水浴式汽化器結構的改進與優化

陳國棟王 欣 陸志剛 龔曉偉

（無錫市雙馬空分熱力設備有限公司)

水浴式汽化器結構的改進與優化

陳國棟*王 欣 陸志剛 龔曉偉

（無錫市雙馬空分熱力設備有限公司)

對水浴式汽化器的結構進行分析和比較，并對其換熱裝置的彎頭、套管以及開孔結構、法蘭密封面、墊片、輔助結構等進行優化和改進。

水浴式汽化器 結構設計 開孔接管 受壓元件 換熱裝置 壓力容器

0 前言

水浴式汽化器是通過熱水與低溫液態氣體進行熱交換，從而使低溫液態氣體轉變成氣態氣體的一種換熱設備，它適用的介質有液氧、液氮、液氬、液體二氧化碳、液化天然氣等，在低溫液體汽化和空氣設備中廣泛應用。

水浴式汽化器汽化量大，換熱效率高，并具有結構緊湊、占地面積小、節約空間和價格低等諸多優點。水浴式汽化器的主體為換熱裝置，所有與介質接觸的受壓元件都采用不銹鋼管制造，可承受很低的溫度和相應的壓力，而且可靠性好，運行范圍寬，溫度控制容易，維修較為方便。本文對水浴式汽化器的結構進行了改進，這對于提高水浴式汽化器質量有十分重要的作用。

1 水浴式汽化器液相氣相接管及開孔結構設計

水浴式汽化器屬于壓力容器，其結構如圖1所示。水浴式汽化器液相、氣相管上的接管可以采用嵌入式、騎口式，或采用受壓元件 （三通或彎頭）對接式。前二種是在液相、氣相管上開一較大的橢圓孔，再將接管與孔口相焊接，其特點是制作相對簡單容易，制作成本相對低廉，焊縫成型較難控制，焊縫質量差；后者是采用三通，三通的兩端預先與液相、氣相管對焊，其特點是制作需專用工具，制作成本相對較高，焊縫成型較易控制，焊縫質量優。兩者比較可知，前者開孔不易控制，開孔大，制作周期長，清理工作困難，焊縫呈V型，對管壁產生的應力大，焊縫整體受力不均勻，影響管內流速和流量；后者無需開孔，制作周期短，清理工作方便，焊縫呈環型，焊縫整體受力均勻，對液相、氣相管上的接管整體受力情況較好。

圖1 水浴式汽化器

綜上所述，對水浴式汽化器液相、氣相管上的接管建議采用受壓元件（三通）對接式結構。由焊縫形式的分析可知，對接焊縫強度優于角焊縫強度。

2 水浴式汽化器換熱裝置結構

水浴式汽化器換熱裝置結構包括L型彎頭、管套和墊條抱箍等部件。

水浴式汽化器是在低溫液體與加熱汽化共存的工況下運行的，因此要注意大溫差條件下的管道應力問題。在換熱裝置組裝焊接過程中，如換熱裝置沒有在L型彎頭直端部分留有應力緩沖和裝配余量，則勢必將換熱裝置各個接頭與液相、氣相管焊接起來。但由于制作變形和制作偏差，換熱裝置各個接頭與液相、氣相管孔往往難以對中，于是只得進行強制組裝焊接，而這樣做的結果破壞了L型彎頭與液相、氣相管孔之間的自然穩定狀態，進而出現應力彎頭、變形彎頭、R型扁彎頭、圓弧過渡部分外形不圓滑、管口圓度偏差大等情況，其最后結果是縮短了水浴式汽化器的使用壽命。

水浴式汽化器液相、氣相管與換熱裝置接頭的連接通常采用焊接結構。若換熱管接頭直接焊接在液相、氣相管上，則液相、氣相管側面的焊接熱應力較大，會引起管子變形，尤其是在低溫狀態運行時，在液相管和氣相管的焊接處往往更易引起裂紋。因此，在設計上可以采用過渡結構，先根據液相管和氣相管規格預制帶內套口的R型管套，并將其先焊接在液相、氣相管上，在換熱管與液相管、氣相管組裝完成后，再焊接管套與換熱裝置接頭，這樣可以有效化解過大的應力，確保此處焊縫的質量。

