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技术分析和改善

张 庆 生
（开封东京空分集团有限企业, 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技术方案。介绍技术方案具体实施。
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
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缠绕式绕管铝制换热器如图1所表示, 是一个新型高效节能铝制换热设备, 它同时处理多个介质、 在小温差下需要传输较大热量且管内介质操作压力较高场所, 如制氧等低温过程中使用换热设备等, 它在设计上完全突破了传统管式换热器设计思绪, 从材料选择到结构形式与传统管壳式换热器相比都有大幅度改变, 多项技术创新使该换热器从外观到性能等各方面显著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, 效率低下问题, 是传统换热器更新换代产品。
该换热器是现在世界上最优异管式换热器产品之一, 而且换热管是采取铝制盘管, 因为管板连接在筒体上, 绕制时, 应制作绕制工装,
换热管采取单根绕制, 因为铝制螺旋缠绕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局部应力, 该换热器含有较轻产品重量, 合理螺纹间隙, 正反向缠绕管束结构, 返流产品进管程, 原料气进壳程, 独特两相流体运行模式, 极大改变了流体流动状态, 湍流效果好, 高效换热, 低噪环境保护, 结构紧凑占地小, 体积仅为传统换热器五分之一, 耐低温-140℃, 成本低, 是首选低温换热器设备。
但在使用中, 发觉缠绕式绕管铝制换热器用一段时间后, 换热效率下降, 找其原因关键是:
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ф210mm, 铝管绕制时, 铝换热管弯曲半径过小, 铝换热管外部受拉伸, 超出了铝换热管抗拉强度, 使铝管发生塑性变形, 铝管表面出现很多细小裂纹, 长久使用后, 发生裂纹并出现漏气现象, 使得缠绕式绕管铝制换热器换热效率下降。
1.2 处理方法
再次审核缠绕式绕管铝制换热器换热管材料材质及重新作铝换热管位伸试验: 换热管材料选择: 3003-H112, 换热管表面, 壁厚及化学成份和力学性能应分别符合GB/T6893-《铝及铝合金拉（轧）制无缝管》、 GB/T3190-《变形铝及铝合金化学成份》及GB/T228-《金属材料室温拉伸试验方法》要求, 换热管做100%涡流探伤检验, 换热管显微组织不许可有过烧。
制作前, 进行管材尺寸测量, 内外表面检验: 不许可有气泡、 起皮、 裂纹、 内表面波浪、 腐蚀点缺点, 每批中取5根, 每根取长190mm试样测量外径, 内表面用内窥镜检验, 试样应是铝换热管一部分, 并能在拉伸试验机上进行试验, 拉伸试验机应选择I级正确度。
因为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, 所以在绕管组绕管前, 需再次对铝换热管做管材拉伸试验。
拉伸试验:
在铝换热管绕制前, 应依据GB/T6893-《铝及铝合金拉（轧）制无缝管》、 GB/T228-《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、 做好工艺统计、 出可行工艺汇报（具体见铝换热管拉伸试验）, 经过试验, 检验铝换热管拉伸后力学性能（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: 经过铝换热管拉伸试验确定铝换热管力学性能（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）以示区分, 并用一般外径千分尺和杠杆千分尺、 游标卡尺测量, （其分度值为0．01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要求进行统计。
4.3）试样从外观检验合格铝换热管任意部位切取, 取五根直径ф14×2管材, 长度L=190mm, 试样直径不应超出14mm+0.09=14.09mm, 14mm-0.09=13.01mm两个值之间尺寸范围, 其在190mm长度上直线度为0.04mm, 切取管子试样时, 应预防损伤试样表面以及加工时受热而改变金属性能, 试样切口处棱边毛刺用圆锉刀锉圆, 作拉伸试验, 试验在23℃±5℃温度下进行, 此试验试样, 应用细墨线作标识, 在其两端加以塞头, 塞头至最靠近标距标识距离为25mm, 管试样拉伸试验如图3、 4所表示, 试验时试样夹持端形状应适合试验机夹头, 试样轴线应与力作用线重合, 试验得到铝管在23℃下抗拉强度135、 141、 132、 140、 136屈服强度101、 109、 105、 107、 102值。
4.4）试验统计: （见表2）。
表2 铝换热管拉伸试验统计: （试验温度23℃）

