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    典型壓力容器

    過程裝備中最典型的壓力容器就是換熱器和塔器。

    8.1管殼式換熱器(列管式)

    過程中就包括三傳:傳質、傳熱和能量傳遞。這三傳往往是同時進行的無法單獨分開,比如傳遞熱量不也是傳遞能量嗎,只不過在加熱爐等設備內這種能量傳遞更明顯一些而已。

    在許多過程裝置中都裝備有加熱、冷卻和冷凝設備,這些設備就稱之為換熱器(冷換設備)。在煉油、石油化工行業換熱設備的臺數、質量和檢修量在總數中所占的比例是很大的,見p212和表81。

    8.1.1結構特點

    最典型的換熱器是管殼式又稱列管式換熱器,最主要的組成部分就是里面的管束和外面的殼體。根據管板的形式、管子的形狀可將換熱器如下分類:

    U形管式換熱器

    浮頭式換熱器

     

    固定管板式

     


     

     

    填料函式

     

     


     

    固定管板式換熱器的優點就是結構簡單、造價低。但是兩端法蘭是管板兼作的,所以管束抽不出,很難清洗,殼程要走清潔的介質。另外,這種換熱器管、殼程溫差大了不能用,通常冷熱流體溫差不能超過50。要用U形管式或浮頭式,或者在殼體上加膨脹節。

    U形管式換熱器有一塊管板,結構簡單造價低但管板上布管區小,同樣體積的換熱器,傳熱面積??;浮頭式換熱器有兩塊管板,結構較復雜,消耗材料多,浮頭出泄漏不易檢查。

    共同的特點是管束之管板是被兩塊殼體法蘭夾住的,管束可以抽出來清洗,浮頭式換熱器比U形管式換熱器更便于外部清洗。

    列管式換熱器的外殼我們已經學過了,封頭、筒體等零件的制造工藝前面講過了,所陌生的是管子,管板,折流板等內部零件,這些將在這一章中涉及,本章還有一個重要內容就是管子和管板的連接。

    8.1.2主要零部件、分類、代號

    換熱器型號的表示方法

    級換熱器,采用較高級冷拔換熱管,適用于無相變的傳熱和易振動場合;

    級換熱器,采用普通級冷拔換熱管,適用于重沸,冷凝傳熱和無振動的一般場合。

    除換熱管材料不同外,折流板孔徑,允差;管板孔徑允差,管橋寬度等都不同。

    例如: ,

    ,

    。

    8.1.3殼體組對焊接的要求與管子管板的連接

    1)殼體制造技術要求

    由于換熱內部是一個管束部件,管束包括折流板,換熱管,拉桿,定距管等的安裝。為了防止殼程介質短路,折流板與筒體內壁間的裝配間隙比較小,所以換熱器殼體的制造要求比一般的容器要高一些。

    主要要求有4條:

    1.         筒體用板材卷制時,內直徑的允許偏差可通過外圓周長加以控制,其外圓周長允差上偏差為10mm,下偏差為0。

    2.         圓筒同一斷面上,最大直徑與最小直徑之差e0.5%DN。并且,DN≤1200mm,其值不大于5mm;DN1200mm,其值不大于7mm。

    3.         圓筒直線度允差為L/1000L為圓筒總長)。且L≤6000mm時,其值不大于4.5mm;L6000mm時,其值不大于8mm。

    4.         殼體內部有礙于管束順利裝入或抽出的焊縫均應磨至與母材表面平齊。

    2)列管式換熱器的制造工藝

    管板:是由機加工完成的。車床上車外圓、車端面;然后到鉆床上鉆孔。由于換熱器換熱管的孔徑,孔間距和管橋的尺寸都有公差要求,而一塊管板上少則幾百多則幾千個孔,因此鉆孔的工作量很大??梢允箘澗€鉆孔、鉆磨鉆孔、多軸機床鉆孔,最先進的是數控機床鉆孔。

    如果按劃線鉆孔,要將管板同折流板疊在一起,點焊、涂油漆來配鉆,以此來保證管板的位置精度以利于穿管。

    折流板下料時是整圓,鉆孔后切去弓形。

    管板一般用鍛件A3,20#16Mn,15MnV等低合金鋼或其他低合金鋼。當管板較薄或要求較低時可采用熱軋鋼板,原則上使用鍛件。

    以下是固定管板式換熱器的裝配過程:

    1.    豎一塊管板作基準件;

    2.    將拉桿擰緊在管板上;

    3.    穿上定距管和折流板;

    4.    傳入換熱管;

    5.    裝入筒體;

    6.    將另一塊管板裝到管束的另一端,將殼體與管板點焊;

