劉 敏

(大連冷凍機(jī)股份有限公司，遼寧大連 116033)

制冷裝置用壓力容器中的管殼式換熱器，折流板與殼體組裝的間隙量是保證其換熱效率的重要指標(biāo)。從工藝上如何保證將折流板與圓筒的間隙量控制在最小程度，為設(shè)計(jì)者對(duì)“換熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高換熱效率，滿足能效要求”提供工藝保障。這一點(diǎn)也符合TSG R0004—2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》3.7節(jié)能要求中 (2)條的原則要求。

1 換熱器殼體的技術(shù)參數(shù)

制冷裝置用壓力容器的管殼式換熱器通常情況下直徑較小，殼體長(zhǎng)度基本不超過4000 mm，考慮冷成形設(shè)備加工能力等因素，將殼體設(shè)計(jì)為捆扎式殼體，其基本技術(shù)參數(shù)見表l規(guī)定。

表1 技術(shù)參數(shù)表Table 1 Technical parameter table

2 殼體與管束組裝結(jié)構(gòu)的確定

2.1 捆扎式殼體結(jié)構(gòu)

按NB/T 47012—2012(JB 4750) 《制冷裝置用壓力容器》關(guān)于折流板外徑及允許偏差的規(guī)定見表2。

表2 折流板外徑及允許偏差Table 2 The baffle plate diameter and tolerance(mm)

從表2看出，當(dāng)公稱直徑DN按區(qū)域劃分越大，折流板外徑D0與殼體組裝的允許間隙量越大，這樣會(huì)導(dǎo)致折流效果變差。如果將折流板外與殼體組裝的間隙控制在最小化，甚至間隙量為零時(shí)，那么折流效果為最佳狀態(tài)。圖1所示便是采用捆扎式殼體與管束組裝的結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)形成基本保證了折流板外徑與殼體的間隙量為最小化，甚至達(dá)到間隙量為零的理想狀態(tài)。

圖1 捆扎式殼體Fig.1 Binding type shell

2.2 有機(jī)材料折流板的選用

圖2 有機(jī)材料折流板Fig.2 Organic material baffle

當(dāng)采用無縫鋼管作圓筒時(shí)，折流板名義外徑為無縫鋼管的實(shí)際內(nèi)徑減2～4 mm。為解決這一問題，首先根據(jù)卷板機(jī)設(shè)備的能力，將DN為426 mm、377 mm兩種規(guī)格的無縫鋼管改為鋼板卷制的圓筒進(jìn)行捆扎。對(duì)DN＜377 mm的無縫鋼管，則采用有機(jī)材料折流板，這樣可使折流板外徑與圓筒公稱內(nèi)徑DN相等或過盈，見圖2所示。

3 圓筒結(jié)構(gòu)

鋼板卷制的圓筒應(yīng)為一節(jié)，長(zhǎng)度根據(jù)卷板機(jī)輥輪的有效長(zhǎng)度而確定，一般不應(yīng)超過4000 mm，這樣以確保符合TSG R0004—2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》4.2.3節(jié)中 “……不宜采用十字焊縫?！钡囊蟆＞碇瞥尚蔚膱A筒，其縱縫對(duì)接處留間隙約25 mm以便組裝管束，見圖3所示。

圖3 縱縫對(duì)接處間隙Fig.3 Longitudinal butt joint gap

4 主要加工工藝過程

4.1 折流板外徑尺寸

折流板外徑最終加工尺寸為：

(1)鋼制折流板，外徑D0應(yīng)與圓筒公稱直徑DN相等，允許偏差應(yīng)控制在上偏差+0.3 mm，下偏差0。并在折流板與殼體縱縫側(cè)加工25.5 mm×5 mm的矩形缺口，以方便縱縫金屬襯墊的安裝，見圖4所示。

