CN103343977B - 换热器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种换热器，具体地说涉及一种空气换热器，属于热交换设备技术领域。它包括烟气流入端、流出端，其特征在于：所述烟气流入端设有保护管组，占整个换热面积的1/4，烟气流出端设有空气换热器主体，空气换热器主体包括：出口风箱、入口风箱、换热集管、下风箱，占整个换热面积的3/4；保护管组的冷热风箱采用不锈钢板；保护管组集管采用不锈钢材质，并在表面渗铝。本发明还公开了该换热器的制作方法。该换热器在满足用户要求的前提下，能将换热器预热温度提高,使用寿命可延长一倍，维护成本可缩短到原来的1/4；使用寿命由原来的3年左右提高到12年左右，经济效益显著，为加热炉经济运行具有非常重要的意义。

Description

换热器及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种换热器及其制作方法，具体地说涉及一种空气换热器及其制作方法，属于热交换设备技术领域。

背景技术

为了节能的需要，冶金用加热炉热回收装置得到了普遍的应用，特别是在加热炉烟道里安装布置的空煤气换热器在节能减排方面起到了很大的作用。但在应用过程中还存在着不能满足用户要求的问题。由于传统的换热器设计为整体设计，使用3年后，第一排换热管就被氧化烧损，发生漏气现象，需要更换，维修费用很高。如何降低换热器维修成本，提高换热器的使用寿命就成了我们满足用户使用要求的一个重大课题。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供一种换热器，这种换热器在保证使用寿命的前提下能实现维护成本低、预热温度高等优点，经济效益显著。

本发明提供的换热器，采用的技术方案是：

一种换热器，包括烟气流入端、流出端，其特征在于：所述烟气流入端设有保护管组，占整个换热器换热面积的1/4，烟气流出端设有空气换热器主体，空气换热器主体包括：出口风箱、入口风箱、换热集管、下风箱，占整个换热器换热面积的3/4；保护管组的出、入口风箱采用不锈钢板；保护管组集管采用不锈钢材质，并在表面渗铝。

进一步地，所述换热器保护管组的出、入口风箱尺寸沿中心线对称，保护管组的出、入口风箱材质全部使用0Cr13，保护管组集管采用1C18NI9TI材质。

更进一步地，所述换热器的集管单根管长度为3224毫米，换热器的集管每单根管在原来的基础上加长了1000毫米。

更进一步地，所述的换热器运行三年后，将保护管组拆下转动180°，仍可安装在烟气流出端运行。

本发明还提供了上述换热器的制作方法，采用的技术方案是：

（1）换热器保护管组的制作：

①制作换热器保护管组集管组：

将保护管组集管的材质全部选用为1Cr18Ni9Ti，并在表面渗铝，以提高管表面的抗高温氧化能力；选择定尺Φ48×3无缝钢管；选择厚度为δ=10钢板,并加工圆孔成换热器管底板；对换热器管底板与Φ48×3渗铝无缝钢管满焊连接；

②制作换热器保护管组出口风箱、入口风箱及下风箱：

出、入口风箱及下风箱采用不锈钢板，材质为0Cr13，保证将换热器保护管组使用三年后拆下转动180o后再进行安装，可正常运行；出、入口风箱均配大法兰，安装尺寸一致，并保持换热器保护管组沿中心线对称；将换热器保护管组出、入口风箱及下风箱与换热器保护管组集管组对密封焊接，将0Cr13、Q235-A及20厚度为δ=6钢板密封焊接连接，并焊接安装方法兰，焊接标准达到冶标二级焊缝标准；换热器保护管组安装前，风箱与管组连接基板处捣打50ｍｍ厚的纤维浇注料；出口风箱上焊接有V型锚固钩处捣打50ｍｍ厚的纤维浇注料，外面再包扎一层0.5ｍｍ厚的镀锌铁皮；

③焊接完成后进行打压试验；

（2）空气换热器主体管组的制作：

①对空气换热器主体集管的制作：

集管组材质为1Cr18Ni9Ti、20g定尺Φ48×3无缝钢管,并进行渗铝；

连接基板材质为1Cr18Ni9Ti、厚度为δ=10钢板,并加工圆孔成换热器入口、出口及下风箱管组连接基板；将换热器管组连接基板与渗铝无缝钢管焊接；

②对空气换热器管组出、入口及下风箱的制作：

选取材质为0Cr13、Q235-A及20厚度为δ=6钢板,选取材质为Q235-A、δ=20钢板，按照图纸机切割、钻孔、机加工成16对圆型法兰；空气换热器管组安装前，风箱与管组连接基板处捣打50ｍｍ厚的纤维浇注料，出口风箱上焊接有V型锚固钩处捣打50ｍｍ厚的纤维浇注料，外面再包扎一层0.5ｍｍ厚的镀锌铁皮；

