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波纹管式换热器——波纹管换热器制造

点击:1147 日期:[ 2014-04-26 22:43:03 ]
王 玉 王质龙 宁 科 【摘要】简要叙述了波纹管换热器不适用的范围、结构特点、防护、厚壁波纹换热管制造及应用情况。对波纹管换热器制造及应用有一定指导作用。 叙词: 波纹管换热器 波纹换热管 结构 制造 一、概  述   近几年波纹管换热器得到长足的发展, 制造厂家逐渐增多, 应用范围日益扩大。这一方面是因为波纹管换热器这种强化型换热设备以其良好的强化传热性能逐渐被市场所接受, 另一方面主要是各生产厂家逐步完善管理制度, 提高设计、制造质量以及劳动部门加大监察力度的结果。目前, 以沈阳仪器仪表工艺研究所为主编单位编制的行业标准《不锈钢波纹换热管基本参数与技术条件》已完成报批稿。该标准正式发布后会进一步促进整个行业发展。本文针对波纹管换热器制造过程中应注意的问题, 提出了作者的观点, 希望对有关厂家有所指导和帮助。 二、纹波管换热器不适用的范围   波纹管换热器是从传统的管壳式换热器发展起来的, 但是并不是所有的管壳式换热器都可以用波纹换热管( 本文仅指壁厚0.6~1.2mm , 波峰外径为5 32、5 42的奥氏体波纹换热管)。GB151—89列出了四种型式换热器: ①固定管板式换热器; ②浮式换热器; ③填料函式换热器; ④U 型管式换热器。其中固定管板式换热器最适合采用波纹换热管; 浮头式换热器和填料函式换热器也比较适合; U 型管式换热器不适合, 具体原因如下: (1) 固定管板式结构形式紧凑, 强化传热效果明显。波纹换热管又有一定热补偿能力, 在某些场合可省去按常规需要的膨胀节。 (2) 使用填料函的目的与使用浮头式的功能相近, 都是为了保证管束有一定的自由伸缩,从而省去膨胀节, 并易于清洗管束。如果在浮头式换热器和填料函式换热器中采用薄壁波纹换热管, 那么薄壁波纹换热管具有的轴向补偿功能就不能发挥出来。因此填料函式换热器和浮头式换热器也不是较好的应用波纹换热管场合。但是, 采用波纹换热管所达到的强化换热效果与固定管板式的强化换热效果一样。 (3) 用波纹换热管弯制U 型管难以实施。按GB151—89规定: 5 32换热管的最小弯曲半径R m in= 65mm; 5 = 42换热管的最小弯曲半径R m in= 85mm。首先, 因为弯曲半径过大, 布管数会明显减少使整台换热器的换热面积锐减。其次是由于波纹换热管较薄, 相对壁厚很小, 弯制时极易起绉。 三、波纹管换热器的特殊结构   波纹管换热器与普通光管管壳式换热器总体结构相同, 都需遵循GB150—89、GB151—89和《压力容器安全技术监察规程》, 但局部结构又有自身的特点, 主要表现在以下几点: 1波纹换热管与光管换热管的差别   波纹换热管有两道环缝, 而普通光管换热管对接时只允许一道环缝(直管) 或两道环缝(U 型管)。按GB151—89规定, 该对接接头应进行射线探伤, 抽查数量应不少于接头总数的10% , 且不少于一条, 而波纹换热管每根管都会有2个接头, 即使按10% 抽检, 数量也偏多。另外按照原来的有关探伤标准规定, 换热管的壁厚均要求不小于2mm , 而波纹换热管壁厚仅0.6~ 1.2mm , 故而无法按标准实施。所以一般生产厂家, 均不做射线探伤, 但目前如果有检测需要可按GB16749—1997附录B 执行。   波纹换热管应“逐根”打压, 按GB151—89规定, 试验压力为设计压力的2倍。此处强调“逐根”, 是保证总装时避免把不合格的换热管装上。 2耐外压能力问题   普通用作换热管的光管因为管壁较厚, 不存在耐外压能力不足问题, 而波纹换热管因为直径大、壁薄, 所以耐外压能力明显不足。