U形管换热器的应用及结构分析

时间:2019-03-25 08:48 浏览次数:
【概要】:1、U形管换热器的应用 换热器是广泛应用于汽车、航空、石油化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工、食品、工程机械等行业的一种通用设备,约占工艺设备总量的20%~70%。按其传热面的形状...

 1、U形管换热器的应用

  换热器是广泛应用于汽车、航空、石油化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工、食品、工程机械等行业的一种通用设备,约占工艺设备总量的20%~70%。按其传热面的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其他形式换热器。目前常用的换热器种类有浮头式、固定管板式和U形管式,其中以浮头式换热器居多。固定管板式换热器由于自身结构,应用的场合有限;浮头式换热器零部件多,易拆卸和清理,但检修的工作量大,容易内漏;而U型管式换热器的管板比固定管板式换热器少,其泄漏点就相应减少。此外,U型管式换热器的壳程水压试验后烘干也比较容易,而且它的适用场合广、检修简单、操作弹性好。如果换热器的换热面积小、壳程与管程的温差较大或壳程介质很容易脏、管束表面需要经常清理地,一般都采用U型管式换热器。
U形管换热器的应用及结构分析

  2、U形管换热器的结构设计

  2.1U型管换热器的结构

  U型管式换热器,单台换热器共有两块管板,如下图1所示(件号45为中间挡板,件号46为U形换热管,件号47为内导流筒)。

  这种换热器有一半管束管内外介质的流动方向为并流,另一半管束管内外介质的流动方向为逆流。U型管式换热器的双管板之间一般采用聚液壳彼此连接。聚液壳可以用来调整管板间距且保证两管板相互平行。同时,聚液壳用来封闭相邻两管板之间泄漏出的气(液)体,防止有毒气(液)体的外溢。聚液壳最高和最低处需分别设置放空口和放净口,用于及时导出渗漏气(液)体。如果壳程与管程之间温差很大,为了降低壳程与管程管板与换热管连接处的应力,应尽量降低短节的壁厚,必要时可增加一个膨胀节。

  2.2U型管换热器的设计

  U形管换热器与其他类型换热器的最大区别是管束结构,在设计换热管布局时应考虑换热管的最小弯曲半径尺i与分程隔板槽两侧相邻管中心距s的关系。管径越大,最小弯曲半径就越大,大部分换热管的最小弯曲半径大于分程隔板槽两侧相邻管中心距;且U形管弯曲段的弯曲半径R(见图2)应不小于两倍的换热管外径,常用换热管的最小弯曲半径R可查手册选取。

  因此,为了保证适合分程隔板槽两侧相邻管的中心距,最内层换热管在排列时需要进行斜向交叉排列。如果最内层U形管之间的间距过大时,可设置假管或者挡板。

  3、材料的选择

  设计时应注意管板与换热管须有一定的硬度差,一般管板比换热管硬度高HB20~HB30。最好是采用强度等级较高的材料作管板(16Mn锻件),强度等级较低的材料作换热管(如10号无缝钢管)。当两者硬度相近时,可将管端进行退火处理,以降低换热管的硬度。在满足设计要求的同时,选用合适的材料,最大限度的保证强度和传热系数。也就是说,要选择传热性好的材料,要敢于尝试新的材料。要对产品进行可追溯性的记录。

  4、U形管换热器的制造

  穿管是U形管束制造中的难点,需要对以下几个方面进行严格控制:保证折流板管孔精度和排列同轴度;对U形管的形状偏差进行严格控制;对直线段的直线度进行严格控制;穿管时在管头加装引导装置。管头与管板的连接可采用管板自动焊技术,完全可以使管束在平放的状态完成焊接。

  目前U形管换热器大量应用于高温高压的场合。与浮头式换热器相比,由于去掉了浮头密封,U形管换热器的管束小易发生内漏,即使发生内漏,也非常容易处理,尤其是在查找漏点的时候不需要过多的工装;而浮头式换热器在查找内漏时需要有大量专用的工装,操作起来比较繁琐。

  U形管换热器的管束发生内漏时一般有两种可能:一种是换热管损坏;另一种是管板接头焊缝腐蚀。第一种情况一般很少发生,发生时可用堵头堵住;第二种情况比较多见,处理时可以对焊缝进行清理补焊。使用状态下的受力状况较好,尤其在管程温差较大时,每个管程的温度不一样,单个管程的换热管所受到的温差应力能够自由平衡,不受浮动管板的限制,有利于保护换热管。使用过程中的操作弹性更大,与同等规格浮头式换热器相比,U形管换热器能够承受更大的温度和压力波动,有利于装置的安稳运行。

  5、水压试验

  首先按要求压力进行壳程的水压试验,从聚液腔的空间检查换热管与内侧管板的连接质量。壳程水压试验合格后,组焊隔离腔的短节使之成为密闭的腔体。按要求压力进行气密性试验。分别在聚液腔下方的两个排泄孔安装透明的U形管检验工装,U形管内加水,保持一定的水平液位。若有试验气体微渗漏时,则U形管内的水平液位就会发生变化,以气密性试验时U形管内仍保持液位水平为合格。然后进行壳程氨渗透试验,在隔离腔的排泄孔贴试纸,试纸不变色为合格。其次对聚液腔进行气密性试验,最后对管程进行水压试验和气密性试验。

  6、结语

  综上所述,U形管式换热器在使用性能上的优势相当明显。为此,我国应进一步研制完善满足国内化工装置所要的U形管式换热器产品,开发适应炼油化工装置不同工艺与生产要求的系列产品;完善制造工艺、加工装备及生产环境,提高制造能力及产品质量,力争使国产U形管式换热器的生产、产品性能、质量等达到并超过国外同类产品水平。