缠绕式绕管铝制换热器换热器漏气的技术分析和改进.doc

缠绕式绕管铝制换热器换热器漏气的技术分析和改进张 庆 生（开封东京空分集团有限公司，河南省开封市北关街8号 475001）摘 要：缠绕式绕管铝制换热器用一段时间后，会出现漏气现象，进而影响换热效率从制造和运行环境等方面对漏气原因了进行技术分析，找到了杜绝漏气现象的技术方案。介绍技术方案的具体实施。关键词：换热器；缠绕式绕管铝制换热器；泄漏；换热效率；技术方案Tie up a round type to round the tube aluminum system changes a hot machine to change the technical analysis and improvement that the hot machine leaks air Zhang Qingsheng(Kaifeng Dongjing Air Separation Group Co., Ltd., 8# Beiguan Street, Kaifeng 475001, Henan, P. R. China)Abstract: Tying up a round type to round the tube aluminum system to change a hot machine is after using a period of time appear to leak air a phenomenon, then influence change a hot efficiency to carry on a technical analysis towards leaking air reason from the manufacturing and movement environment etc., found out to eradicate completely the technique project of leaking air the phenomenon.Introduce the concrete implementation of technique project.Key words: Change a hot machine ；Tie up the round type rounds the tube aluminum system to change a hot machine；Leak；Change a hot efficiency；Technique project 缠绕式绕管铝制换热器如图1所示，是一种新型高效节能的铝制换热设备，它同时处理多种介质、在小温差下需要传递较大热量且管内介质操作压力较高的场合，如制氧等低温过程中使用的换热设备等，它在设计上完全突破了传统管式换热器的设计思路，从材料选择到结构形式与传统管壳式换热器相比均有大幅度变化，多项技术创新使该换热器从外观到性能等各方面明显超越了传统管壳式换热器，改变了传统换热器体积庞大，外形粗糙，效率低下的问题，是传统换热器的更新换代产品。该换热器是目前世界上最先进的管式换热器产品之一，并且换热管是采用铝制盘管，由于管板连接在筒体上，绕制时，应制作绕制工装，换热管采用单根绕制，由于铝制螺旋缠绕的换热管工作时约束缓解，从而降低了管板与管子连接区因热胀冷缩变形产生的局部应力，该换热器具有较轻的产品重量，合理的螺纹间隙，正反向缠绕的管束结构，返流产品进管程，原料气进壳程，独特的两相流体运行模式，极大的改变了流体流动状态，湍流效果好，高效换热，低噪环保，结构紧凑占地小，体积仅为传统换热器的五分之一，耐低温-140，成本低，是首选的低温换热器设备。但在使用中，发现缠绕式绕管铝制换热器用一段时间后，换热效率下降，找其原因主要是:1 缠绕式绕管铝制换热器中换热管在中心筒上绕制时有细小裂纹，使用后发生裂纹并出现漏气现象1.1 对换热效率下降的分析在缠绕式绕管铝制换热器换热管绕制时，铝换热管绕制在中心筒上，中心筒直径为210mm，铝管绕制时，铝换热管弯曲半径过小，铝换热管外部受拉伸，超过了铝换热管的抗拉强度，使铝管发生塑性变形，铝管表面出现许多细小裂纹，长期使用后，发生裂纹并出现漏气现象，使得缠绕式绕管铝制换热器的换热效率下降。1.2 解决措施再次审核缠绕式绕管铝制换热器换热管的材料材质及重新作铝换热管的位伸试验：换热管材料选用：3003-H112，换热管表面，壁厚及化学成分和力学性能应分别符合GB/T6893-2010铝及铝合金拉（轧）制无缝管、GB/T3190-2008变形铝及铝合金化学成分及GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法的规定，换热管做100%涡流探伤检查，换热管的显微组织不允许有过烧。制作前，进行管材的尺寸测量，内外表面检查：不允许有气泡、起皮、裂纹、内表面波浪、腐蚀点缺陷，每批中取5根，每根取长190mm的试样测量外径，内表面用内窥镜检查，试样应是铝换热管的一部分，并能在拉伸试验机上进行试验，拉伸试验机应选用I级准确度。