实验结果表明: 5 32×0.8mm 光管成形波峰外径为5 42的换热管只能承受大约8.0M Pa 左右的外压; 5 32×0.6mm 光管成形波峰外径为5 42的换热管只能承受大约4.0M Pa 左右的外压。   因此, 对管壁薄、壳程试验压力大的情况应特别引起注意。 3折流板(支持板) 间距与厚度   GB151—89规定: 折流板(支持板) 的最小间距应不小于圆筒内直径的五分之一, 且不小于50mm , 最大间距应不大于圆筒内直径。但对波纹管换热器来说, 为了减小压降, 通常介质流速仅是光管的一半左右, 因此间距根据介质流速的需要可适当缩短。为加强支撑作用和防止短路, 可以适当增加折流板(支持板) 的厚度, 通常以能跨过一个波距为宜。折流板(支持板) 管孔两面都要倒角(2×45°) , 以保证装配穿管时不划伤波纹管表面。 4防冲结构   防冲结构对波纹管换热器至关重要。如果防冲板结构不合理, 在设备运行过程中掉下来,则波纹管必然损坏, 导致换热器不能正常工作。通常可考虑按以下方式选用: 大型换热器用外导流结构; 中型换热器可将防冲板焊在筒体上,并增加一定数量的加强筋, 加强筋分别焊在防冲板和接管上; 小型换热器防冲板可直接焊在拉杆上。 5胀接与管孔   一般波纹管换热器不推荐换热管与管板采用胀接工艺, 这主要基于以下两点考虑: 波纹换热管的管接头采用奥氏体不锈钢, 而奥氏体不锈钢材料属加工硬化倾向性大的材料, 波纹换热管管接头一般又比光管换热管管接头厚(常用D= 3mm ) , 所以胀接难度很大。按GB151—89规定的Ⅰ级换热器精度, 管板管孔也嫌间隙偏大, 确需要胀接时, 换热管接头的厚度和尺寸公差及管孔的尺寸公差都要进行调整, 方可实施。   由于特殊的结构原因, 波纹换热管中间段的外径尺寸精度不高, 而且低于光管和管接头的尺寸精度, 造成换热管两端接头尺寸大于中间波纹段。这必然要导致折流板(支持板) 支撑效果不佳, 并导致漏流。如果确实需要, 可采用两端接头尺寸不一致的办法, 即让一边接头公称尺寸与波纹管波峰尺寸相同, 以兼顾穿管和精度一致性。所有管孔按Ⅰ级换热器制造为宜。 四、波纹管换热器的防护及运输   波纹换热管由于采用奥氏体不锈钢材料,故不耐氯离子腐蚀, 因此, 用水进行液压试验后, 应将水清除干净, 当无法达到这一要求时,应控制水的氯离子含量不超过25ppm。实际使用中也应注意这一要求, 避免不必要的损失。   尚没安装使用的换热器应尽量避免露天存放。如果无库房不得不露天存放时, 应将各接口用防水材料封死, 以避免雨水侵入而腐蚀换热管。实际上有存放不当, 尚未安装使用即告腐蚀损坏的例子。据事后分析, 有可能是换热器内部有积水, 积水蒸发浓缩后造成氯离子局部浓度增高, 从而导致腐蚀损坏。   还有, 波纹换热管由于抗弯能力差, 尤其如釜式重沸器、容积式换热器等对换热管支撑较差的设备, 应加强支撑结构布置, 防止运输颠簸和使用时由于管子剧烈振动造成损坏。   单独的波纹换热管管束运输时一定要制做托架。 五、厚壁波纹管换热器的制造   为适应石化、制药、电力等行业苛刻的工况条件, 又保证一定的强化传热要求, 不少厂家又相继开发了厚壁波纹换热管。与前面介绍的单一的奥氏体不锈钢薄壁波纹管不同, 厚壁波纹管的材料可以任意选用, 壁厚与光管换热管相当。这样既满足了工况的要求, 对制造也可完全纳入GB151—89的管辖, 有更好的结构工艺性。   需要注意的是, 无论是冷加工或热加工的厚壁波纹管均需去应力退火热处理, 退火后再加工到最终尺寸, 以保证尺寸的准确性。   冷加工的奥氏体不锈钢厚壁波纹管可以不热处理    
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