纏繞式繞管鋁制換熱器如圖1所示,是一種新型高效節(jié)能的鋁制換熱設(shè)備,它同時(shí)處理多種介質(zhì)、在小溫差下需要傳遞較大熱量且管內(nèi)介質(zhì)操作壓力較高的場(chǎng)合,如制氧等低溫過(guò)程中使用的換熱設(shè)備等,它在設(shè)計(jì)上突破了傳統(tǒng)管式換熱器的設(shè)計(jì)思路,從材料選擇到結(jié)構(gòu)形式與傳統(tǒng)管殼式換熱器相比均有大幅度變化,多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新使該換熱器從外觀到性能等各方面明顯超越了傳統(tǒng)管殼式換熱器,改變了傳統(tǒng)換熱器體積龐大,外形粗糙,效率低下的問(wèn)題。
換熱管采用單根繞制,由于鋁制螺旋纏繞的換熱管工作時(shí)約束緩解,從而降低了管板與管子連接區(qū)因熱脹冷縮變形產(chǎn)生的局部應(yīng)力,該換熱器具有較輕的產(chǎn)品重量,合理的螺紋間隙,正反向纏繞的管束結(jié)構(gòu),返流產(chǎn)品進(jìn)管程,原料氣進(jìn)殼程,獨(dú)特的兩相流體運(yùn)行模式,極大的改變了流體流動(dòng)狀態(tài),湍流效果好,高效換熱,低噪環(huán)保,結(jié)構(gòu)緊湊占地小,體積僅為傳統(tǒng)換熱器的五分之一,耐低溫-140℃,成本低,是首選的低溫?fù)Q熱器設(shè)備。
但在使用中,發(fā)現(xiàn)纏繞式繞管鋁制換熱器用一段時(shí)間后,換熱效率下降,找其原因主要是:
在纏繞式繞管鋁制換熱器換熱管繞制時(shí),鋁換熱管繞制在中心筒上,中心筒直徑為ф210mm,鋁管繞制時(shí),鋁換熱管彎曲半徑過(guò)小,鋁換熱管外部受拉伸,超過(guò)了鋁換熱管的抗拉強(qiáng)度,使鋁管發(fā)生塑性變形,鋁管表面出現(xiàn)許多細(xì)小裂紋,長(zhǎng)期使用后,發(fā)生裂紋并出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象,使得纏繞式繞管鋁制換熱器的換熱效率下降。
再次審核纏繞式繞管鋁制換熱器換熱管的材料材質(zhì)及重新作鋁換熱管的位伸試驗(yàn):換熱管材料選用:3003-H112,換熱管表面,壁厚及化學(xué)成分和力學(xué)性能應(yīng)分別符合GB/T6893-2010《鋁及鋁合金拉(軋)制無(wú)縫管》、GB/T3190-2008《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》及GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》的規(guī)定,換熱管做100%渦流探傷檢查,換熱管的顯微組織不允許有過(guò)燒。
制作前,進(jìn)行管材的尺寸測(cè)量,內(nèi)外表面檢查:不允許有氣泡、起皮、裂紋、內(nèi)表面波浪 、腐蝕點(diǎn)缺陷,每批中取5根,每根取長(zhǎng)190mm的試樣測(cè)量外徑,內(nèi)表面用內(nèi)窺鏡檢查,試樣應(yīng)是鋁換熱管的一部分,并能在拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn),拉伸試驗(yàn)機(jī)應(yīng)選用I級(jí)準(zhǔn)確度。
由于纏繞式繞管鋁制換熱器換熱管繞制時(shí),需要鋁管彎曲,其鋁管外側(cè)受到拉伸,換熱管受外力,因此在繞管組繞管前,需再次對(duì)鋁換熱管做管材的拉伸試驗(yàn)。
在繞制中,嚴(yán)格控制纏繞式繞管鋁制換熱器換熱管的彎曲半徑
認(rèn)為應(yīng)嚴(yán)格控制纏繞式繞管鋁制換熱器換熱管的彎曲半徑,要加大鋁換熱管的彎曲半徑,就要加大中心筒的直徑,經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn),修改設(shè)計(jì)圖紙將中心筒的直徑加大至φ312,同時(shí)加大外筒體的直徑,使換熱器的換熱面積保持不變,這時(shí),鋁管的抗拉強(qiáng)度在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi),鋁換熱管就不會(huì)發(fā)生塑性變形,鋁管表面就不會(huì)出現(xiàn)裂紋,避免了鋁換熱管的漏氣。
