螺旋繞管式換熱器的特點(diǎn)及其制造工藝研究

彭沛

摘 要：相對于傳統(tǒng)換熱器，纏繞換熱器獨(dú)特的換熱結(jié)構(gòu)，大幅度提升了換熱效率，在節(jié)約資源、提升生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本等方向發(fā)揮著巨大優(yōu)勢。為企業(yè)的發(fā)展帶來經(jīng)濟(jì)效益。因此，該文主要分析了螺旋繞管式換熱器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上對螺旋繞管式換熱器的制造工藝進(jìn)行了研究，從而為今后制造換熱器提供一種新的想法和途徑。

關(guān)鍵詞：螺旋繞管式換熱器；制造工藝；管板

中圖分類號：TQ05 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

螺旋繞管式換熱器具有換熱效率高、能耗少、空間占用少等性能優(yōu)勢，在石油、化工等天然氣液化領(lǐng)域得到了廣泛的推廣。20世紀(jì)80年代我國當(dāng)時沒有完全掌握螺旋纏繞管式換熱器的設(shè)計和制造工藝，不得不靠購買進(jìn)口設(shè)備，成本費(fèi)用極高。但是，隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，螺旋繞管式換熱器的制造工藝也在不斷地進(jìn)步和優(yōu)化，使最終呈現(xiàn)出的產(chǎn)品性能和安全性都得到了進(jìn)一步提高。

1 螺旋繞管式換熱器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

螺旋繞管式換熱器的結(jié)構(gòu)主要分為單股流螺旋繞管式換熱器和多股流螺旋繞管式換熱器2種，其中，單股流螺旋繞管式換熱器與傳統(tǒng)的螺旋繞管式換熱器一樣，只能夠?qū)崿F(xiàn)2種介質(zhì)間的換熱；而多股流螺旋繞管式換熱器可以實(shí)現(xiàn)多種介質(zhì)間的換熱。螺旋繞管式換熱器的換熱管的長度是傳統(tǒng)換熱管長度的5倍，主要是呈螺旋狀分層纏繞在芯圓筒上，每層換熱管之間是用隔條分開的，并且每層換熱管之間的間距、角距和軸向距不同，其所使用的隔條也是有所區(qū)別的。其次，單股流螺旋繞管式換熱器的管束結(jié)構(gòu)纏繞方向與換熱管纏繞方向相反，有效地節(jié)約了換熱器換熱過程中的能量；而它的管板以及管箱比傳統(tǒng)的換熱器小。因此，單股流螺旋繞管式換熱器具備以下特點(diǎn)：1）節(jié)約能量，該換熱器換熱時基本采用的是逆流流動，在運(yùn)行時所需要的溫差較小，極大地減少了換熱器介質(zhì)的循環(huán)，從而節(jié)約了能量。2）抗高壓能力強(qiáng)，該換熱器使用的換熱管較細(xì)且強(qiáng)度高，高壓流體可以通過。3）節(jié)約材料，螺旋繞管式換熱器換熱管的長度是傳統(tǒng)換熱管的5倍，使換熱器的管板和管箱的體積減小，減少了對材料的使用。4）具備低溫材料，螺旋繞管式換熱器主要使用的是銅、不銹鋼等低溫材料，從而提高了換熱器在低溫條件下的使用性能。

2 螺旋繞管式換熱器的制造工藝

2.1 換熱管的繞制

換熱管的繞制是整個螺旋繞管式換熱器制造工藝中最為基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，也直接關(guān)系著螺旋繞管式換熱器的質(zhì)量和性能，一旦出現(xiàn)一點(diǎn)差錯會導(dǎo)致整個螺旋繞管式換熱器制造工藝的失敗，因此，在對換熱管進(jìn)行繞制時必須注意以下問題：1）換熱器芯圓筒的制作，在制作芯圓筒的過程中要使用焊接的方式連接管板和鋼管，最重要的是要對它的同軸度和長度進(jìn)行控制。其中，同軸度指的是圓筒與圓筒、管板之間的間距，在決定同軸度時與實(shí)際的間距誤差不能過大，否則會給管束的繞制和成型造成嚴(yán)重影響。2）隔條距離，隔條主要用于隔開換熱管，使每一層的換熱管具有相同的間距和角距。并且，在確定隔條間距時要精準(zhǔn)地找到隔條焊接的定位尺寸。3）在對換熱管進(jìn)行繞制時要根據(jù)設(shè)定的隔條距離通過機(jī)械轉(zhuǎn)動將其緊密地纏繞在芯圓筒上。在繞制過程中不僅要避免換熱管壓扁或損傷，還要注意換熱管間的間距，當(dāng)換熱管之間的間距過大時，可以用木槌對其進(jìn)行矯正，矯正完成后用施焊綁帶將其固定。

