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浅述换热器的设计与制作
2016-03-15  来源:admin    颁布者:小A

近年来,国内换热器行业生产范围快速扩大,换热器企业近2,000家,其中销售收入超越500万元的企业在900家以上。当前我国换热器行业存在:行业集中度不高、行业研发和创新能力低、制作技术水平低等问题。

 
1换热器当前开展特性


  1.1行业生产集中度低
  在全世界换热器约300亿美元的销售额中,世界8大跨国公司占75-80%。德国两大公司占其全国总量的90%,金沙真人开户网5家占其全国总量的90%,美国1家占其全国总量的56%,而我国年销售额10亿元以上的7家换热器企业,销售额仅占全行业的28.3%,前30家企业的生产集中度也仅为43.6%。


  1.2行业研发和创新能力低
  由于大多数企业在创新体系的建设、研发和创新的资金投入、人才开拓等方面仍处于低水平,加上面向行业服务的科研院所走向企业化,国家对行业共性技术研究投入较少,从而削弱了行业研发的能力。因此,全行业“两弱两少”突出,即基础理论研究弱,参与国际标准制订力度弱,少原创技术,少专利产品。


   1.3我国换热器行业制作技术水平低
我国换热器工业制作工艺和工艺装备技术开展缓慢,车加工数控率低,磨加工主动化水平低,全国仅有200多条主动生产线。大多数企业,特别是国有老企业中作为生产主力的仍是传统设施。对调热器寿命和可靠性至关重要的先进热处置工艺、装备和许多技术难题攻关未能取得突破。

2换热器设计及制作

2.1法规及标准选用
行业相关法规和标准是产品设计的依据,有些换热器设计人员对调热器的设计及制作的法规和标准不够熟悉,不了解新旧法规和标准的替换,使得在设计换热器的时刻,会出现法规和标准的选用不够正确,影响产品的性能甚至造成不消要的损失。当前换热器相关法规和标准主要有:《万达国际娱乐城网址群众新万博澳门银河官网 官方网址版特种设施安定法》、《固定式压力容器安定技术监察规程》、《换交换器》、《制冷装置用压力容器》、《压力容器》等。

2.2原料的代用
在换热器的设计与制作工作中,时常会因为原料采购较为困苦,出现原料代用的现象,在实际的操作中,因为原料代用所引发的问题,却比较容易被人们所忽视。
 

(1)以厚代薄
如果将原料以厚代薄,会出现由于壳体的受力,而使其从平面应力状态改变为平面应变状态,这样应付容器受力状态发生的负面影响较大。通常来说,厚壁容器相较于薄壁容器,更加容易出现三向应力,会导致平面应变的脆性断裂。应付筒体和封头之间等厚的焊接容器,如果对壳体的个别零件进行以厚代薄,那么肯定会导致壳体几何不陆续性增加,从而导致应力的集中,使筒体和封头的连接部位具有的局部应力加大,在这个时刻,可能对应力腐蚀倾向比较大的的容器发生肯定的危害。应付那些高变载荷的容器,还可能导致疲倦断裂,甚至是疲倦裂纹。钢板的许用应力与厚度有着紧密的联系,钢板的厚度不断地增加,它的许用应力值就呈不断下降的趋势。例如Q245R钢板,其温度在100 ℃下,钢板厚度从16 mm 加至18 mm,其许用应力就从147 MPa 降到140 MPa。而Q345R 钢板,温度在100℃的状况下,钢板厚度从16 mm 加至18 mm,其许用应力从189MPa 降到185 MPa。因此,使用以厚代薄的方法,可能造成设施的强度不克满足设计的要求,所以,在处于临界状态时,使用以厚代薄,必须要对设施的强度进行详细的验算。特别是封头制作,需要给予高度重视,在对封头进行下料时,要增加毛坯的厚度,保证成型后的封头,具有小成型厚度。

(2) 以优代劣
换热器使用的金属原料性能包括了工艺性能、化学性能以及力学性能等,每种原料的性能,通常都是稳定的,从原料的性能动身,原料之间通常有优劣之分,但是这样的优劣之分,也是相对的,需要具体问题具体分析,以下就是以优代劣的事例。在换热器的生产制作进程中,低合金钢的强度、机械性能显著优于碳素钢,但是其冷加工性能与可焊性不如碳素钢。通常来说,强度的级别越高,具有的冷加工性能与可焊性就越差,所以在进行这类的代用时,还应该相应的调整焊接的施工工艺。在湿硫化氢的情况下,换热器存在着应力腐蚀开裂的风险,随着施工设施的用钢级别不断地提高,应付应力腐蚀开裂的程度也越高,如果选用Q345R来替代Q245R钢材就容易发生问题。因此,以优代劣的方式值得研究。综上所述,原料代用所造成的影响是较为纷乱的,在进行原料代用的时刻,应该先取得原设计单位许可文件,并且对改动的部位进行详细的记载,同时,原设计单位应该对原料代用的影响以及可行性进行综合的考虑,决议原料代用方案是否可行,对相应的检测方法以及焊接工艺进行相应调整,在大程度上消除或者减少由于原料代用所造成的不良影响。

