摘要:高压绕管换热器在设计、制造时,经常会遇到高压绕管换热器上管板与换热管连接的排列形式、高压绕管换热器上管板与换热管连接孔内径和管外径大小选择、高压绕管换热器两根以上换热管的绕制、高压绕管换热器上管板与换热管连接孔的倒角与管子伸出长度选择4个问题。叙述为了在标准要求的范围内便于制作,针对以上4个问题进行的具体试验和实际制造操作过程,总结了高压绕管换热器的设计、制造经验。关键词:高压绕管换热器;换热管;设计;制造高压绕管换热器在设计、制造方面,经常会遇到高压绕管换热器上管板与换热管连接的排列形式,高压绕管换热器上管板与换热管连接孔内径和管外径大小的选择,高压绕管换热器两根以上换热管的绕制,高压绕管换热器上管板与换热管连接孔的倒角与管子伸出长度选择等问题。为了在标准要求范围内便于制作,对以上问题进行了试验和实际制造操作,以解决工作中的实际问题。
1高压绕管换热器上管板与换热管连接的排列形式在列管式换热器中,管板孔的布置是依标准《管壳式换热器》(GB151—1999)中“5.6.3布管”要求进行,5.6.3.1条提及换热管的排列形式有正三角形排列、转角正三角形排列、正方形排列、转角正方形排列。但高压绕管换热器是以中心筒为基准,由里向外,将换热管一层一层缠绕在中心筒上。它的换热管布局与列管式换热器中换热管的布局不一样。经过试验,换热管与管板的连接分布应从中心筒外圆开始,第一层换热管中心离中心筒外圆面为2倍的换热管标准中心距.s加上平垫条的厚度d。,即:2s+d。;第二层换热管中心离第一层换热管中心为1倍的换热管标准中心距加上平垫条的厚度,即:s+d;第三层换热管中心离第二层换热管中心为1倍的换热管标准中心距加上平垫条的厚度,即:.s+d。。以此类推。当高压绕管换热器中换热管为5层时,第一层为12根换热管,第二层为13根换热管,第三层为l4根换热管,第四层为15根换热管,第五层为16根换热管。每一层第一根换热管的起始位置与前一层第一根换热管的起始位置相差18。(90。÷5)。第一层换热管中的第一根换热管从0。开始,然后在同一同心圆圆周上均布换热管。如第一层换热管为12根,每3O。布置一根换热管,旋转方向致,直至把12根换热管按圆周分布均匀。第二层换热管中的第一根换热管从18。开始,然后在同一同心圆圆周上均布换热管。如第二层换热管为13根,每27.7。布置一根换热管,与第一层的旋转方向相反,同一层的旋转方向一致,直至把l3根换热管按圆周分布均匀。以此类推。每一层换热管的旋转方向不同:第一层左旋,第二层就要右旋,第三层又要左旋。以此类推。
2高压绕管换热器上管板与换热管连接孔内径和管外径的选择换热管与管板的连接中,不锈钢无缝钢管材质的换热管执行标准《锅炉、热交换器、用不锈钢无缝钢管》(GB13296--2013)要求,换热管外径的最大极限尺寸为16.175mm,最小极限尺寸为15.825mm。管板设计制造执行GB151—1999标准要求。管板孔径的最大极限尺寸为l6.4mm,最小极限尺寸为16mm。为便于换热管与管板组装,既要符合国家标准要求,又能使换热管顺利穿入管板孔,因而要求换热管外径选择最小极限尺寸15.825mm,管板选择孔径最大极限尺寸16.4mm。这样,换热管外径与管板孔径直径之间间隙为0.575mm。换热管与管板的连接中,不锈钢焊接钢管材质的换热管执行标准《锅炉和热交换器用奥氏体不锈钢焊接钢管》(GB24593--2009)要求,换热管外径的最大极限尺寸为16.1mm,最小极限尺寸为15.9mm。管板执行GB15l一1999标准要求。管板孔径的最大极限尺寸为16.4mm,最小极限尺寸为16mm。为便于换热管与管板组装,既要符合国家标准要求,又能使换热管jf~w]穿人管板孔,要求换热管外径选择最小极限尺寸15.9mm,管板选择孔径最大极限尺寸16.4mm。这样,换热管外径与管板孑L径直径之间间隙为0.5mm。
3高压绕管换热器两根以上换热管的绕制高压绕管换热器的关键工序主要是换热管的绕制,它的加工时间、加工难度、加工技术大部分都集中在高压绕管换热器绕管体的加工制作。制作时,要一根一根将换热管缠绕在中心筒上,绕好一根后,再绕制下一根,每一根换热管在绕制时,焊接管箍固定换热管。当绕制娴熟后,可进行多根绕制。先将一根换热管预弯后,穿人管板孔中,焊接管箍固定在中心筒上,绕制两到三圈,用管箍固定。再将另一根换热管预弯后,穿人管板孔中,焊接管箍固定在中心筒上,与前一根管子一起绕制两到三圈,用管箍固定。可再将第三根换热管预弯后,穿入管板孔中,焊接管箍固定在中心筒上,与前面的管子一起绕制。可根据焊接人员、焊接设备、绕管体的长度,进行两根以上换热管的绕制。绕制时要加一定数量的管箍固定换热管,使其紧紧地固定在中心筒上,每绕制一层,要用皮尺测量其周长,计算出直径,并做好记录。
4高压绕管换热器上管板与换热管连接孔的倒角与管子伸出长度试验在高压绕管换热器上,管板与换热管焊接前,应依据GB151--1999标准要求,进行管板孔不同的倒角与换热管不同的伸出长度焊接的工艺试验(进行焊接工艺评定),做好工艺记录并出具可行的焊接工艺报告。通过试验,检验管板与换热管焊接接头的密封性能,测试焊后管头被熔化情况、部分强度焊焊缝高度和焊缝的抗拉强度。不锈钢管板与不锈钢换热管连接孔的倒角与管子伸出长度试验的目的,是通过管板上的孔的不同倒角与换热管不同的伸出长度焊接,确定合适的焊接工艺参数。确定1O个试验件,管子材料为06Crl9Nil0,管子规格为14mm×1mm,管板材料为06Crl9Nil0,管板厚度为20mm。
5结论:高压绕管换热器里面的换热管排布,相似于网格布置,对壳程介质的纯度要求较髙。当壳程介质易固化、纯度不髙时,应加大换热管层间距和每层换热管之间的节距。当介质易固化、纯度不高时,此介质应走管程。壳程内选设计压力较小的介质,以免增加壳体的厚度。髙压绕管换热器绕制中,每一层换热管的有效长度是一定的,每增加一层,通过增加单个换热管导程,进而增加管子数,增大换热面积。^每层管子之间的平垫条数量要适当,过多会堵塞壳程介质通道,过少则会出现每层管子之间有点接触现象。(6)要严格控制高压绕管换热器绕制所用换热管的抗拉强度R,规定塑性延伸强度尺、断后延长率A和硬度。(7)制作高压绕管换热器,管板与换热管的连接采用贴胀,贴胀一般不开槽,胀度控制在2%~3%,管板壳程侧允许不胀的最大深度为5mm。胀接前,应通过计算胀接压力进行试胀,试胀的试样不少于5个,测试胀接接头的拉脱力q,贴胀应达到1MPa,胀接时可通过适当增加胀接压力使其达到规定的拉脱强度。
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