将空气换热器管组出、入口及下风箱与空气换热器管组集管组对密封焊接，焊接标准达到冶标二级焊缝标准；

③焊接完成后进行打压试验；

（3）连接管道的制作：

①换热器保护管组连接管道的制作：保护管组冷连接管道用δ=6厚Q235-A制作成方型直角弯管道；保护管组热连接管道用δ=6厚0Cr13制作成方型直角弯管道；

②空气换热器管组连接管道的制作：空气换热器管组冷连接管道用δ=6厚Q235-A制作成圆型直角弯管道；空气换热器管组热连接管道用δ=6厚0Cr13制作成圆型直角弯管道；

（4）换热器的安装：

①将空气换热器管组、换热器保护管组依次逐件吊装到位；

②将换热器保护管组连接管道与换热器保护管组逐个进行连接，方法兰密封使用不锈钢方型密封垫，法兰间连接用螺栓连接；

③将空气换热器管组连接管道逐个与空气换热器进行连接，圆型法兰密封使用不锈钢缠绕垫，法兰间连接用螺栓连接；

④换热器与烟道密封采用缝隙用纤维毯填塞，缝隙上部用纤维浇注料进行整体浇注密封的方法；

（5）试车：将换热器保护管组及空气换热器管组安装完毕后，启动助燃风机手感检查有无泄漏。

本发明的设计思路为：（1）空气换热器整体结构设计：将原来设计一组空气换热器为整体型式改为换热器保护管组+空气换热器本体的型式：

利用空气换热器受热面第一排管子易氧化烧损的特点，将传统的大型空气换热器分为两组，其中一组安装在烟气流入端（温度最高的位置），占整个换热面积的1/4，我们设计它为保护管组；另一组安装在烟气流出保护管组的位置，为空气换热器主体，占整个换热面积的3/4；我们检修时仅对保护管组进行修理或更换，节约可观的维修成本；

（2）保护管组的设计：

1）将保护管组护设计由原来的热风箱采用不锈钢板，冷风箱采用20优碳钢板，改为冷热风箱均采用不锈钢板。材质全部使用0Cr13，保证将换热器保护管组使用三年后拆下转动180o后再进行安装，可正常运行；

2）、将保护管组设计由原来的热风箱采用大法兰，冷风箱采用小法兰，改为冷热风箱均配大法兰，出、入风口法兰设计为安装尺寸一致的形状，并保持换热器保护管组沿中心线对称；

3)将保护管组集管全部设计为1C18NI9TI,并在表面渗铝，以提高管表面的抗高温氧化能力；

（3）将换热器的集管长度加长1米左右，以增加空气换热器的预热温度。

本发明提供的换热器的使用维护方法：换热器的使用寿命一般为三年左右就必须进行更换，现改进后的结构采取只对换热器保护管组进行维护，新换热器保护管组运行三年后，将现运行的换热器保护管组拆下转动180o，即换热器保护管组由原来的受热面（迎着烟气流方向），改为原来的受热面为烟气流出方向重新进行安装运行，这样保护管组的使用寿命可提高到5年以上，换热器主体使用寿命可达到12年以上。

本发明提供的换热器产生的有益效果：

（1）本发明技术应用于利用热轧加热炉烟气回收上，克服了传统的热轧板坯加热炉空气换热器管组使用寿命低、维修成本高的缺点，该换热器在满足用户要求的前提下，能将换热器预热温度提高,使用寿命可延长一倍,维护成本可缩短到原来的1/4；（2）改造后的空气换热器使用寿命由原来的3年左右提高到12年左右，每台可节约投资成本10万元左右，每年可节约成本60万元左右，经济效益显著，为加热炉经济运行具有非常重要的意义。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明换热器的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明换热器保护管组的结构示意图。

图中1为入口风箱，2为出口风箱，3为冷风集管，4为热风集管，5为下风箱，6为保护管组入口风箱，7为保护管组出口风箱，8为保护管组冷风集管，9为保护管组热风集管，10为保护管组下风箱，A为烟气流动方向。