水浴式汽化器換熱裝置上采用金屬墊條和金屬抱箍來固定換熱管。但在制作過程中難免存在松動現象，金屬相互接觸摩擦會對不銹鋼產生劃傷。水浴式汽化器運行時，水流、蒸汽流和換熱裝置內介質的流動會加劇擾動，出現不穩定因素，使換熱管金屬連接處遭受損壞。考慮到這些情況，在換熱管上采用防磨套墊串聯的方法來保護換熱管。這一措施對于固定換熱管、防止換熱管相互摩擦、避免發生泄漏和振動、確保汽化器安全穩定運行具有積極的作用。

3 液相管進液結構

為了避免液相管加熱和冷卻同時運行，對水浴式汽化器液相管的受力造成不良影響，損壞進液裝置，在低溫液體進口處設置低溫導流緩沖裝置。這樣，一方面可以避免低溫導流管與筒體連接處受損，另一方面對低溫導流管和液相管能起到應力緩沖作用，保證設備良好運行，增加汽化效果。

4 法蘭密封面及墊片

由于水浴式汽化器的特殊性，其密封面基本上都采用突面和凹凸面，因此墊片的結構顯得尤為重要。若密封性能不好，一旦泄漏，則整套系統均可能停止運行，影響生產正常進行。在承受0.1~1.6 MPa等級壓力的水浴式汽化器上，通常采用F4+ 304（PTFE薄膜+304波紋環）墊片，在承受1.6~ 4.0 MPa等級壓力的水浴式汽化器上，通常采用F4（純PTFE板制作）墊片。對于水浴式汽化器的常規工況以及法蘭密封面的形式和壓力，這兩種墊片能起到很好的密封作用。

5 水浴式汽化器移動和吊裝輔助結構

對于水浴式汽化器還要設置一些輔助結構，以滿足設備運輸、移動吊裝及就位安裝的需要。若直接無襯墊捆綁運輸，設備會出現滾翻和竄動現象。對碳鋼設備而言，會破壞設備表面涂敷外觀，影響涂層厚度及致密度；對不銹鋼設備而言，會污染表面，損傷設備表面，破壞鈍化膜。設備運至用戶處或施工現場，可能就地露天放置或馬上就位安裝，但對場地位置和場地環境進行綜合評價，不利因素將會增加。

因此，在結構上可以設置工藝支座或支腿，在支腿上還可增加吊耳結構，這樣可以有效地防止設備在運輸、移動吊裝和就位安裝時出現損傷等情況，確保水浴式汽化器的質量完好。

6 結論

綜上所述，對水浴式汽化器在結構上加以改進與優化，不僅能有效改善該壓力容器的使用狀況，延長使用壽命，也符合節能增產、綠色環保的理念，為企業帶來可觀的經濟效益。

[1]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.TSG R0004—2009.固定式壓力容器安全技術監察規程 [S].

[2]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 150.1～GB150.4—2011.鋼制壓力容器 [S].

[3]國家技術監督局.GB 151—1999.管殼式換熱器 [S].

Improvement and Optimization of the Structure of Water Bath Vaporizer

Chen Guodong Wang Xin Lu Zhigang Gong Xiaowei

This paper analyzed and compared the structures of water bath vaporizer,and put forward improvement and optimization measures to elbow and casing of heat exchange device,structure with openings,flange sealing surface,gaskets and auxiliary structures.

Water bath vaporizer;Structure design;Opening nozzle;Pressure part;Heat exchange device; Pressure vessel

TQ 051.5

2012-03-15）

*陳國棟，男，1976年生，助理工程師。無錫市，214151。