2.3管板与换热管的连接形式
在壳管式换热器制作中,换热管与管板之间的连接结构和连接质量决议了换热器的质量优劣和使用寿命,是换热器制作进程中至关重要的一个环节。大多数换热器的破坏及失效都发生在换热管与管板的连接部位,其连接接头的质量也直接影响换热器安定可靠性。因此,换热管与管板的连接工艺成为了壳管式换热器制作质量保证体系中关键的操纵环节。当前,换热管与管板的连接主要有:焊接、胀接、胀焊并用等方法。
 

(1 )焊接
焊接分为内孔焊和管板端部焊两种。换热管和管板采纳端部焊时,管板与换热管之间存在间隙,介质不易流动,间隙易发生腐蚀,还无法用超声波或X 光进行检测,这样就无法确保焊接的可靠性。只有有效的焊接工艺评定,才能保证全焊透以及焊缝无裂纹。这种焊接形式存在焊缝温度应力、焊接残余应力以及剪应力,焊缝较易出现裂纹。当换热管厚度超越2 mm 时,管板和换热管宜采纳焊接形式。特别情况下也可采纳内孔焊。内孔焊接主要采纳全熔透形式,消除了端面焊的缝隙,提高了抗间隙腐蚀和抗应力腐蚀的能力。其抗振动疲倦强度高,能承受高温、高压。焊接接头的力学性能较好,对接头可进行内部无损探伤,焊缝内部质量可得到操纵,提高了焊缝的可靠性。但内孔焊接技术装配较难,对焊接技术要求高,制作和检验纷乱,并且制作成本相对较高。随着高温、高压和大型化换热器开展,对其制作质量要求越来越高,内孔焊接技术将会得到更加普遍的应用。
(2)胀接
胀接能够分为爆破胀管、液压胀接、机械滚胀法三种形式。爆破胀管,指的是使用爆炸时发生的径向力,使得管子胀紧,与此同时,使用爆炸时发生的轴向力,将管内残渣甩出管外。液压胀接法,使管板与换热管的连接身分应力分布均匀,具有劳动强度低、生产效率高、密封性良好等优点,但是应付管板的管孔以及开槽的精度要求特别高。机械滚胀法,通常使用于换热管发生欠胀或者过胀,其内壁容易发生硬化现象,还有在高温的作业下,因为温差的变化,胀接身分的残余应力慢慢消逝,然后降低了抗拉脱力和密封性,导致连接的失效。机械滚胀法具有结构简单的优点方便进行修补于更换。胀接适用于无剧烈振动,无过大的温度变化,无严峻的应力腐蚀的场合。
(3)胀焊并用
当温度和压力较高时,且在热变形、热突击、热腐蚀和液流体压力的作用下,换热管与管板连接处易被破坏,采纳胀接或焊接均难以保证连接强度和密封的要求。当前普遍采纳的是胀焊并用的方法。胀接加焊接结构能够有效地阻尼管束振动对焊缝的损伤,能够有效地消除应力腐蚀和间隙腐蚀,提高了接头的抗疲倦性能,从而提高了换热器的使用寿命,比单一胀接或强度焊具有更高的强度和密封性能。
设计人员在设计产品时要同时考虑产品的安定性、经济性和价值。 产品安定性主要体现在:产品有足够的强度 、足够的刚度(或稳定性) 、可靠的密封性能 、肯定的使用寿命。 产品经济性主要体现在:经济可靠的原料、经济的制作方法、低的操作和维护费用、长周期的安定运行。产品价值主要体现在:产品的功能、品行、节能环保。 坚守品行、不断创新是企业可继续开展的保证。产品行量做好了,一切业务能够顺势而为。

3换热器未来开展前景
换热器普遍应用于制冷、石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食物、制药等行业,我国换热器行业在未来一段时期内将坚持稳定增长,估量至2020年期间,我国换热器产业将坚持年均10-15%左右的速度增长。换热器的设计及研发相符可继续开展要求!


                                                     联合技术中心   蒋连胜

 

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