其一是:鋁管板;5083-H112與鋁換熱管:3003-O之間的焊接采用氬弧焊(GTAW)焊接,熱作狀態(tài)鋁管板與退火狀態(tài)鋁換熱管的焊接接頭,在焊接熱作用下,鋁換熱管熱影響區(qū)有部分受到退火作用,造成焊接接頭抗拉強(qiáng)度要低于鋁材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下限值95MPa,當(dāng)介質(zhì)具有腐蝕性時(shí),鋁管板與鋁換熱管的焊接接頭極易受到腐蝕。
其二是:鋁在空氣中極容易氧化,在表面產(chǎn)生致密的氧化鋁鈍化膜,氧化鋁膜能吸附水份,造成焊接時(shí),鋁管板與鋁換熱管的焊接接頭產(chǎn)生夾雜與氣孔,使用一段時(shí)間,鋁管板與鋁換熱管的焊接接頭,出現(xiàn)串漏。
措施一:鋁換熱管選用:3003-H112熱作狀態(tài),當(dāng)熱作狀態(tài)的鋁換熱管與熱作狀態(tài)的鋁管板5083-H112焊接時(shí),熱作狀態(tài)鋁管板與熱作狀態(tài)鋁換熱管的焊接接頭,在焊接熱作用下,鋁焊接接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到了鋁材標(biāo)準(zhǔn)值110MPa,使鋁材的抗腐蝕性增強(qiáng)。
措施二:焊接前,鋁管板與鋁換熱管坡口處,在清理后,要立即施焊,防止氧化與沾污,而在鋁焊接接頭焊接后,不出現(xiàn)夾雜與氣孔,從而不在影響鋁焊接接頭的焊接質(zhì)量。
(1)由于鋁材料材質(zhì)的特性,介質(zhì)的酸堿性不宜太強(qiáng),并要保證介質(zhì)的純度,對(duì)介質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾,以防堵塞換熱管度。
(2)要對(duì)纏繞式繞管鋁制換熱器內(nèi)部的換熱管內(nèi)壁進(jìn)行清洗,去除內(nèi)壁的附著物,并用壓縮空氣吹除。
(3)纏繞式繞管鋁制換熱器主要適于低溫?fù)Q熱,工作時(shí),溫度不宜過(guò)高。
螺紋管纏繞式換熱器的螺紋管纏繞式換熱器的優(yōu)勢(shì)
① 與傳統(tǒng)的列管式換熱器相比,每一根換熱管束均以螺旋結(jié)構(gòu)按一定規(guī)律均勻纏繞在殼體內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)一方面延長(zhǎng)了管程長(zhǎng)度,換熱充分;另一方面極大的改變了殼程內(nèi)流體狀態(tài),使流體呈強(qiáng)烈的湍流狀態(tài)流動(dòng),強(qiáng)化傳熱,大...
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纏繞式繞管鋁制換熱器使用一段時(shí)間后,會(huì)出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象,進(jìn)而影響換熱效率。從制造和運(yùn)行環(huán)境等方面對(duì)漏氣原因進(jìn)行了技術(shù)分析,找到了杜絕漏氣現(xiàn)象的技術(shù)方案。介紹技術(shù)方案的具體實(shí)施。
纏繞管式換熱器概述
釋義
纏繞式換熱器是在芯筒與外筒之間的空間內(nèi)將傳熱管按螺旋線形狀交替纏繞而成,相鄰兩層螺旋狀傳熱管的螺旋方向相反,并采用一定形狀的定距件使之保持一定的間距,如圖所示。
纏繞管可以采用單根繞制,也可采用兩根或多根組焊后一起繞制。管內(nèi)可以通過(guò)一種,稱單通道型纏繞管式換熱器,如圖(a)所示;也可分別通過(guò)幾種不同的介質(zhì),而每種介質(zhì)所通過(guò)的傳熱管均匯集在各自的管板上,構(gòu)成多通道型纏繞管式換熱器,如圖(b)所示。纏繞管式換熱器適用于同時(shí)處理多種介質(zhì)、在小溫差下需要傳遞較大熱量且管內(nèi)介質(zhì)操作壓力較高的場(chǎng)合,如制氧等低溫過(guò)程中使用的換熱設(shè)備等。
1、 纏繞管式換熱器的大型化趨勢(shì)