铝换热管号
尺 寸
1
2
3
4
5
拉伸前管外径mm
13.9
13.95
13.95
13.95
13.9
拉伸前管内径mm
10
10
10
10
10
拉伸前管壁厚mm
1.95
1.98
1.98
1.98
1.95
抗拉强度MPa
135
141
132
140
136
屈服强度MPa
101
109
105
107
102

表3 铝换热管拉伸试验汇报:

试验目
经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φ14×2

试验结果
经过拉伸试验: 每个试样有一个缩颈, 并断在标距内, 从而得到铝管在23℃下抗拉强度135、 141、 132、 140、 136屈服强度101、 109、 105、 107、 102值。
试验结论
试验得到铝管在23℃下抗拉强度135、 141、 132、 140、 136屈服强度101、 109、 105、 107、 102值, 符合标准要求。

1.3 在绕制中, 严格控制缠绕式绕管铝制换热器换热管弯曲半径
认为应严格控制缠绕式绕管铝制换热器换热管弯曲半径, 要加大铝换热管弯曲半径, 就要加大中心筒直径, 经过试验, 修改设计图纸将中心筒直径加大至φ312, 同时加大外筒体直径, 使换热器换热面积保持不变, 这时, 铝管抗拉强度在标准要求范围内, 铝换热管就不会发生塑性变形, 铝管表面就不会出现裂纹, 避免了铝换热管漏气。
2 铝管板与铝换热管焊接接头被介质部分腐蚀掉, 出现了串漏现象, 使换热器换热效率下降
2.1 对换热效率下降分析
其一是: 铝管板; 5083-H112与铝换热管: 3003-O之间焊接采取氩弧焊（GTAW）焊接, 热作状态铝管板与退火状态铝换热管焊接接头, 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要求下限值95MPa, 当介质含有腐蚀性时, 铝管板与铝换热管焊接接头极易受到腐蚀。
其二是: 铝在空气中极轻易氧化, 在表面产生致密氧化铝钝化膜, 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, 铝管板与铝换热管焊接接头, 出现串漏。
2.2 处理方法
方法一: 铝换热管选择: 3003-H112热作状态, 当热作状态铝换热管与热作状态铝管板5083-H112焊接时, 热作状态铝管板与热作状态铝换热管焊接接头, 在焊接热作用下, 铝焊接接头抗拉强度达成了铝材标准值110MPa, 使铝材抗腐蚀性增强。
方法二: 焊接前, 铝管板与铝换热管坡口处, 在清理后, 要立刻施焊, 预防氧化与沾污, 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焊接质量。
3 注意事项
（1）因为铝材质特征, 介质酸碱性不宜太强, 并要确保介质纯度, 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换热管内壁进行清洗, 去除内壁附着物, 并用压缩空气吹除。
（3）缠绕式绕管铝制换热器关键适于低温换热, 工作时, 温度不宜过高。

参考文件:
[1]GB/T6893-《铝及铝合金拉（轧）制无缝管》[S]．
[2]GB/T16865-1997《变形铝、 镁及其合金加工制品拉伸试验用试样》[S]．1997
[3]GB/T228-．金属材料室温拉伸试验方法[S]．
[4]GB151-1999管壳式换热器[S]．1999
[5]TSGR0004-．固定式压力容器安全技术监察规程[S]．

作者介绍:
张庆生, 男, 1962年生, 工程师, 毕业于洛阳工学院机械制造工艺与设备专业, 现为开封东京空分集团有限企业设计研究院工艺室主任, 从事空气分离设备工艺及高压绕管换热器绕管机设计工作。
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