全焊接寬通道板式換熱器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳靜CHEN Jing

（吉林燃料乙醇有限公司，吉林 132101）

（Jilin Fuel Alcohol Company Limited，Jilin 132101，China）

0 引言

全焊接寬通道板式換熱器是專(zhuān)門(mén)為處理含有大量固體顆粒、纖維懸浮物以及粘稠狀流體的加熱或冷卻而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的。本文重點(diǎn)闡述全焊接寬通道板式換熱器的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)要求，并通過(guò)試驗(yàn)檢驗(yàn)其實(shí)際應(yīng)用效果。

1 技術(shù)要求

1.1 產(chǎn)品介紹：全焊接寬通道側(cè)流道光滑，流體流通順暢，實(shí)現(xiàn)了大處理量、高傳熱效率、耐壓耐溫耐磨性能、低阻力損失的換熱要求。

1.2 產(chǎn)品構(gòu)成：全焊接寬通道板式換熱器由換熱板束、側(cè)板、夾緊板、管箱、螺栓、螺母、密封墊片、分程隔板、支座等基本元件構(gòu)成。產(chǎn)品板束為全焊接結(jié)構(gòu)，四面管箱為可拆式結(jié)構(gòu)，便于拆開(kāi)清洗維護(hù)。

1.3 具體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式參見(jiàn)此項(xiàng)目的外形尺寸簡(jiǎn)圖。

圖1

1.4 框架材料為Q235-B，側(cè)板的材料為Q235-B。

1.5 側(cè)板處的密封墊片材質(zhì)為三元乙丙橡膠。

1.6 流道結(jié)構(gòu)

圖2 平板定距柱結(jié)構(gòu)

圖3 窩狀結(jié)構(gòu)

通道采用了高效平板定距柱或窩狀結(jié)構(gòu)，寬通道側(cè)無(wú)觸點(diǎn)和其它支撐塊，保證了介質(zhì)流過(guò)板片表面時(shí)很順暢，無(wú)死區(qū)，不容易產(chǎn)生沉積、堵塞等現(xiàn)象。同時(shí)由于相鄰?fù)ǖ纼?nèi)有很多觸點(diǎn)，使得冷介質(zhì)介質(zhì)通過(guò)時(shí)很容易形成湍流，從而得到較好的傳熱性能。兩種介質(zhì)的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)純逆流，提高換熱效果。

1.7 板片間的連接方式：板片對(duì)之間采用受力形式很好的球型焊接結(jié)構(gòu)，沒(méi)有采用簡(jiǎn)單的“V”字型焊接結(jié)構(gòu)，球型結(jié)構(gòu)能夠有效的防止物料積聚，避免物料對(duì)板片表面棱角的磨損，同時(shí)承壓能力更強(qiáng)。

圖4

圖5 板對(duì)間焊接接頭型式的比較

圖6

圖7

1.8 當(dāng)板片表面有超過(guò)板片厚度負(fù)偏差的凹坑、劃傷、壓痕等缺陷時(shí)應(yīng)進(jìn)行修磨或更換。

1.9 板片波紋深度偏差為±0.1mm。

1.10 為了更好的確保產(chǎn)品的使用性能、耐磨性能和焊接性能，有效的延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命和降低維護(hù)成本，板片厚度為1.5mm，厚度偏差應(yīng)符合相應(yīng)的材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，板片成形后最薄處的厚度應(yīng)不小于板片厚度的90%。

1.11 板片在裝配前進(jìn)行清洗，波紋表面不應(yīng)有污物。板片表面應(yīng)清除沖切毛刺等。

1.12 焊接：

1.12.1 當(dāng)施焊環(huán)境出現(xiàn)下列任一情況、且無(wú)有效防護(hù)措施時(shí)，應(yīng)禁止施焊：①相對(duì)濕度大于90%；②焊件溫度低于15℃。

1.12.2 焊接工藝。受壓元件焊接工藝評(píng)定可參見(jiàn)NB/T 47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》和圖樣要求制定。

1.12.3 焊接要求。①焊接接頭形式除圖中注明外，所有搭接或角接焊角高度均等于較薄件厚度。②板片間的焊接采用激光焊接方式，焊縫軌跡為圓形，焊縫寬度窄，焊縫應(yīng)力和焊接變形小，激光焊不會(huì)給工件帶來(lái)任何磨損，而且能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地工作，并且焊縫是兩種工件金屬的熔合。然后再采用縫焊的焊接方式焊接板片兩側(cè)內(nèi)側(cè)縱向長(zhǎng)焊縫，端部外側(cè)焊縫采用自動(dòng)氬弧焊焊接。焊接時(shí)板片錯(cuò)邊量不得大于0.5mm。③焊接前清除焊接部位的油污、雜質(zhì)等。