2.2 換熱管與管板的連接

針對換熱管與管板的連接主要可以分為強(qiáng)度焊接，內(nèi)孔焊，強(qiáng)度脹接以及強(qiáng)度脹接和內(nèi)孔焊結(jié)合，需要根據(jù)不同的情況選擇不同的連接方式。在螺旋繞管式換熱器中換熱管與管板的連接可選擇自動和手把焊接2種，其中自動焊接需要進(jìn)行2遍填絲，采用角焊縫方式焊接；手動焊接則需要進(jìn)行2層焊接。因此，在螺旋繞管式換熱器中對于換熱管與管板的連接需要注意以下問題：1）在連接的過程中必須對換熱管管頭進(jìn)行清理，使換熱管表面保持光滑。同時，在清理換熱管時要注意清理的長度，對換熱管的清理長度不應(yīng)該小于換熱管外徑，要大于25 mm。2）當(dāng)換熱管為有縫換熱管時，在進(jìn)行連接的過程中一定要避免觸碰換熱管的縫隙。3）在進(jìn)行連接的過程中要注意焊接的強(qiáng)度和速度，在不損害換熱管管壁的情況下確保焊接的強(qiáng)度。4）完成焊接后要在不碰觸換熱管縫隙的前提下對其進(jìn)行脹接試驗(yàn)，來平衡換熱管接口的壓力，從而使換熱管的管口與管板緊密連接，且不存在縫隙，有效避免換熱管脹裂的同時防止焊接口產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。

2.3 換熱管的拼接

螺旋繞管式換熱器換熱管的長度一般在25 m之上，屬于有縫鋼管。由于換熱管的長度較長，如果采用無縫鋼管，則還需要拼接。在拼接換熱管的過程中需要注意以下問題：1）為了確保換熱管拼接過程中的焊接質(zhì)量，減少對接時的錯邊量，在拼接時必須設(shè)置內(nèi)襯。所設(shè)置的內(nèi)襯為銅圓柱體，長度應(yīng)保持在30 mm，直徑比換熱管的內(nèi)直徑小1 mm左右。2）在設(shè)置內(nèi)襯時要先將內(nèi)襯輕輕穿過換熱管，直至到達(dá)換熱管拼接焊接處后再進(jìn)行焊接，當(dāng)焊接處完全冷卻后，將換熱管內(nèi)襯抽出。3）拼接后，應(yīng)逐根進(jìn)行通球試驗(yàn)。4）換熱管拼接完成后要對它的耐壓性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確保它的耐壓性達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 管束試壓

管束試壓是確保換熱器質(zhì)量的重要步驟，因此，在管束（如圖1所示）繞制完成后必須對它的水壓進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同時，為了有效確保換熱器的使用周期，在對換熱管進(jìn)行繞制前后，需要對每根換熱管的耐壓進(jìn)行試驗(yàn)，且耐壓試驗(yàn)的時間為5 min～10 min，在此期間內(nèi)，如果換熱管的壓力沒有出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，則試驗(yàn)合格。

2.5 管束組裝

一般情況下，螺旋繞管式換熱器的管束比較重，且管束上裝有兼顧保護(hù)和導(dǎo)流的夾套，因此，在安裝管束時一定要采用特殊的方式以防止換熱管殼體發(fā)生變形。同時，由于螺旋繞管式換熱器中沒有相關(guān)的滑道裝置，在組裝管束時摩擦?xí)a(chǎn)生較大阻力，所以，在組裝管束時，要在管束的前端安裝一個滑道支撐裝置，從而減小管束組裝的阻力。

3 結(jié)論

近年來，隨著螺旋繞管式換熱器的不斷發(fā)展，該換熱器已經(jīng)在市場上占據(jù)了重要的地位，而隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，螺旋繞管式換熱器的質(zhì)量和性能也在不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域也在進(jìn)一步擴(kuò)大。

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