具体实施方式

实施例：

如图1~3所示，一种换热器，包括烟气流入端、流出端，其特征在于：所述烟气流入端设有保护管组，占整个换热器换热面积的1/4，烟气流出端设有空气换热器主体，空气换热器主体包括：入口风箱1、出口风箱2、换热集管、下风箱5，换热集管由冷风集管3和热风集管4组成，占整个换热器换热面积的3/4；保护管组出口风箱7、保护管组入口风箱6采用不锈钢板；保护管组集管采用不锈钢材质，并在表面渗铝，保护管组集管由保护管组冷风集管8和保护管组热风集管9组成。

所述换热器保护管组的出、入口风箱尺寸沿中心线对称，保护管组的出、入口风箱材质全部使用0Cr13，保护管组集管采用1C18NI9TI材质。

所述换热器的集管单根管长度为3224毫米。

换热器的安装方式为：

为了安装和检修方便，空气预热器设计成四组，分别布置在烟道的四个通道内。

空气预热器型式是带麻花形插入件的二行程金属管状预热器，在其烟气入口侧设有保护管组。金属管内插入麻花形薄板片，一方面增加了空气在管内的流速与行程，另一方面由于产生了连续不断的涡流，在离心力的作用下，管中心的空气与壁面边界层的气体可充分混合，从而形成紊流，强化了对流传热，同时降低了管壁温度换热效率高，使用寿命长。

空气预热器的设计参数见下表：

具体的制作方法为：

(一)、备件的制做及材料的准备：

1、按照热轧加热炉空气换热器结构设计所需要制做的设备为四组空气换热器保护管组、四组空气换热器及相关的连接管道。

2、按照热轧加热炉空气换热器结构设计所需要准备的材料为δ=50mm厚的纤维毡、法兰密封垫一套、螺栓若干套、镀锌铁皮若干、纤维浇注料2吨。

3、按照换热器设计图纸，对四组空气换热器保护管组、四组空气换热器及相关的连接管道进行制作。

（二）、对四组空气换热器保护管组制作操作步骤：

1、按照设计图纸，对对四组空气换热器保护管组零部件进行制作

1）对换热器保护管组集管组的制作：

●根据图纸订购材质为1Cr18Ni9Ti定尺Φ48×3无缝钢管,并进行渗铝；

●根据图纸订购材质为1Cr18Ni9Ti厚度为δ=10钢板,并加工圆孔成换热器管底板；

●对换热器管组连接基板与Φ48×3渗铝无缝钢管用氩弧焊逐根垂直进行满焊连接。焊接要求：需要高压焊工进行焊接，使用电焊条为E308-16焊条，焊接标准达到冶标二级焊缝标准；

●对换热器管组连接基板与Φ48×3渗铝无缝钢管连接部位进行渗油试验，发现渗漏点需要砂轮机将渗漏点磨开，重新堆焊，直到无渗漏。

2）对换热器保护管组出口风箱、入口风箱及下风箱的制作：

●根据图纸订购材质为0Cr13、Q235-A及20厚度为δ=6钢板,并加工成所需要的规格钢板；

●用材质为Q235-Aδ=20钢板，按照图纸机切割、钻孔、机加工成16对方型法兰；

●根据图纸将0Cr13、Q235-A及20厚度为δ=6钢板密封焊接连接，并焊接安装方法兰，不锈钢与不锈钢之间、不锈钢与普钢之间的焊接使用电焊条为E308-16电焊条，普通钢与普通钢之间的焊接使用电焊条为E4303焊条，焊接标准达到冶标二级焊缝标准；

3) 根据图纸将换热器保护管组出、入口及下风箱与换热器保护管组集管组对密封焊接，不锈钢与不锈钢之间、不锈钢与普钢之间的焊接使用电焊条为E308-16电焊条，普通钢与普通钢之间的焊接使用电焊条为E4303焊条，焊接标准达到冶标二级焊缝标准；