1.12.4 焊縫質(zhì)量。①焊縫余高應(yīng)符合圖樣要求。②焊縫表面不得有裂紋、氣孔、弧坑和飛濺物等缺陷。

1.13 接管法蘭密封面與接管中心線的垂直度偏差必須控制在法蘭外徑的1%以內(nèi)，且要保證小于3mm。法蘭或側(cè)板的螺柱（栓）孔應(yīng)跨中布置。

1.14 對(duì)換熱器碳素鋼零部件外表面做防銹處理。

1.15 在換熱器金屬表面涂漆前，先將表面的油污等雜物清理干凈，防止涂抹的漆膜不均勻、起氣泡，或出現(xiàn)龜裂、薄弱等問(wèn)題。油漆顏色為銀灰色。

1.16 組裝后，換熱器內(nèi)腔應(yīng)潔凈、無(wú)雜物。

1.17 全焊接寬通道板式換熱器上應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的起吊結(jié)構(gòu)。

2 試驗(yàn)與檢驗(yàn)

2.1 全焊接寬通道板式換熱器制成后必須逐臺(tái)進(jìn)行液壓試驗(yàn)。①在液壓試驗(yàn)中，通常采用溫度高于5℃、氯離子含量少于25ppm 的水作為介質(zhì)；奧氏體不銹鋼板片組裝的板式換熱器；②按照有效檢定期，選兩個(gè)量程相同（量程分別為試驗(yàn)壓力的2 倍）、精度等級(jí)高于1.5 的壓力表用高于1.5 倍和高于3 倍的試驗(yàn)壓力進(jìn)行液壓試驗(yàn)；③在液壓試驗(yàn)過(guò)程中，必須在合適的位置布設(shè)排氣口。換熱器觀察面在試驗(yàn)中必須始終是干燥的；④在換熱器兩側(cè)分別開(kāi)展單側(cè)液壓試驗(yàn)。單側(cè)試驗(yàn)過(guò)程中另一側(cè)將處于無(wú)壓力狀態(tài)；⑤試驗(yàn)階段升壓速度不宜過(guò)快，當(dāng)壓力值達(dá)到試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)后保壓10～30min，繼而按照預(yù)先設(shè)定的壓力值降壓再保壓。⑥液壓試驗(yàn)合格后，應(yīng)放凈流道內(nèi)的積水。

2.2 板片檢測(cè)

2.2.1 通過(guò)百分表測(cè)得板片波紋深度，檢測(cè)前按照下列要求布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)：①由板片水平對(duì)稱(chēng)中心線開(kāi)始，沿板片縱向每米長(zhǎng)度應(yīng)不少于3 排點(diǎn)（包括對(duì)稱(chēng)線點(diǎn)），如果縱向長(zhǎng)度達(dá)不到1m，一律按1m 的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算；②從板片縱向?qū)ΨQ(chēng)中心線起，沿板片橫向檢測(cè)點(diǎn)間距小于或等于200mm，且至少設(shè)置2 點(diǎn)（包括對(duì)稱(chēng)線點(diǎn)）。

2.2.2 每批板片抽3%，且不少于3 片來(lái)檢測(cè)波紋深度尺寸。檢測(cè)過(guò)程中，若其中一張板片達(dá)不到檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，則需逐張檢查，將不達(dá)標(biāo)的板片進(jìn)而二次加工重新組批檢測(cè)。同一次裝卡模具、同一爐批號(hào)材料壓制的板片組成一批。

2.2.3 有下列情況之一時(shí),應(yīng)抽取一張板片用切割解剖或無(wú)損測(cè)厚法對(duì)減薄較大處進(jìn)行厚度檢測(cè)：①用新模具壓制的板片；②用新材料壓制的板片；③模具更換鑲塊后壓制的板片。

2.2.4 每件板片對(duì)焊接完成后均進(jìn)行0.3-0.4MPa 的氣密檢測(cè)，確保單件板片對(duì)的密封性。

2.2.5 板束焊后所有焊縫按JB4730 進(jìn)行100%滲透檢測(cè)I 級(jí)合格。

2.3 接管 ①公稱(chēng)直徑不小于250mm 的接管對(duì)接連接的焊接接頭，應(yīng)按JB4730 進(jìn)行100%射線檢測(cè)，達(dá)到Ⅲ級(jí)合格。②公稱(chēng)直徑小于250mm 的接管對(duì)接連接的焊接接頭，需按圖樣規(guī)定的方法對(duì)其表面進(jìn)行磁粉或滲透檢測(cè)，按JB4730 進(jìn)行，達(dá)到I 級(jí)合格。

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