淺析換熱器用不銹鋼波紋管缺陷產生原因及對策.docx

淺析換熱器用不銹鋼波紋管缺陷產生原因及對策劉小華秦皇島東燕節(jié)能技術有限公司摘要：不銹鋼波紋管是一種高效節(jié)能的換熱器用傳熱元件，廣泛使用在采暖、能源等領域的低、中壓換熱器中。但是在使用中常會出現(xiàn)折流板管孔與波紋管波谷處于同一平面，造成換熱管與折流板間形成較大間隙，致使換熱管在此處失去被支持作用并且可能誘發(fā)較大的震動，最終導致波紋管變形、磨損直至破裂。在進行換熱器設計時可以通過調整折流板間距、折流板厚度、改變換熱管的支持形式及在波紋管上增加保護套的措施來改善甚至消除波紋管在使用時所產生的缺陷。關鍵詞：換熱器、不銹鋼波紋管、缺陷0 引言不銹鋼波紋管一般由薄壁本體(也可稱基管)和兩端的厚壁接頭【1】組成（也可以只有本體），該換熱管一般采用奧氏體不銹鋼材，其此材料具有優(yōu)良的力學性能、耐腐蝕性和耐熱性，加工成的薄壁波紋管，厚度一般在0.5mm1.5mm之間。由于波紋管的特有形狀改變了流體的流動形態(tài)使其擁有較高的傳熱效率且又不易結垢，同時在換熱管的軸向上產生較大補償量，極大的降低了由于熱膨脹差而產生的應力，具有經濟、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點。因此近幾年被廣泛應用在醫(yī)藥、采暖、能源化工等領域的換熱器上。但是根據(jù)我公司多年生產和使用波紋管的經驗，一旦在換熱器的設計和制造時環(huán)節(jié)上應用不當，將在換熱器投入使用時產生波紋管變形、斷裂等缺陷。比如有的換熱器投入運行后產生了入口處的波紋管被蒸汽沖刷斷裂、因折流板管孔與波紋管之間間隙過大而誘發(fā)了較大震動使其產生變形、磨損和泄漏等缺陷。1 對策經過不斷的實踐研究和總結，提出以下四種對策：1.1 改變管束進出口處波紋管的結構形式由于波紋管的本體壁薄，支撐性能不高，抗沖擊能力和抗沖刷能力弱。為此，可以在厚壁接頭（注：厚壁接頭一般厚度為2.03.5mm）處加以改進，即在管束介質進出口處、且直接承受沖擊的波紋管增加厚壁接頭的長度，加長的尺寸以從第一塊折流板處露出不小于5mm為合適(見圖1)。厚壁接頭既能提高管束入口處的波紋管剛度又能提高抗沖刷的能力，同時也減小了管束的震動，進而提高了波紋管的使用壽命。 圖11.2 改進折流板波紋管與折流板通常會出現(xiàn)很大裝配偏差。波紋管的波峰尺寸偏差一般是0.3mm,而且波距的制造尺寸偏差是2mm,因而無法保證每個折流板管孔位置一定就是波紋管的波峰位置，若波谷與管孔出現(xiàn)在同一位置，此時就產生了相當大的間隙，比如波紋管的波谷是25 mm，波峰為32 mm，折流板的管孔為32.5 mm，所以其間隙值就達到7.5mm，達不到設計和使用要求，為此，采取的一種解決方法是加厚折流板的厚度，同時盡可能縮小波紋管波距，使折流板厚度大于等于波紋管波距的尺寸，則無論什么時候，都有波峰與折流板孔相接觸（見圖2）；另一種解決方法是不改變折流板厚度，而是縮小折流板間距，增加波峰在折流板上的概率（一般不推薦使用此種方式，增加流體的阻力且折流板也有最小間距的要求，同時增加了成本，還不能做到從根本解決問題）。圖21.3 改變波紋管的支撐方式（一般適用于殼程冷凝）這是一種無折流板支撐的波紋管管殼式換熱器（以下簡稱捆扎式管換），此種換熱器能很好的避免上述折流板管孔與波紋管之間間隙較大現(xiàn)象。此換熱器是將波紋管緊密的捆綁在一起，利用其波峰與波峰之間，波峰與波谷之間相互支撐。根據(jù)波紋管的波距尺寸偏差大，波峰波谷位置具有小范圍的不確定性，介質可以從其相互間的支撐間隙通過。所以捆扎式管換是通過波紋管的波峰與波峰、波峰與波谷間的點接觸，起到相互間的支撐作用，且大大降低了管束的震動。另外捆扎式換熱器在同等體積下可以排列更多數(shù)量的波紋管，能明顯的增加單位體積內的換熱面積以提高單位體積換熱效率。但是此種方式由于波紋管相互間隙比較小，不適合于粘度大或顆粒大的介質，以及壓力降要求嚴格的工況。1.4 在波紋管上加保護套此種方式是在波紋管上添加保護套而形成的加套波紋管（見圖3），保護套由波紋管的兩個波峰脹接固定在折流板管孔的尺寸位置，保護套的厚度一般采用1.5mm至3.0mm，長度大于波距且不小于30mm，其外徑尺寸和折流板管孔配合間隙與光管和折流板間配合一樣。加套波紋管在少量增加產品重量的同時卻很好的保證了設計和使用的要求，增強了波紋管的耐磨性能和改善了支撐性能，對波紋管起到很好的保護作用。圖32 總結上述四種對策中，第一、第二、第四種對策均需要增加一定的成本，第三種對策具有一定的局限性。其中第四種對策筆者認為更加合理一些，但是生產廠家要具備較強的在波紋管上加裝套管的工藝水平、穩(wěn)定的生產效率和較高的產品質量。所以，這四種對策可以根據(jù)實際情況酌情選擇，還可聯(lián)合使用，以達到更好地利用換熱器用不銹鋼波紋管這一節(jié)能傳熱元件，確保換熱器的預期使用效果和年限。引用和參考文件：【1】 GB 1