螺旋绕管式换热器的特点及制造技术
支纪成
(海洋石洲⊥程股份有限公司,大津)
[摘要]螺旋绕管式換热器是一种新型換热器,在石油化エ、核エ业、化工的深冷、天然气液化领域都有应用,其使用
效果与板翅式换热器相当、在结构和材料方面有更大的选择范固。其*显著的特点是结构緊凑、高效、可靠性高。本文介
绍了螺旋绕管式換热器结构形式、优缺点、制造技术要点,可为工程技术人员在换热设备选型上提供一种新的思路。
关键词]螺旋绕管式換热器;结构形式;制造技术;设备选型
螺旋绕管式换热器是一种结构紧湊、高效换单台螺旋绕管式换热器可以轻松实现以上
热设备。该类换热器具有湍流效果好,换热效换热面积。
率高,使用寿命长等特点,已广泛应用于石油化
核工业、化工的深冷、天然气液化领域。随
着国内换热器设计和制造技术的发展,该类型换
热器的设计和制造已逐步实现了国产化。本文省
上管箱
重介绍螺旋绕管式换热器的结构特点和制造中的
上管板
技术要点,为该类型换热器的制造和应用提供参
外壳
螺旋绕管式换热器结构形式
螺旋绕管式换器按其结构特点分为炳类
管程单股物流流道型见图1,管程多股物流流道型
见图2。管程单股物流流道型与普通管亮式换热器
传热管
相当,都只能实现两种介质间的换热;管程多股
物流流道的螺旋绕管式换热器能够实现一台换
夹套
热器多种介质(三种或三种以上)间的换热。该
类型换热器的换热管分层螺旋缠绕在心圆筒上,
管匝
层与层之间用隔条相隔。隔条分为平隔条和定距
隔条,其作用是间隔不同层间换热管的间距。另
隔条
外定距隔条还能控制每层换热管螺旋缠绕的螺旋
芯圆筒
升角和换热管的轴向间距,隔条简图儿图3。螺旋
绕管式换热器的管東在设计上相邻层的换热器缠
下管板
绕方向相反(图4为螺旋绕管式换热器管東结构
图),这种结构设计,大大降低了换热过程中的
下管箱
能量消耗。螺旋绕管式换热器换热管螺旋缠
1螺旋绕管式换热器的结构(单段流)
状,単根换热管的长度为普通管壳式换热器长度
的5倍以上,所以相同的换热面积,其管板和管箱
的结构大小可比普通管売式換热器大大减小。因作者简介。支纪成(984-),男,河北沦州人,工
此这种类型的換热器的换热面积可以做到很大,科帅。す要从事海洋油半台和い力容器设训?的工作。
万方数据
石油和化工设备
2-论文广场
2017年第20卷
2螺旋绕管式换热器的优点
上管箱
相比目前广泛应用的管売式换热器,螺旋绕
上管板
管式换热器具有以下优点
(1)结构紧凑。单位容积具有的传热面积大
外壳
传热效率高,占地面积小,易突现大型化。流体
在螺旋管内流动会形成二次环流,强化了换热效
夹套
(2)能暈消耗低。流体分别在管程和壳程内总
体上接近逆流流动,达到所需热交换量需要的传
隔条
热温差较小。换热器在较小温差下运行,系统的
〔金展丝
压力降较小,从而減少了介质的循坏量,降低了
能量的消耗。
换热管
(3)抗高压。由于管側换热管很细,强度高,
芯阅筒
因此可以通过高压流体。换热管还可以做成双连
管,且管径小,两管相连,强度高,比普通单管
下管板
能承受更高的压力
下管箱
(4)管束的热膨胀应力小。螺旋绕管式换热器
管束两端均有一定的自由段,可以自行膨胀,因
图2螺旋绕管式换热器的结构(多般流
此不存在热膨胀应力
5)螺旋绕管式换热器由于其结构的特殊性,
单台换热器能够完成多种介质(三种及以上)间
