雙管雙板結構在換熱器設計中的應用

何春玲

摘 要：在對介質(zhì)質(zhì)量與條件要求非常嚴格的環(huán)境中通常使用雙管雙板結構的換熱器。運用雙管雙板結構進行換熱器的設計時，設計結構非常復雜，在制造工藝中也存在較大的難度。本文將針對在換熱器的設計方案中運用雙管雙板結構時的設計難點和設計要點進行分析和研究，探討優(yōu)化雙管雙板結構在換熱器設計中的應用途徑。

關鍵詞：雙管雙板；換熱器；設計難點；設計要點

中圖分類號： TK172 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）24-228-2

0 引言

當環(huán)境中的兩種介質(zhì)條件比較嚴苛，若產(chǎn)生泄露會造成裝置的腐蝕或爆炸，那么在這種情況中一般選用雙管雙板結構的換熱器。該設備的主要功能不是防止泄露，而是要避免殼程中泄露出的流體進入到管程中，也就是通過雙管雙板結構將殼程與管程中的介質(zhì)完全隔離。在雙管雙板結構換熱器的設計與制造過程中，其結構非常復雜，同時制造的流程也比較困難，強度脹接與管板加工是其中的主要重點和難點，因此在設計和制造過程中應該嚴格地控制換熱器內(nèi)部的管板與脹接。

1 雙管雙板結構換熱器的設計參數(shù)和設計難點

1.1 設計參數(shù)

首先殼程的筒體尺寸參數(shù)為DN600mm，換熱器中管子的長度為4500mm，換熱管子的規(guī)格：￠38×2.5mm，其制造與設計圖如圖1所示。

1.2 設計難點

1.2.1 換熱器管孔與管板的加工

在管板的加工過程中對其密封面、厚度、直徑以及其他相關的外觀尺寸都有著非常嚴格的要求標準，同時還有對換熱器的管孔與管板加工的特殊要求，這也是整個加工過程中的重點和難點[1]。主要是因為雙管雙板的結構中間存在著一定的距離，當管孔的垂直標準與管橋的誤差都超過標準的范圍時，就會引起換熱管在實施穿管后發(fā)生嚴重的扭曲，這就導致了脹接的質(zhì)量標準達不到標準的要求。

1.2.2 雙管雙板換熱器的制造

在雙管雙板結構換熱器的設計和制造過程中，要求管板和換熱管之間的連接方式運用在內(nèi)管板中實施強度脹，而在外管板中實施強度焊。管板和換熱管之間的連接方式在整個換熱器的制造過程中占據(jù)著非常重要的地位和作用，也是制造工藝中的關鍵步驟。特別是處于內(nèi)管板中的強度脹，若不能實施良好的脹接，就會使整個換熱器的質(zhì)量下降，進而影響工作進度[2]。在雙管雙板結構換熱器中利用的主要結構是雙層管板，在進行組裝時非常容易造成兩層管孔和管板的同心度不同，并且所運用的脹管器其長度達到了普通脹管器的三到十倍，這樣就非常容易導致脹管器被破壞，影響了脹接質(zhì)量的有效控制，因此設計與制造的難度非常大。

1.2.3 管頭數(shù)量多，增加了制造風險

第三個難點是有非常多的管頭，因此給制造過程帶來了巨大的風險。當為所有管子實施了強度脹接之后，所實施的壓力測驗必須保證所有管子達到百分之百的合格，這樣才能確保各個連接處不發(fā)生泄漏，因此也就在客觀上提高了脹接的難度。

1.2.4 管板與換熱管材質(zhì)接近，機械性能相差小

第四個難點是管板的材質(zhì)與換熱管的材質(zhì)非常接近，但是兩者的機械性能卻相差不大，這就使得在強度脹接時難度大大增加[3]。當實施強度脹接時，內(nèi)部的換熱管會發(fā)生塑性變形，同時管板也會發(fā)生彈性的變形，因此在換熱管和管控的外層壁中產(chǎn)生了一定的貼合性壓力，進而對密封性的特殊要求。然而若管板的材質(zhì)與換熱管的材質(zhì)非常接近在脹接時就不可能滿足上述要求，因此也就不能保證密封性。無論何種材質(zhì)的管板或換熱管，都對其硬度有著強制性的要求，必須達到HB30左右。

2 雙管雙板結構換熱器的工藝方案及制造要點

2.1 管板加工

在管板加工過程中主要采用數(shù)控模式的鉆孔和鉆床，鉆孔的整體實施工序為：鉆孔、擴孔、刮槽、絞孔、倒角、清理，同時嚴格控制換熱管管控的偏差，控制在￠38.25±0.15，管控外表面的粗糙度也要控制在12.5um左右[3]。使用具有特殊功能的錐形鉸刀，確保管孔外部表面上從橫的紋路或者呈現(xiàn)螺旋狀刻痕能夠被消除，避免影響到賬接時的緊密性。同時還要嚴格確保管孔外部表面上的粗糙程度，最好能夠配備具有專業(yè)知識和能力的現(xiàn)場檢驗員在現(xiàn)場中進行實時的檢查與跟蹤，同時對每一個管控進行細致地檢查，確保管控的尺寸、外觀、質(zhì)量等都能符合要求，檢驗員可以運用一對的塞規(guī)實時逐個地細致檢查，在檢查過程中要注意做好詳細的檢查記錄。

