[发明专利]管壳式预应力换热器制造方法

说明书

本发明涉及一种热交换装置的生产制造方法，尤其是管壳式固定管板换热器的制造方法。

在换热设备中应用最为广泛的是管壳式换热器，目前这种换热器被当作一种传统的换热设备在许多工业部门中被大量使用，尤其是在化工生产过程中，无论是在国内还是在国外，它在所有的换热设备中，仍占主导地位，它不仅能得到最小的壳体内径，而且结构简单，规格范围广，造价较低。但这种换热器的最大弱点就是当壳体与管子的温差稍大时(规范规定为50摄氏度)，为了避免温差应力造成破坏，就不得不设置膨胀节装置，以减小因温差而产生的热应力，这样又导致制造过程复杂，成本增大，壳程的耐压能力下降等许多缺点，加之膨胀节处流动阻力增大，流体磨损加重，极易造成换热器在膨胀节处破坏。其次，由于膨胀节本身存在有一定的刚度，无论如何也不能彻底消除换热器在使用过程中的温差应力，从而使换热管同管板的接连处产生各种应力作用，进而产生应力腐蚀，这也是换热器破坏的主要形式。

本发明的目的在于，提出一种全新的换热器制造方法，就是在换热器的生产制造过程中将预应力“贮存”在换热器中，从而改变换热器主要元件(换热管、管板、换热器壳体)的受力状态，使得换热器在实际使用时，其结构的温差应力等于零，从而将普通换热器中产生的不利因素转化为有利因素。一方面可以降低换热器的成本，有较好的经济价值；另一方面，温差应力的几乎消除，使换热器在使用过程中的安全性也有较大提高。

本发明所提供的制造换热器方法是：首先按照常规的管壳式固定管板换热器的生产施工方法，将换热列管的两端固定在管板上，封头固定在两管板的外侧，但是，在换热器的壳体上预留一条环焊缝，待施加预应力于换热列管后再焊接。

本方法预应力施加是通过模拟换热器实际使用环境并加以适当修正来实现的。修正量则通过实验测定来确定。

本发明的优点是：可以改善换热器的受力状态，也不会对换热器的主要受压元件产生不利的影响，制造操作也是简便可行的。另外，采用预应力制造的换热器还可以大大简化换热的设计工作量，它不再需要对膨胀节进行计算，只须根据换热器在实际使用过程中温差值，结合实验测定得到的修正数据来控制制造过程的温差即可。

附图1为本发明所述管壳式固定管板预应力换热器的结构示意图。

附图2为本发明所述的管壳式预应力换热器制造工艺流程图。

下面结合附图介绍本发明的一个具体制造实例。

首先按照常规的管壳式固定管板换热器的生产施工方法，将换热列管1的两端固定在管板2上，封头3固定在两管板2的外侧(参见图1)。所不同的是，在换热器的壳体4上预留一条环焊缝5，如图2所示，由高位槽6、远红外加热装置7、过滤器8、热油泵9以及压力温度指示仪表所构成的热介质供给系统向换热器列管中连续不断地通入热介质A(导热油)，介质B为空气，由于热介质温度比原来的管子温度高，管子将产生膨胀，此时焊缝5并没有焊接，因此列管的膨胀是自由的，列管的膨胀，带着管板作轴向位移，焊缝的间距就加大，该焊缝间距的大小与A、B两介质间的温差值有关，当两介质温差值达到经过修正的选定值时，再用焊枪10将焊缝焊好，然后撤除热介质A，随着列管温度的降低，换热管收缩，此时壳体已焊接成整体，由于壳体的温度几乎没有什么变化，壳体约束了列管的收缩，这样在列管中就建立预拉应力，在壳体中建立了预压应力。

由于在该换热器制造过程中主要元件均存在着储如温度变形、塑性变形、弹性变形等原因，会使原来在换热器中建立起的预应力有所降低，这种预应力损失的大小将直接关系到预加应力的大小和效果，故在焊接环焊缝时，必须考虑到，所设定的温差值应当有一个修正量，即施加预应力时热交换介质间的温差值要大于该换热器实际使用时热交换介质间的温差值，从而保证该换热器实际使用过程中结构的温差应力等于或接近于零。针对同一批号换热器的生产，该温差值的修正量的大小通常采用实验测定的方法来确定。具体做法是，在向换热列管通入热介质之前，在换热列管上设置“电阻应变片”，通入热介质，当热交换介质温差为某一值时，从与电阻应变片相联接的仪器指示电表上就能得知此温差值下换热列管的膨胀量，然后对壳体进行环焊，此时预应力已施加到该换热器上了，当再次通入热介质，使两种换热介质之间的温差为该换热器实际使用过程中温差时，再通过电阻应变片所联接的指示电表读出换热列管此时的膨胀量，如果此时的膨胀量与环焊前设定温差情况下列管的膨胀量相等或十分接近，说明环焊时所选定的介质间温差值合适，如果两次的膨胀量相差超出了允许范围，说明环焊时选定的热交换介质温差值还需做调整。