的换热,可以*大限度地解决安装空间不足的问
(6)使用低温材料。螺旋绕管式换热器大多数
由铜、铝、不锈钢等低温材料制成,克服了普通
碳钊材质的低温脆性,能适应低温工况。
(7)节省材料。螺旋绕管式換热器的换热管
般平均长度达到25n以上,以此可以大大减少管板
3平隔条和定距隔条示意图
和管箱的结构尺寸,从而降低材料的使用量。
3螺旋绕管式换热器的不足之处
(1)换热管多采用小百径管缠绕,因而对操作
壳侧流体
介质洁浄度要求高,流体在进入换热器前需经过
滤装置严格过滤,否则易堵塞管子。
(2)螺旋绕管式换热器结构复杂,制作工艺难
度大,芯圆筒对传热无效而增加了壳体直径等因
管内侧流体
素,造成成本较高
(3)查漏、检修比较困难。
4螺旋绕管式换热器的制造技术要点
螺旋绕管式换热器的制造技术要点主要集中
在换热管的绕制坏节,制造过程为将芯圆筒固定
图4螺旋绕霫式换热器管束结构图
在绕制机械(绕管机札)上,然后按照设计图纸在
芯圆筒上施焊隔条,*后通过绕制机械的旋转把
万方数据
支纪成螺旋绕管式换热器的特点及制造技术
换热器逐层绕制到芯圆筒上。整个制造过程的的
技术难点为:换热管的绕制、换热管与管板的连
接、换热管的拼接、管束试压、组装
4.1换热管的绕制
在整个螺旋绕管式换热器的制造中,管束
的绕制是至关重要的,其质量的好坏直接影响螺
旋绕管式換热器的传热和压力损失,决定螺旋绔
图5螺旋绕管式换热器筲图
管式换热器的综合性能,有时甚至会导致制造失
败。在管東绕制过程中,应注意以下几点
4.2換热管与管板的连接
(1)心圆筒的制造。心圆筒主要由管板和钢管
根据GB/T151-2014《热交换器》第6.6节,换
通过焊接构成,如图5所示。其制造要点是同轴度热管与管板的连接分为:强度焊接、强度胀接、
和长度的控制。同轴度方面,包括圆筒与圆筒间胀焊并用利内孔焊,可根据具体情况进行选用
的同轴度和圆筒与管板间的同轴度。同轴度偏差螺旋绕管式换热器的换热管与管板的焊接分为自
过大,将会造成管東绕制间距不均匀、不紧湊,
动焊接和手把焊接。自动焊接其管板和换热管为
影响管東朿的成型尺寸,而导致组装困难。
角焊缝形式,一般进行两遍填丝焊接。手把焊接
(2)定距隔条。定距隔条的作用是控制相邻层米用两层焊,**层管头自熔焊接,第二层弧
換热管的间距和每层换热管的间距和螺旋升角,
填丝焊接。要求为
因此要有统一规格。同时还要保证每层定距隔条
(1)换热管管头清理,碳素钢、低合金钢换
本身在焊接时的定位尺寸要准确,以使换热管有热管管端外表面应除锈个呈现金属光泽,高合金
相同的间距和螺旋升角
钢、铝、铜、钛、镍、错及其合金换热管应清除
(3)绕制过程中,应随着绕管机械的转动,
表面附着物及氧化层。管端清理长度为:对焊接
按照定距隔条的导向将换热管紧密地缠绕在芯圆接头,管端清理长度应不小于换热管外径,且不
筒上。对于间隙过大的地方可以采用木槌轻轻小于25mmり;对胀接接头,清理长度应不小于管
敲击,当达到要求时应及时地施焊绑带将绕制好板厚度
的换热管固定。绕制过程中应注意遊免换热管损
2)当换热管采用有缝管时,焊接接头的开始
伤,尤其是死弯和压扁的情況,当换热管有死弯和结束处应尽量与换热管纵缝错开
或压扁时
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