换热器除垢
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双管板换热器下管板与管束连接方法的探讨点击：2065 日期：[ 2014-04-26 22:44:54 ] |
| .马 玲* 杨刘平 (南通醋酸化工股份有限公司)(南通市锅炉压力容器检验研究所) 1 概述 在化工生产中为了防腐蚀、防污垢,或出于工艺和劳动保护、安全等方面的要求,对一些换热设备常采用双管板结构来解决问题。目前国内设计、制造此类设备的下管板与管束的连接方式基本上都是采用强度胀接。但在实际使用中一旦产生应力松弛,常常在此部位引发泄漏,而且无法修复,影响生产。另外,在制造时也有诸多不利因素: (1)由于双管板之间的距离大,给胀管器的设计和制造带来一定的困难。 (2)强度胀接时要求换热管的硬度小于管板的硬度HB30左右,当管子和管板采用同一材质,但又不能用管端局部退火的方式来降低管子硬度时,这一硬度差很难达到,胀接质量也就难以保证。 (3)管板加工槽时,虽然有特定的专用刀具,但生产中经常出现排屑不畅,很费时。 (4)采用胀接时,管板的最小厚度除满足结构设计和制造的要求外,用于易燃、易爆及有毒介质工况时,应不小于换热管的外径,这对于压力不高、直径较小、管板计算厚度较薄时显然是增加了设备的成本,至于复合管板的厚度更是高于采用焊接时的要求。 (5)强度胀接时管子的外径和管孔的内径之间的配合要较紧,这样管子外径尺寸的精度和管孔的精度都要提高,增加了制造难度。 (6)强度胀接完全靠试胀、经验而成,容易使管子产生过胀,严重时只能重新制造,造成材料的损失、工时的浪费;而强度焊接时,有合格的焊工、严格的工艺规程,焊接质量易于保证,即使不合格也方便返修。此外,GB151-1999《管壳式换热器》还规定了不能采用强度胀接的某些特定的工况。因此我们在设计、制造时尝试将下管板与管束的连接由传统的强度胀接改为焊接,通过一段时间的运行来看,效果较为理想。 2 双管板换热器的制造特点 该类换热器的上下管板在加工时,一般采用重叠钻孔。钻头在管板上钻孔时,上下管板相同位置上的管孔可能会发生位移而产生错孔现象;另外由于相邻两管板上的温度不同,管板径向变形也不同,这就会在管板上产生横向剪切力和弯曲力,影响管子与管板连接处的强度及密封性能,甚至引起泄漏现象。对于双管板结构的换热器来说,对钻孔产生的错位和温度的影响可以通过调节两管板之间适当的间隙G来控制。因此不论采用何种方法制造,首要的问题就是要确定间隙G值。图1为常见的双管板换热器的管板连接部位的结构简图。 3 双管板换热器的间隙G与中心距的确定 双管板换热器在20℃环境下安装时,间隙G可通过下式进行计算: G=(ED0Δ0.27σs)1/2 (mm) 式中 D0——管子外径,mmE——弹性模量,MPaσs——屈服强度,MPaΔ——管子的偏移,mm Δ=D12[αt(t-20)-αs(T-20)] 式中 D1——外圈列管的外切圆直径,mmt——管程管板的温度,℃T——壳程管板的温度,℃αt——管程管板在20℃～t℃之间的线膨胀系数,℃-1αs——壳程管板在20℃～T℃之间的线膨胀系数,℃-1 由上式可见,对于某一换热器而言,当管子的中心距和排列方式确定后,外圈列管的外切圆尺寸就一定,按照上式就能算出间隙G值。 中心距的大小按照下管板与管子连接方式的不同而不同,采用强度胀接时的中心距可参照GB151-1999《管壳式换热器》中的有关规定。但当管板与管子采用焊接时,换热管中心距要加大,否则因焊条角度不合适将难以焊接,甚至无法焊接,焊接质量更是无从谈起。而中心距的大小取决于间隙G的大小。G值大,中心距就要增加,对于一定面积的换热器,壳体直径就需增大。反之,G值小,中心距也可以减小,壳体直径就可以减小。间隙G需根据外圈列管的外切圆尺寸才能确定,也就是反过来又要用到列管的中心距,因此间隙G与中心距就是两个互动的参数,无法直接算出,只能通过多次的试算,且需焊工的配合,才能最终确定。这也是不太采用这种方法的原因之一。我公司从1998年开始,设计生产了数台双管板换热器,其所处理的介质有易燃、易爆介质,也有毒性程度为极度、高度危害的介质,工作压力达0.7MPa,下管板与管子都是采用焊接方法制作的。实践证明,该换热器既降低了生产成本又满足了工艺要求,使用效果良好。现将有关技术参数列于表1～表3。 4 结束语 显然,双管板换热器的下管板与管子采用焊接后会使管子的中心距增加,从而使设备的直径加大,成本有所增加。但它的优势也很突出,特别是设备投入使用后,下管板与管束采用焊接的就易于检修,而采用胀接的基本上就无法检修。在化工生产中,设备的投资是一次性的,总希望生产能长周期连续运行,检修时间越短越好。因此,笔者认为:双管板换热器的下管板与管束能采用焊接时应尽量采用焊接,特别是在间隙G不是较大的情况下,胀焊并用,效果更佳。 |
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