    7.    在輥輪架上焊接管板和筒體;

    8.    脹管或焊管;

    9.    裝接管、裝支座;

    10.             殼程水壓試驗,目的是檢查管板和筒體的聯接情況,脹管質量,縱環焊縫;

    11.             裝上兩端管箱(封頭);

    12.             管束水壓試驗,目的是檢查管板和封頭的聯接情況;封頭上的接管質量;

    13.             清理、油漆。

    3 管子在管板上的固定方式

    根據操作情況及密封要求,管子在管板上的固定方式有4種:脹接、焊接、爆炸連接和脹焊并用(先脹后焊(重脹+密封焊,輕脹+強度焊),先焊后脹)。

    管子和管板的固定要求是:密封性能好,不致于使管程介質與殼程介質混合。有足夠的抗拉脫力,不致于由于溫差應力或管程、殼程壓差,使管子和管板的連接拉脫。

    脹接

    用脹管器在管孔內進行擴管,使管端和管板孔都產生不同程度的脹大(擴張)。管子處于塑性變形狀態,管板卻處于彈性變形狀態。當脹管器撤出之后,管板的彈性變形恢復,而管子的恢復量則很小,于是就對管子有一個擠壓力,是管子和管板緊密地結合起來,達到了既密封又抗拉脫的目的。但是與焊接相比雖然間隙沒有了,耐腐蝕性提高了,章節的強度和密封性還是不如焊接;不適合于管程和殼程溫差較大的場合。

        用脹管法連接時,管板的硬度要高于管子端部的硬度,必要時管子的端部要退火(差值HB26 )。

    脹接時可以采取各種措施增加管子和管板的脹接強度:

    A.  可以在管板孔中開槽,使脹接時管子金屬嵌入槽中。管孔抓住管子從而提高脹接強度。

     

    B.   翻邊法 如圖所示。用翻邊脹管器在脹管的同時,將管端滾壓成喇叭口形,卡在管板上以增加抗拉脫力。

     

    下面介紹脹管的設備:

    圖示為滾柱脹管器,1是滾柱、2是脹套、3是脹桿。它是通過脹桿的不斷轉動且不斷進給,使滾柱1來滾壓換熱管的管端,使管端脹大。不同的換熱管有不同的脹管頭,這是一種傳統的脹管方法。

    滾柱脹管器有前進脹接和后退脹接兩種。前者適合于中厚壁直徑小于38mm管子的脹接,他的脹桿成125—150的錐度,從而使工作時的軸向分力小于摩擦力,避免滾柱和脹桿間的相對滑動。后者適用于管徑大于38 mm的深度脹管。

    為了保證脹接質量應注意以下幾點:

    1.    脹管率應適當

    脹管率又稱脹度     脹管率 ,

    d0管板孔徑,d—脹管后管子外徑。

    不同的材料,不同的壁厚,要求的脹管率不同,一般認為此值以1-1.9%為佳。管子直徑大,壁薄取小值;管子直徑大、壁厚取大值。管子的外徑不如內徑容易測,所以教材上推薦另外兩個公式表示脹管的程度:

            

    8-1)表示的是管板孔的內徑增大率;(8-2)表示的是管子壁厚減薄率。這兩個參數同樣能夠反映脹接的程度而且d1、d2比較容易測量。

    欠脹:脹管率過小,不能保證必要的連接強度和密封性。

    過脹:脹管率過大,管壁減薄嚴重,加工硬化明顯容易產生裂紋。另外,過脹時會使管板也產生塑性變形,從而降低了脹接強度,而且不可修復。

    脹管的目的是要將管子貼到管板上,管子要經過一段路程才能達到管板,這段路程就是管子外壁到管板孔內壁的距離,這段距離對脹管質量的影響是可想而知的。所以,在設計時不同的管子,要對應不同的管板孔公差。

    2.    硬度差必須存在

    管板的硬度應比管子的硬度高HB20-30,否則管子還沒有發生塑變,管板先行塑性變形了,達不到連接的目的。沒有脹接強度。所以管板的機械性能應比管子高,有時管端要退火。

    3.    管子與管板孔的結合面需要光潔

    脹接施工前,應先檢查管板孔與管端的結合表面是否有油漬和雜物存在,只有當表面清潔后才能著手脹接。通常要求管板孔表面與溝槽的光潔度為▽3-▽4Ra

     

    ▽ 1

    Ra 50

    ▽ 7

    ▽ 0.8

    ▽ 2

    Ra 25

    ▽ 8

    ▽ 0.4

    ▽ 3

    Ra 12.5

    ▽ 9

    ▽0.2

    ▽ 4

    Ra 6.3

    ▽ 10

    ▽0.


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