圖4 折流板矩形缺口Fig.4 Baffled rectangular notch

(2)有機(jī)材料折流板，外徑D0應(yīng)與圓筒公稱直徑DN相等，允許偏差應(yīng)控制在過盈狀態(tài)，見圖2所示。

4.2 圓筒加工

4.2.1 圓筒下料尺寸

圓筒下料尺寸是直接影響殼體與管束進(jìn)行捆扎后控制折流板與殼體間隙的重要因素，下料尺寸以中徑為基準(zhǔn)時(shí)按式 (1)計(jì)算，以外徑為基準(zhǔn)時(shí)按式 (2)計(jì)算，以內(nèi)徑為基準(zhǔn)時(shí)按式 (3)計(jì)算。

式中，L為圓筒下料展開周長(zhǎng)，mm;π為圓周率，取π=3.1415;DN為圓筒公稱直徑，mm;δ為圓筒名義板厚，mm;e為殼體捆扎后縱縫組對(duì)間隙量，見圖1所示，mm;圓筒名義板厚，當(dāng)δ=6～8 mm時(shí)，取e為3 mm;當(dāng)δ=10～12 mm時(shí)，取e為4 mm。

4.2.2 坡口加工

坡口加工采用數(shù)控等離子火焰切割時(shí)，按實(shí)際下料尺寸，可將坡口一次切割成形。如果采用刨邊機(jī)加工坡口時(shí)，應(yīng)留刨邊余量3～5 mm。

4.2.3 圓筒卷制

采用帶預(yù)彎裝置的四輥卷板機(jī)對(duì)圓筒進(jìn)行卷制，縱縫每側(cè)直邊段不宜超過15 mm，其縱縫對(duì)接處留間隙約25 mm，以便組裝管束，見圖3所示。

4.2.4 管束制作

管束制作的重點(diǎn)是將殼體縱縫沿根部通長(zhǎng)的金屬襯墊與折流板鑲配緊密，以保證管束與圓筒組裝后，殼體進(jìn)行捆扎的順利及間隙量控制在最小化的范圍內(nèi)，見圖5所示。

圖5 金屬襯墊與管束組裝Fig.5 Metal liner and the bundle assembly

4.2.5 殼體捆扎

將管束裝入殼體內(nèi)，金屬襯墊與圓筒一端點(diǎn)焊固定，然后采用捆扎專用設(shè)備對(duì)殼體進(jìn)行緩慢、均勻捆扎，在保證縱縫組對(duì)間隙量e達(dá)到要求后，將縱縫與金屬襯墊點(diǎn)焊固定，見圖6所示。

圖6 殼體捆扎Fig.6 Shell strapping

4.2.6 殼體縱縫及環(huán)縫焊接

采用專用焊接設(shè)備首先完成縱縫的焊接，然后對(duì)圓筒與兩端管板的環(huán)焊縫同步進(jìn)行焊接，見圖7所示。

圖7 殼體縱縫及環(huán)縫的焊接Fig.7 Shell longitudinal seam welding

5 結(jié)語

在機(jī)組試車的測(cè)試中，采用捆扎式結(jié)構(gòu)的換熱器比不采用捆扎式的換熱效果提高10%左右，而對(duì)小直徑的無縫鋼管作圓筒時(shí)，采用有機(jī)材料作折流板其換熱效果更佳，可提高15%左右。但是有機(jī)材料的折流板其剛度遠(yuǎn)不如鋼制折流板，在選用時(shí)對(duì)公稱直徑DN大于500 mm的殼體不建議采用。在流體總壓力降允許范圍內(nèi)，縮短折流板的間距也是提高換熱效果的一種重要手段。這對(duì)機(jī)組的輕型化、小型化進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性，合理性的選材及確定結(jié)構(gòu)尺寸，進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造及驗(yàn)收提供依據(jù)。

［1］TSG R0004—2009 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程［S］.

［2］NB/T 47012—2010(JB 4750) 制冷裝置用壓力容器［S］.