U形管換熱器的制造工藝簡(jiǎn)介

                                    王偉

                  中國(guó)石油東北煉化工程有限公司吉林機(jī)械制造公司

    摘要：介紹U形管換熱器的應(yīng)用、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇和制造、水壓試驗(yàn)等,闡述U形管換熱器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造等方面應(yīng)注意的問(wèn)題。

    關(guān)鍵詞：換熱器　U形管　結(jié)構(gòu)　設(shè)計(jì)　制造　應(yīng)用

    1、U形管換熱器的應(yīng)用

    換熱器是廣泛應(yīng)用于汽車、航空、石油化工、動(dòng)力、醫(yī)藥、冶金、制冷、輕工、食品、工程機(jī)械等行業(yè)的一種通用設(shè)備，約占工藝設(shè)備總量的20％～70％。按其傳熱面的形狀和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類可分為管型、板型和其他形式換熱器。目前常用的換熱器種類有浮頭式、固定管板式和U形管式，其中以浮頭式換熱器居多。固定管板式換熱器由于自身結(jié)構(gòu)，應(yīng)用的場(chǎng)合有限；浮頭式換熱器零部件多，易拆卸和清理，但檢修的工作量大，容易內(nèi)漏；而U型管式換熱器的管板比固定管板式換熱器少，其泄漏點(diǎn)就相應(yīng)減少。此外,U型管式換熱器的殼程水壓試驗(yàn)后烘干也比較容易，而且它的適用場(chǎng)合廣、檢修簡(jiǎn)單、操作彈性好。如果換熱器的換熱面積小、殼程與管程的溫差較大或殼程介質(zhì)很容易臟、管束表面需要經(jīng)常清理地，一般都采用U型管式換熱器。

    2、U形管換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    2.1U型管換熱器的結(jié)構(gòu)

    U型管式換熱器，單臺(tái)換熱器共有兩塊管板，如下圖1所示(件號(hào)45為中間擋板，件號(hào)46為U形換熱管，件號(hào)47為內(nèi)導(dǎo)流筒)。

            

    這種換熱器有一半管束管內(nèi)外介質(zhì)的流動(dòng)方向?yàn)椴⒘鳎硪话牍苁軆?nèi)外介質(zhì)的流動(dòng)方向?yàn)槟媪?。U型管式換熱器的雙管板之間一般采用聚液殼彼此連接。聚液殼可以用來(lái)調(diào)整管板間距且保證兩管板相互平行。同時(shí)，聚液殼用來(lái)封閉相鄰兩管板之間泄漏出的氣(液)體，防止有毒氣(液)體的外溢。聚液殼最高和最低處需分別設(shè)置放空口和放凈口，用于及時(shí)導(dǎo)出滲漏氣(液)體。如果殼程與管程之間溫差很大，為了降低殼程與管程管板與換熱管連接處的應(yīng)力，應(yīng)盡量降低短節(jié)的壁厚，必要時(shí)可增加一個(gè)膨脹節(jié)。

    2.2U型管換熱器的設(shè)計(jì)

    U形管換熱器與其他類型換熱器的最大區(qū)別是管束結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)換熱管布局時(shí)應(yīng)考慮換熱管的最小彎曲半徑尺i與分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距s的關(guān)系。管徑越大，最小彎曲半徑就越大，大部分換熱管的最小彎曲半徑大于分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距；且U形管彎曲段的彎曲半徑R（見(jiàn)圖2）應(yīng)不小于兩倍的換熱管外徑，常用換熱管的最小彎曲半徑R可查手冊(cè)選取。

    因此，為了保證適合分程隔板槽兩側(cè)相鄰管的中心距，最內(nèi)層換熱管在排列時(shí)需要進(jìn)行斜向交叉排列。如果最內(nèi)層U形管之間的間距過(guò)大時(shí)，可設(shè)置假管或者擋板。

              

