管束。如果在浮頭式換熱器和填料函式換熱器中采用薄壁波紋換熱管, 那么薄壁波紋換熱管具有的軸向補償功能就不能發揮出來。因此填料函式換熱器和浮頭式換熱器也不是較好的應用波紋換熱管場合。但是, 采用波紋換熱管所達到的強化換熱效果與固定管板式的強化換熱效果一樣。 (3) 用波紋換熱管彎制U 型管難以實施。按GB151—89規定: 5 32換熱管的最小彎曲半徑R m in= 65mm; 5 = 42換熱管的最小彎曲半徑R m in= 85mm。首先, 因為彎曲半徑過大, 布管數會明顯減少使整臺換熱器的換熱面積銳減。其次是由于波紋換熱管較薄, 相對壁厚很小, 彎制時極易起縐。 三、波紋管換熱器的特殊結構   波紋管換熱器與普通光管管殼式換熱器總體結構相同, 都需遵循GB150—89、GB151—89和《壓力容器安全技術監察規程》, 但局部結構又有自身的特點, 主要表現在以下幾點: 1波紋換熱管與光管換熱管的差別   波紋換熱管有兩道環縫, 而普通光管換熱管對接時只允許一道環縫(直管) 或兩道環縫(U 型管)。按GB151—89規定, 該對接接頭應進行射線探傷, 抽查數量應不少于接頭總數的10% , 且不少于一條, 而波紋換熱管每根管都會有2個接頭, 即使按10% 抽檢, 數量也偏多。另外按照原來的有關探傷標準規定, 換熱管的壁厚均要求不小于2mm , 而波紋換熱管壁厚僅0.6~ 1.2mm , 故而無法按標準實施。所以一般生產廠家, 均不做射線探傷, 但目前如果有檢測需要可按GB16749—1997附錄B 執行。   波紋換熱管應“逐根”打壓, 按GB151—89規定, 試驗壓力為設計壓力的2倍。此處強調“逐根”, 是保證總裝時避免把不合格的換熱管裝上。 2耐外壓能力問題   普通用作換熱管的光管因為管壁較厚, 不存在耐外壓能力不足問題, 而波紋換熱管因為直徑大、壁薄, 所以耐外壓能力明顯不足。實驗結果表明: 5 32×0.8mm 光管成形波峰外徑為5 42的換熱管只能承受大約8.0M Pa 左右的外壓; 5 32×0.6mm 光管成形波峰外徑為5 42的換熱管只能承受大約4.0M Pa 左右的外壓。   因此, 對管壁薄、殼程試驗壓力大的情況應特別引起注意。 3折流板(支持板) 間距與厚度   GB151—89規定: 折流板(支持板) 的最小間距應不小于圓筒內直徑的五分之一, 且不小于50mm , 最大間距應不大于圓筒內直徑。但對波紋管換熱器來說, 為了減小壓降, 通常介質流速僅是光管的一半左右, 因此間距根據介質流速的需要可適當縮短。為加強支撐作用和防止短路, 可以適當增加折流板(支持板) 的厚度, 通常以能跨過一個波距為宜。折流板(支持板) 管孔兩面都要倒角(2×45°) , 以保證裝配穿管時不劃傷波紋管表面。 4防沖結構   防沖結構對波紋管換熱器至關重要。如果防沖板結構不合理, 在設備運行過程中掉下來,則波紋管必然損壞, 導致換熱器不能正常工作。通常可考慮按以下方式選用: 大型換熱器用外導流結構; 中型換熱器可將防沖板焊在筒體上,并增加一定數量的加強筋, 加強筋分別焊在防沖板和接管上; 小型換熱器防沖板可直接焊在拉桿上。 5脹接與管孔   一般波紋管換熱器不推薦換熱管與管板采用脹接工藝, 這主要基于以下兩點考慮: 波紋換熱管的管接頭采用奧氏體不銹鋼, 而奧氏體不銹鋼材料屬加工硬化傾向性大的材料, 波紋換熱管管接頭一般又比光管換熱管管接頭厚(常用D= 3mm ) , 所以脹接難度很大。按GB151—89規定的Ⅰ級換熱器精度, 管板管孔也嫌間隙偏大, 確需要脹接時, 換熱管接頭的厚度和尺寸公差及管孔的尺寸公差都要進行調整, 方可實施。   由于特殊的結構原因, 波紋換熱管中間段的外徑尺寸精度不高, 而且低于光管和管接頭的尺寸精度, 造成換熱管兩端接頭尺寸大于中間波紋段。這必然要導致折流板(支持板) 支撐效果不佳, 并導致漏流。如果確實需要, 可采用兩端接頭尺寸不一致的辦法, 即讓一邊接頭公稱尺寸與波紋管波峰尺寸相同, 以兼顧穿管和精度一致性。所有管孔按Ⅰ級換熱器制造為宜。 四、波紋管換熱器的防護及運輸   波紋換熱管由于采用奧氏體不銹鋼材料,故不耐氯離子腐蝕, 因此, 用水進行液壓試驗后, 應將水清除干凈, 當無法達到這一要求時,應控制水的氯離子含量不超過25ppm。實際使用中也應注意這一要求, 避免不必要的損失。   尚沒安裝使用的換熱器應盡量避免露天存放。如果無庫房不得不露天存放時, 應將各接口用防水材料封死, 以避免雨水侵入而腐蝕換熱管。實際上有存放不當, 尚未安裝使用即告腐蝕損壞的例子。據事后分析, 有可能是換熱器內部有積水, 積水蒸發濃縮后造成氯離子局部濃度增高, 從而導致腐蝕損壞。   還有, 波紋換熱管由于抗彎能力差, 尤其如釜式重沸器、容積式換熱器等對換熱管支撐較差的設備, 應加強支撐結構布置, 防止運輸顛簸和使用時由于管子劇烈振動造成損壞。   單獨的波紋換熱管管束運輸時一定要制做托架。 五、厚壁波紋管換熱器的制造   為適應石化、制藥、電力等行業苛刻的工況條件, 又保證一定的強化傳熱要求, 不少廠家又相繼開發了厚壁波紋換熱管。與前面介紹的單一的奧氏體不銹鋼薄壁波紋管不同, 厚壁波紋管的材料可以任意選用, 壁厚與光管換熱管相當。這樣既滿足了工況的要求, 對制造也可完全納入GB151—89的管轄, 有更好的結構工藝性。   需要注意的是, 無論是冷加工或熱加工的厚壁波紋管均需去應力退火熱處理, 退火后再加工到最終尺寸, 以保證尺寸的準確性。   冷加工的奧氏體不銹鋼厚壁波紋管可以不熱處理    
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