4）打压试验：用压缩空气通入换热器密闭的容器内到3kg∕cｍ2，保持2小时，压力表降不大于2%；

5）换热器保护管组安装前，风箱与管组连接基板处捣打50ｍｍ厚的纤维浇注料，容重800kg∕ｍ3；

6）换热器保护管组安装前，出口风箱上焊接有V型锚固钩处捣打50ｍｍ厚的纤维浇注料，容重800kg∕ｍ3，外面再包扎一层0.5ｍｍ厚的镀锌铁皮；

7）换热器保护管组在安装及运输过程中，可利用换热器上的吊装孔吊装，切记吊预热器的管子，以免预热器变形损坏。

2、按照设计图纸，对对四组空气换热器零部件进行制作

1）对空气换热器集管的制作：

●根据图纸订购材质为1Cr18Ni9Ti、20g定尺Φ48×3无缝钢管,并进行渗铝；

●根据图纸订购材质为1Cr18Ni9厚度为δ=10钢板,并加工圆孔成换热器入口、出口及下风箱管组连接基板；

●对换热器管组连接基板分别与1Cr18Ni9、20g渗铝Φ48×3无缝钢管用氩弧焊逐根垂直进行满焊连接。焊接要求：需要高压焊工进行焊接，使用电焊条为E308-16焊条，焊接标准达到冶标二级焊缝标准；

●对换热器管组连接基板与Φ48×3渗铝无缝钢管连接部位进行渗油试验，发现渗漏点需要砂轮机将渗漏点磨开，重新堆焊，直到无渗漏。

2）对空气换热器管组出、入口及下风箱的制作：

●根据图纸订购材质为0Cr13、Q235-A及20厚度为δ=6钢板,并加工成所需要的规格钢板；

●用材质为Q235-Aδ=20钢板，按照图纸机切割、钻孔、机加工成16对圆型法兰；

●根据图纸将0Cr13、Q235-A及20厚度为δ=6钢板密封焊接连接，并焊接安装圆型法兰，不锈钢与不锈钢之间、不锈钢与普钢之间的焊接使用电焊条为E308-16电焊条，普通钢与普通钢之间的焊接使用电焊条为E4303焊条，焊接标准达到冶标二级焊缝标准；

3) 根据图纸将空气换热器管组出、入口及下风箱与空气换热器管组集管组对密封焊接，不锈钢与不锈钢之间、不锈钢与普钢之间的焊接使用电焊条为E308-16电焊条，普通钢与普通钢之间的焊接使用电焊条为E4303焊条，焊接标准达到冶标二级焊缝标准；

4）打压试验：用压缩空气通入换热器密闭的容器内到3kg∕cｍ2，保持2小时，压力表降不大于2%；

5）空气换热器管组安装前，风箱与管组连接基板处捣打50ｍｍ厚的纤维浇注料，容重800kg∕ｍ3；

6）空气换热器管组安装前，出口风箱上焊接有V型锚固钩处捣打50ｍｍ厚的纤维浇注料，容重800kg∕ｍ3，外面再包扎一层0.5ｍｍ厚的镀锌铁皮；

7）空气换热器管组在安装及运输过程中，可利用换热器上的吊装孔吊装，切记吊预热器的管子，以免预热器变形损坏。

3、连接管道的制作：

1）换热器保护管组连接管道的制作：保护管组冷连接管道用δ=6厚Q235-A制作成方型直角弯管道；保护管组热连接管道用δ=6厚0Cr13制作成方型直角弯管道；

2) 空气换热器管组连接管道的制作：空气换热器管组冷连接管道用δ=6厚Q235-A制作成圆型直角弯管道；空气换热器管组热连接管道用δ=6厚0Cr13制作成圆型直角弯管道。

4、换热器的安装：

1）将四组（8件）空气换热器管组依次逐件吊装到位；

2) 将四组换热器保护管组依次逐件吊装到位；

3）将换热器保护管组连接管道与换热器保护管组逐个进行连接，方法兰密封使用不锈钢方型密封垫，法兰间连接用螺栓连接；

4）将空气换热器管组连接管道逐个与空气换热器进行连接，圆型法兰密封使用不锈钢缠绕垫，法兰间连接用螺栓连接；

5）换热器与烟道密封采用缝隙用纤维毯填塞，缝隙上部用纤维浇注料进行整体浇注密封的方法。

5、试车：将换热器保护管组及空气换热器管组安装完毕后，启动助燃风机手感检查有无泄漏。有泄漏，停风机继续进行处理泄漏点；无泄漏，将换热器保护管组及空气换热器管组连接管道包扎一层厚度为50ｍｍ厚的纤维毯，外部再包扎一层镀锌铁皮保护层。试验成功即可交付使用。

Claims (4)