    3、材料的選擇

    設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意管板與換熱管須有一定的硬度差，一般管板比換熱管硬度高HB20～HB30。最好是采用強(qiáng)度等級(jí)較高的材料作管板(16Mn鍛件)，強(qiáng)度等級(jí)較低的材料作換熱管(如10號(hào)無(wú)縫鋼管)。當(dāng)兩者硬度相近時(shí)，可將管端進(jìn)行退火處理，以降低換熱管的硬度。在滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí),選用合適的材料,最大限度的保證強(qiáng)度和傳熱系數(shù)。也就是說(shuō),要選擇傳熱性好的材料,要敢于嘗試新的材料。要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行可追溯性的記錄。

    4、U形管換熱器的制造

    穿管是U形管束制造中的難點(diǎn)，需要對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行嚴(yán)格控制：保證折流板管孔精度和排列同軸度；對(duì)U形管的形狀偏差進(jìn)行嚴(yán)格控制；對(duì)直線段的直線度進(jìn)行嚴(yán)格控制；穿管時(shí)在管頭加裝引導(dǎo)裝置。管頭與管板的連接可采用管板自動(dòng)焊技術(shù)，完全可以使管束在平放的狀態(tài)完成焊接。

    目前U形管換熱器大量應(yīng)用于高溫高壓的場(chǎng)合。與浮頭式換熱器相比，由于去掉了浮頭密封，U形管換熱器的管束小易發(fā)生內(nèi)漏，即使發(fā)生內(nèi)漏，也非常容易處理，尤其是在查找漏點(diǎn)的時(shí)候不需要過(guò)多的工裝；而浮頭式換熱器在查找內(nèi)漏時(shí)需要有大量專用的工裝，操作起來(lái)比較繁瑣。

    U形管換熱器的管束發(fā)生內(nèi)漏時(shí)一般有兩種可能：一種是換熱管損壞；另一種是管板接頭焊縫腐蝕。第一種情況一般很少發(fā)生，發(fā)生時(shí)可用堵頭堵??；第二種情況比較多見(jiàn)，處理時(shí)可以對(duì)焊縫進(jìn)行清理補(bǔ)焊。使用狀態(tài)下的受力狀況較好，尤其在管程溫差較大時(shí)，每個(gè)管程的溫度不一樣，單個(gè)管程的換熱管所受到的溫差應(yīng)力能夠自由平衡，不受浮動(dòng)管板的限制，有利于保護(hù)換熱管。使用過(guò)程中的操作彈性更大，與同等規(guī)格浮頭式換熱器相比，U形管換熱器能夠承受更大的溫度和壓力波動(dòng)，有利于裝置的安穩(wěn)運(yùn)行。

    5、水壓試驗(yàn)

    首先按要求壓力進(jìn)行殼程的水壓試驗(yàn)，從聚液腔的空間檢查換熱管與內(nèi)側(cè)管板的連接質(zhì)量。殼程水壓試驗(yàn)合格后，組焊隔離腔的短節(jié)使之成為密閉的腔體。按要求壓力進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。分別在聚液腔下方的兩個(gè)排泄孔安裝透明的U形管檢驗(yàn)工裝，U形管內(nèi)加水，保持一定的水平液位。若有試驗(yàn)氣體微滲漏時(shí)，則U形管內(nèi)的水平液位就會(huì)發(fā)生變化，以氣密性試驗(yàn)時(shí)U形管內(nèi)仍保持液位水平為合格。然后進(jìn)行殼程氨滲透試驗(yàn)，在隔離腔的排泄孔貼試紙，試紙不變色為合格。其次對(duì)聚液腔進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，最后對(duì)管程進(jìn)行水壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)。

    6、結(jié)語(yǔ)

    綜上所述，U形管式換熱器在使用性能上的優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯。為此，我國(guó)應(yīng)進(jìn)一步研制完善滿足國(guó)內(nèi)化工裝置所要的U形管式換熱器產(chǎn)品，開發(fā)適應(yīng)煉油化工裝置不同工藝與生產(chǎn)要求的系列產(chǎn)品；完善制造工藝、加工裝備及生產(chǎn)環(huán)境，提高制造能力及產(chǎn)品質(zhì)量，力爭(zhēng)使國(guó)產(chǎn)U形管式換熱器的生產(chǎn)、產(chǎn)品性能、質(zhì)量等達(dá)到并超過(guò)國(guó)外同類產(chǎn)品水平。

    參考文獻(xiàn)：

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