由于缠绕式绕管铝制换热器换热管绕制时，需要铝管弯曲，其铝管外侧受到拉伸，换热管受外力，因此在绕管组绕管前，需再次对铝换热管做管材的拉伸试验。拉伸试验：在铝换热管绕制前，应依据GB/T6893-2010铝及铝合金拉（轧）制无缝管、GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法标准要求做铝换热管拉伸工艺试验、做好工艺记录、出可行的工艺报告（详细见铝换热管拉伸试验），通过试验，检验铝换热管拉伸后的力学性能（抗拉强度、屈服强度），是对缠绕式绕管铝制换热器换热管绕制前性能的测试。铝换热管拉伸试验1）试验名称：铝换热管拉伸试验。2）试验目的：通过铝换热管拉伸试验确定铝换热管的力学性能（抗拉强度、屈服强度）。3）试验材料：见表3。4）试验工艺程序及要求：4.1）拉伸试验4.2）拉伸前，对试样进行编号（试样端面硬印或记号笔）以示区别，并用普通的外径千分尺和杠杆千分尺、游标卡尺测量，（其分度值为001毫米），测量相互垂直方向每根铝换热管端部外径、内径及四处管壁厚，分别取其算术平均值，并按表2要求进行记录。4.3）试样从外观检查合格的铝换热管任意部位切取，取五根直径142的管材，长度L=190mm，试样的直径不应超出14mm+0.09=14.09mm，14mm-0.09=13.01mm两个值之间的尺寸范围，其在190mm长度上的直线度为0.04mm，切取管子试样时，应防止损伤试样表面以及加工时受热而改变金属的性能，试样切口处的棱边毛刺用圆锉刀锉圆，作拉伸试验，试验在235的温度下进行，此试验试样，应用细墨线作标记，在其两端加以塞头，塞头至最接近的标距标记的距离为25mm，管试样拉伸试验如图3、4所示，试验时试样夹持端的形状应适合试验机的夹头，试样轴线应与力的作用线重合，试验得到铝管在23下的抗拉强度135、141、132、140、136屈服强度101、109、105、107、102的值。4.4）试验记录：（见表2）。表2 铝换热管拉伸试验记录：（试验温度23） 铝换热管号尺 寸12345拉伸前管外径mm13.913.9513.9513.9513.9拉伸前管内径mm1010101010拉伸前管壁厚mm1.951.981.981.981.95抗拉强度MPa135141132140136屈服强度MPa101109105107102表3 铝换热管拉伸试验报告：试验目的通过铝换热管拉伸试验确定铝换热管力学性能试验人员时 间试验条件试样材料：管子材料为 3003-H112，规格为142试验结果通过拉伸试验：每个试样有一个缩颈，并断在标距内，从而得到铝管在23下的抗拉强度135、141、132、140、136屈服强度101、109、105、107、102的值。试验结论试验得到铝管在23下的抗拉强度135、141、132、140、136屈服强度101、109、105、107、102的值，符合标准规定。 1.3 在绕制中，严格控制缠绕式绕管铝制换热器换热管的弯曲半径认为应严格控制缠绕式绕管铝制换热器换热管的弯曲半径，要加大铝换热管的弯曲半径，就要加大中心筒的直径，经过实验，修改设计图纸将中心筒的直径加大至312，同时加大外筒体的直径，使换热器的换热面积保持不变，这时，铝管的抗拉强度在标准规定的范围内，铝换热管就不会发生塑性变形，铝管表面就不会出现裂纹，避免了铝换热管的漏气。2 铝管板与铝换热管的焊接接头被介质部分腐蚀掉，出现了串漏现象，使换热器的换热效率下降2.1 对换热效率下降的分析其一是：铝管板；5083-H112与铝换热管：3003-O之间的焊接采用氩弧焊（GTAW）焊接，热作状态铝管板与退火状态铝换热管的焊接接头，在焊接热作用下，铝换热管热影响区有部分受到退火作用，造成焊接接头抗拉强度要低于铝材标准规定下限值95MPa，当介质具有腐蚀性时，铝管板与铝换热管的焊接接头极易受到腐蚀。其二是：铝在空气中极容易氧化，在表面产生致密的氧化铝钝化膜，氧化铝膜能吸附水份，造成焊接时，铝管板与铝换热管的焊接接头产生夹杂与气孔，使用一段时间，铝管板与铝换热管的焊接接头，出现串漏。2.2 解决措施措施一：铝换热管选用：3003-H112热作状态，当热作状态的铝换热管与热作状态的铝管板5083-H112焊接时，热作状态铝管板与热作状态铝换热管的焊接接头，在焊接热作用下，铝焊接接头抗拉强度达到了铝材标准值110MPa，使铝材的抗腐蚀性增强。措施二：焊接前，铝管板与铝换热管坡口处，在清理后，要立即施焊，防止氧化与沾污，而在铝焊接接头焊接后，不出现夹杂与气孔，从而不在影响铝焊接接头的焊接质量。3 注意事项（1）由于铝材质的特性，介质的酸碱性不宜太强，并要保证介质的纯度，对介质进行过滤，以防堵塞换热管度。（2）要对缠绕式绕管铝制换热器内部的换热管内壁进行清洗，去除内壁的附着物，并用压缩空气吹除。（3）缠绕式绕管铝制换热器主要适于低温换热，工作时，温度不宜过高。参考文献：1GB/T6893-2010铝及铝合金拉（轧）制无缝管S20102GB/T16865-1997变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样