2.2 內(nèi)管板脹管

通常內(nèi)管板脹管的實施方式有兩種，首先是機械脹，其次是液壓脹。若利用機械脹進行內(nèi)管板脹管有可能對在管壁上發(fā)生輕微的擦傷，但這種方式在脹管之后能夠達到非常良好的密封性和連接性；液壓脹管屬于一種柔性的脹管流程工藝。利用該種脹管方式時，能夠確保管子的內(nèi)壁上受到比較均衡的壓力，當管子內(nèi)部的壓力升高時，就會引起換熱器的塑性變形，進而導致管孔的內(nèi)壁部分與換熱器的外壁部分接觸；若此時壓力持續(xù)增強時，管板就會發(fā)生彈性式的恢復，通過運用兩者接觸部位的壓力，確保換熱管和管板之間形成良好的密封性。針對強度性的脹接，在具體的操作過程中其產(chǎn)生的壓力范圍應該確保能處于管板與管子所發(fā)生的聲譽壓力的最低管脹力Pmin以及促使管板產(chǎn)生塑性變形的管脹壓力Pmax之間。經(jīng)過計算，實際的管脹力應該保持在180～240MPa之內(nèi)。

2.3 管束組裝

在整個換熱器的制造過程中都應該確保制造環(huán)境的清潔，最好在特材清潔的車間中進行制造。嚴格確保制造現(xiàn)場的環(huán)境清潔，在對拉桿、流板以及管板固定好之后，要對留存在管孔表層的油污、灰塵以及金屬材質(zhì)的微粒等實施細致的清除[4]，之后再實施焊接、穿管、脹管、定位等程序。在焊接外管板的管頭時要應用具有先進工藝的旋轉(zhuǎn)式脈沖自動氬弧焊技術，以確保管頭焊接時的質(zhì)量。

2.4 壓力試驗與補脹措施

換熱管在數(shù)量上比較多，同時管板的直徑也比較大，因此若利用普通的常規(guī)性水壓測驗時發(fā)生滲漏時，并不能準確地判斷出到底是哪一個脹接處發(fā)生的滲漏。若要實施補脹，首先應該對發(fā)生滲漏的部位進行徹底的烘干，因此這在具體的操作中也非常困難。所以可以采取氣壓的方式，當氣壓達到所規(guī)定的壓力條件時，要維持一定的時間，同時要在外表面使用肥皂水進行測試。然而在計算脹管力的理論與實際操作中不可避免的會存在誤差，因此難以確保一次實驗就能夠取得百分之百的成功[5]。在工作中若發(fā)現(xiàn)存在滲漏的情況，就應該及時地對發(fā)生滲漏的管子進行標記，同時要將該管子的脹接力提高到5%來實施補脹；對于發(fā)生泄漏的管子周圍的管子依據(jù)調(diào)整后的脹接力進行逐級遞減來實施補脹。補脹完成之后，要進行壓力測驗，直到測驗合格。

3 結論

強度脹接與管板加工在雙管雙板結構換熱器的設計與制造中是主要的難點和重點，因此在設計與制造的過程中要對這兩項工作進行嚴格地控制，確保雙管雙板結構的換熱器在運行過程中能夠充分地發(fā)揮其作用。雙管雙板結構換熱器的制造工藝是在車間技術人員和工作人員不斷的實踐中積累而形成的，確保了換熱器的正常運行。

參 考 文 獻

[1] 劉雪東，梁立軍，劉鶯歌.雙套管雙管板換熱器流動及傳熱性能數(shù)值模擬[J].化學工程，2011，05（12）：90-94.

[2] 孟憲斌，宋四兵，梁淑幗.雙管板換熱器的結構設計[J].化工裝備技術，2012，07（06）：25-28.

[3] 曾憲忠，劉翠云，鄭虹玲.雙管板抽提蒸餾塔再沸器的工程設計[J].石油和化工設備，2015，09（11）：12-15.

[4] 劉偉軍，李雄.列管式換熱器中管程介質(zhì)流動均勻性數(shù)值模擬與優(yōu)化[J].輕工機械，2015，06（05）：19-24.

[5] 宋虎堂，李培寧，周幗彥.蜂窩螺旋板換熱器螺旋板凹坑結構強度研究[J].壓力容器，2010，10（05）：15-20+50.