1.一种换热器，包括烟气流入端、流出端，其特征在于：所述烟气流入端设有保护管组，占整个换热器换热面积的1/4，烟气流出端设有空气换热器主体，空气换热器主体包括：出口风箱、入口风箱、换热集管、下风箱，占整个换热器换热面积的3/4；保护管组的出、入口风箱采用不锈钢板；保护管组集管采用不锈钢材质，并在表面渗铝；

所述的换热器的制作方法，包括以下步骤：

（1）换热器保护管组的制作：

①制作换热器保护管组集管组：

将保护管组集管的材质全部选用为1Cr18Ni9Ti，并在表面渗铝，以提高管表面的抗高温氧化能力；选择定尺Φ48×3无缝钢管；选择厚度为δ=10钢板,并加工圆孔成换热器管底板；对换热器管底板与Φ48×3渗铝无缝钢管满焊连接；

②制作换热器保护管组出口风箱、入口风箱及下风箱：

出、入口风箱及下风箱采用不锈钢板，材质为0Cr13，保证将换热器保护管组使用三年后拆下转动180o后再进行安装，可正常运行；出、入口风箱均配大法兰，安装尺寸一致，并保持换热器保护管组沿中心线对称；将换热器保护管组出、入口风箱及下风箱与换热器保护管组集管组对密封焊接，将0Cr13、Q235-A及20厚度为δ=6钢板密封焊接连接，并焊接安装方法兰，焊接标准达到冶标二级焊缝标准；换热器保护管组安装前，风箱与管组连接基板处捣打50ｍｍ厚的纤维浇注料；出口风箱上焊接有V型锚固钩处捣打50ｍｍ厚的纤维浇注料，外面再包扎一层0.5ｍｍ厚的镀锌铁皮；

③焊接完成后进行打压试验；

（2）空气换热器主体管组的制作：

①对空气换热器主体集管的制作：

集管组材质为1Cr18Ni9Ti、20g定尺Φ48×3无缝钢管,并进行渗铝；

连接基板材质为1Cr18Ni9Ti、厚度为δ=10钢板,并加工圆孔成换热器入口、出口及下风箱管组连接基板；

将换热器管组连接基板与渗铝无缝钢管焊接；

②对空气换热器管组出、入口及下风箱的制作：

选取材质为0Cr13、Q235-A及20厚度为δ=6钢板,选取材质为Q235-A、δ=20钢板，按照图纸机切割、钻孔、机加工成16对圆型法兰；空气换热器管组安装前，风箱与管组连接基板处捣打50ｍｍ厚的纤维浇注料，出口风箱上焊接有V型锚固钩处捣打50ｍｍ厚的纤维浇注料，外面再包扎一层0.5ｍｍ厚的镀锌铁皮；

将空气换热器管组出、入口及下风箱与空气换热器管组集管组对密封焊接，焊接标准达到冶标二级焊缝标准；

③焊接完成后进行打压试验；

（3）连接管道的制作：

①换热器保护管组连接管道的制作：保护管组冷连接管道用δ=6厚Q235-A制作成方型直角弯管道；保护管组热连接管道用δ=6厚0Cr13制作成方型直角弯管道；

②空气换热器管组连接管道的制作：空气换热器管组冷连接管道用δ=6厚Q235-A制作成圆型直角弯管道；空气换热器管组热连接管道用δ=6厚0Cr13制作成圆型直角弯管道；

（4）换热器的安装：

①将空气换热器管组、换热器保护管组依次逐件吊装到位；

②将换热器保护管组连接管道与换热器保护管组逐个进行连接，方法兰密封使用不锈钢方型密封垫，法兰间连接用螺栓连接；

③将空气换热器管组连接管道逐个与空气换热器进行连接，圆型法兰密封使用不锈钢缠绕垫，法兰间连接用螺栓连接；

④换热器与烟道密封采用缝隙用纤维毯填塞，缝隙上部用纤维浇注料进行整体浇注密封的方法；

（5）试车：将换热器保护管组及空气换热器管组安装完毕后，启动助燃风机手感检查有无泄漏。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于：所述换热器保护管组的出、入口风箱尺寸沿中心线对称，保护管组的出、入口风箱材质全部使用0Cr13，保护管组集管采用1Cr18Ni9Ti材质。

3.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于：所述换热器的集管单根管长度为3224毫米。

4.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于：所述的换热器运行三年后，将保护管组拆下转动180°，仍可安装在烟气流出端运行。