由于纏繞管式換熱器結(jié)構(gòu)的特殊性,它的封頭雖然很小,但是管子可以長(zhǎng)達(dá)數(shù)百米已開(kāi)發(fā)制造了一些大型的纏繞管式換熱器。隨著裝置的大型化趨勢(shì)不斷發(fā)展,要求繞管換熱器也要不斷增大。但是普通列管式換熱器由于管子的限制,是無(wú)法把換熱器做大的。
2、纏繞管換熱器的高溫化趨勢(shì)
纏繞管式換熱器必備的性能就是高效的換熱性能,但其基本上只應(yīng)用于深冷裝置。從2001年開(kāi)始,合肥通用所等企業(yè)開(kāi)始專注研究能夠應(yīng)用于高溫場(chǎng)合的纏繞管式換熱器。并且,于 2002年在鎮(zhèn)海煉化投入使用,這種換熱器所采用的是CrMo鋼耐高溫材料。經(jīng)過(guò)幾年運(yùn)行,該換熱器的性能能夠完全達(dá)到使用要求,而且質(zhì)量也很可靠。這種產(chǎn)品的成功應(yīng)用大大拓寬了繞管式換熱器的應(yīng)用領(lǐng)域,使其可以從低溫應(yīng)用領(lǐng)域轉(zhuǎn)向高溫應(yīng)用領(lǐng)域。如果介質(zhì)允許,在煉油行業(yè)也是可以應(yīng)用繞管式換熱器的。
3、繞管式換熱器的高壓化趨勢(shì)
繞管式換熱器多應(yīng)用于殼程壓力高而管程壓力低的地方,一般殼程壓力能夠達(dá)到15.0MPa,但是管程壓力普遍小于 5.0MPa。由于繞管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:管板小,殼程壓力大, 兩端入口封頭較小,所以該結(jié)構(gòu)能克服一般的高壓換熱器的缺點(diǎn)。
普通高壓換熱器一般都是采用浮頭式或者U形管式,當(dāng)壓力提高時(shí),不僅加大了殼體厚度,而且還會(huì)大幅度提高法蘭的強(qiáng)度等級(jí)。 而繞管式換熱器卻可以利用其加長(zhǎng)的長(zhǎng)度來(lái)增大面積,而且兩端 小管板也使得連接的法蘭減小,這樣會(huì)將制作工藝簡(jiǎn)單化。國(guó)內(nèi)某些單位正在研究用纏繞管式換熱器逐步替代煉油行業(yè)中的一些高壓換熱器,如,加氫裂化和重整裝置等。
4、隨著科技的不但發(fā)展,高新技術(shù)的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多, 越來(lái)越深入,繞管式換熱器是一種新型高效換熱器,它的優(yōu)勢(shì)是不言而喻的,在日后的生產(chǎn)制造過(guò)程中它一定會(huì)有更廣闊的應(yīng)用空間,它的發(fā)揮的作用會(huì)越來(lái)越大。
國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用領(lǐng)域,纏繞管式換熱器在我國(guó)主要應(yīng)用于化肥合成氨裝置(美國(guó)德士古工藝)中甲醇洗工段,在全國(guó)共有近 20套此類裝置,每套裝置中有6臺(tái)繞管式換熱器。在國(guó)內(nèi),纏繞管換熱器主要應(yīng)用在同時(shí)處理多種介質(zhì)、在小溫差下需要傳遞較大熱量且管內(nèi)介質(zhì)操作壓力較高的地方,如制氧等低溫過(guò)程中使用的換熱設(shè)備等。
除此以外,在其他領(lǐng)域應(yīng)用也有許多,例如,蒸餾回流系統(tǒng),濃縮系統(tǒng),精餾系統(tǒng),尾氣余熱回收系統(tǒng), 中藥提取系統(tǒng),高溫瞬時(shí)滅菌系統(tǒng),CIP清洗系統(tǒng),民用暖通系統(tǒng),工藝物料的加熱和冷卻等等。
正常換熱器的使用壽命大概為12年至20年左右,一般情況下企業(yè)可以根據(jù)實(shí)際情況和使用壽命期限來(lái)有計(jì)劃的進(jìn)行調(diào)試或者更換。如果管理不到位機(jī)器就很容易出現(xiàn)故障,那樣會(huì)給企業(yè)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失。
在國(guó)外,纏繞管式換熱器被廣泛應(yīng)用于大型空氣分離裝置的 過(guò)冷器及液化器(如,液體氧、液體氨裝置)。林德公司曾在合成氨甲醇洗系統(tǒng)中推出的纏繞管式換熱器系列設(shè)備就充分發(fā)揮了該種換熱器的實(shí)際作用。