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时间:2020-03-27
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1、第9期-31-螺旋绕管式换热器的特点及制造技术支纪成(海洋石油工程股份有限公司,天津300452)[摘要]螺旋绕管式换热器是一种新型换热器,在石油化工、核工业、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围。其最显著的特点是结构紧凑、高效、可靠性高。本文介绍了螺旋绕管式换热器结构形式、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]螺旋绕管式换热器;结构形式;制造技术;设备选型2螺旋绕管式换热器是一种结构紧凑、高效换单台螺旋绕管式换热器
2、可以轻松实现20000m以上热设备。该类型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工、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。本文着重介绍螺旋绕管式换热器的结构特点和制造中的技术要点,为该类型换热器的制造和应用提供参考。1螺旋绕管式换热器结构形式螺旋绕管式换热器按其结构特点分为两类: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壳式换热器相当,都只能实现两种介质间的换热;管程
3、多股物流流道型的螺旋绕管式换热器能够实现一台换热器多种介质(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芯圆筒上,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。另外定距隔条还能控制每层换热管螺旋缠绕的螺旋升角和换热管的轴向间距,隔条简图见图3。螺旋绕管式换热器的管束在设计上相邻层的换热器缠绕方向相反(图4为螺旋绕管式换热器管束结构图),这种结构设计,大大降低了换热过程中的能量消耗。螺旋绕管式换热器换热管呈螺旋缠绕图1螺旋绕管式换热器的结构(单股流)状,单根换热管的长度为
4、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壳式换热器大大减小。因作者简介:支纪成(1984—),男,河北沧州人,工学学士,工此这种类型的换热器的换热面积可以做到很大,程师。主要从事海洋石油平台和压力容器设计方面的工作。石油和化工设备-32-论文广场2017年第20卷2螺旋绕管式换热器的优点相比目前广泛应用的管壳式换热器,螺旋绕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,[1]传热效率高,占地面积小,易实现大型化。流体在螺旋管内流动会形成二次环流,强化了换热效
5、果。(2)能量消耗低。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热温差较小。换热器在较小温差下运行,系统的压力降较小,从而减少了介质的循环量,降低了能量的消耗。(3)抗高压。由于管侧换热管很细,强度高,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,比普通单管能承受更高的压力。(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(多股流)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
6、成多种介质(三种及以上)间的换热,可以最大限度地解决安装空间不足的问题。(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[2]碳钢材质的低温脆性,能适应低温工况。(7)节省材料。螺旋绕管式换热器的换热管一般平均长度达到25m以上,以此可以大大减少管板和管箱的结构尺寸,从而降低材料的使用量。图3平隔条和定距隔条示意图3螺旋绕管式换热器的不足之处(1)换热管多采用小直径管缠绕,因而对操作介质洁净度要求高,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
7、,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环节,制造过程为将芯圆筒固定在绕制机械(绕管机)上,然后按照设计图纸在图4螺旋绕管式换热器管束结构图芯圆筒上施焊隔条,最后通过绕制机械的旋转把第9期支纪成螺旋绕管式换热器的特点及制造技术-33-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
8、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换热器的传热和压力损失,决定螺旋绕图5螺旋绕管式换热器简图管式换热器的综合性能,有时甚至会导致制造失败。在管束绕制过程中,应注意以下几点:4.2换热管与管板的连接(1)芯圆筒的制造。芯圆筒主要由管板和钢管根据GB/T151-2014《热交换器》第
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