高壓繞管換熱器繞管機的設(shè)計

                                   張慶生

                    開封東京空分集團有限公司河南開封   475001

    摘要:簡要介紹了高壓繞管換熱器繞管機的工作原理、技術(shù)參數(shù)和使用性能，分析了它在高壓繞管換熱器生產(chǎn)中所起的重要作用。

    關(guān)鍵詞:高壓繞管換熱器繞管機工裝

    中圖分類號:TH6;TK172文獻標識碼:B文章編號:1000－4998(2010)08－0071－02

    高壓繞管換熱器的發(fā)展與壓力容器的發(fā)展密切相關(guān)，最早是由德國的林德公司于1898年制造，我國一些化肥廠引進了該公司生產(chǎn)的換熱器。它結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效率高、單位體積換熱面積大，可實現(xiàn)多股流換熱，具有很好的熱補償能力，適合深冷系統(tǒng)的換熱。高壓繞管換熱器是大型化工工藝過程的重要設(shè)備，而且是一個高效節(jié)能的設(shè)備，主要用于凈化流程的低溫甲醇洗裝置以及空分裝置、大型化肥廠、乙烯工程等，在我國目前主要應(yīng)用于大化肥合成氨裝置(美國德士古工藝)中甲醇洗工段。但其制造工藝較復(fù)雜，主要由繞管體和殼體兩部分組成，繞管體由中心筒、換熱管、墊條及管卡等組成，換熱管緊密地繞在中心筒上，用平墊條及異形墊條分隔，對材質(zhì)的要求相對較高。此外，設(shè)備的清洗也比較困難。

    高壓繞管換熱器與常規(guī)形式相比，具有以下優(yōu)點:1)降低了溫差應(yīng)力，對于降低管子與管板連接區(qū)的峰值應(yīng)力、防止破裂和疲勞起到很大的作用;2)由于換熱器工作時約束緩解，管板與管子連接區(qū)的局部應(yīng)力和總體應(yīng)力均降低，大大減少了高事故率的管板與管子結(jié)合區(qū)的破壞現(xiàn)象，提高了運行的可靠性;3)減小了主體結(jié)構(gòu)件如管板、殼體的厚度(這對于采用昂貴材料制造的換熱器具有很大的意義)。

    高壓繞管換熱器在制造過程中設(shè)置緩沖應(yīng)力，使換熱器工作時由溫差和壓差所引起的內(nèi)應(yīng)力得到有效消除，從而改善換熱器的工作條件，提高了換熱器的使用壽命及可靠性。

    為了保證高壓繞管換熱器的技術(shù)要求和加工質(zhì)量，設(shè)計了大型專用工裝設(shè)備———高壓繞管換熱器繞管機，結(jié)構(gòu)見圖1。

               

    1·工作原理

    高壓繞管換熱器繞管機由傳動箱、調(diào)速及減速裝置、操縱站及電氣箱、首部托架座平板、調(diào)整墊鐵、尾部托架座平板等組成，其工作原理:通過無級調(diào)速電機帶動傳動機構(gòu)(調(diào)速及減速裝置，由制動器、減速器、齒輪、調(diào)整塊組成，要求兩軸中心線的斜度≤30″，徑向位移≤0．10mm)，其輸出端的齒輪和大齒圈相嚙合，帶動主軸與設(shè)置在首、尾部托架平板支承滾輪架上的中心筒一起旋轉(zhuǎn)，用激光水平儀沿中心筒中心線找正，使中心筒在繞制中不出現(xiàn)偏心。繞制時將換熱管從一端沿順時針方向開始，用平墊條和異形墊條支承，用管卡固定，由里到外逐層繞制而成，中心筒的轉(zhuǎn)速由無級調(diào)速電機控制。支承結(jié)構(gòu)采用前、后兩自制鋼結(jié)構(gòu)滾輪架(由滾輪、底板、支承板組成，結(jié)構(gòu)見圖2)支撐，高壓繞管換熱器繞管機組裝后要求各運轉(zhuǎn)部分靈活，無異常響聲，且電機無級調(diào)速時靈敏可靠。主要技術(shù)參數(shù)見表1。

              

    2·設(shè)備的優(yōu)點

    該繞管機可保證繞管體在重力作用下仍可順利轉(zhuǎn)動，能承載最大載荷83t。性能優(yōu)于同類設(shè)備，能在同一設(shè)備上繞制直徑為1 000～2 800 mm(見圖1)的繞管換熱器，實現(xiàn)了自動控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點:1)由于傳動箱(由大齒圈、主軸、圓盤、滾子軸承等組成，結(jié)構(gòu)見圖3)兩端、主軸前后都采用相同型號的雙列圓柱滾子軸承，主要承受徑向載荷，承載能力增大，繞制繞管體的噸位增加。2)大齒圈后置(見圖3)可使主軸受力均衡，降低主軸的旋轉(zhuǎn)速度，并向主軸傳遞扭矩，在繞制中，保持繞管體具有大的旋轉(zhuǎn)慣性和穩(wěn)定性。3)由于大齒圈作為二級變速，省去了龐大的變速機構(gòu)，使繞管機體積變小，結(jié)構(gòu)更加合理(見圖1)。4)繞管機由無級調(diào)速電機實現(xiàn)無級變速。該繞管機可正確地選定定位基準、定位方法和定位元件，必要時還能進行激光定位誤差分析，還兼顧了設(shè)備中其他零部件結(jié)構(gòu)對加工精度的影響，滿足了設(shè)備的加工精度要求。

                  

    在高壓繞管換熱器制造中，保證了繞管體繞制中的低速重載的要求，采用無級變速和加粗主軸直徑，既使對于大型繞管換熱器，繞管體無論繞制第一層或至最外層時，仍可以實現(xiàn)較低的線速度，使繞管體的轉(zhuǎn)速保持在較為理想的狀態(tài)，從而排除了繞制中通常出現(xiàn)的每層速度不均的狀況，繞管繞制質(zhì)量穩(wěn)定，并且為了提高生產(chǎn)效率，采用了快速高效的裝夾機構(gòu)，縮短了輔助時間。

    3·結(jié)束語

    2007年，該高壓繞管換熱器繞管機已在開封東京空分集團有限公司給河南義馬開祥化工(25萬t低溫甲醇洗項目)生產(chǎn)的DR8700系列高壓繞管換熱器繞制了5臺，最大的單臺生產(chǎn)重量為72 t。

    該高壓繞管換熱器繞管機同時為開封東京空分集團有限公司的產(chǎn)品邁出國門作出了貢獻，2009年4月，由該公司為土庫曼斯坦阿姆河天然氣公司提供的脫烴裝置4套DR8705．000繞管換熱器中的繞管體是用該設(shè)備繞制而成，該繞管換熱器產(chǎn)品的成功開發(fā)，標志著東京空分公司的產(chǎn)品為下一步在東亞等國家開辟更廣闊的市場奠定了良好的基礎(chǔ)。

    參考文獻

    [1]王文斌主編．機械設(shè)計手冊(新版)[M]．北京:機械工業(yè)出版社，2004．

    [2]日本機械學(xué)會編，張志平等譯．機械技術(shù)手冊:第17篇[M]．北京:機械工業(yè)出版社，1984．

    [3]范鈥珊．軸對稱應(yīng)力分析[M]．北京:高等教育出版社，1985．

    [4]都躍良．纏繞管式換熱器的管理及其應(yīng)用前景分析[J]．化工機械，2005，32(3):181－185．

    [5]曲平．纏繞管式換熱器的簡捷計算[J]．大氮肥，1998，21(3):178－181．(編輯：禾禾)