CN108106483B - 一种新型花板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型花板，包括主板，所述主板的一侧表面上爆炸复合有钛板，在所述钛板表面上爆炸复合有锆板；花板上还设置有多个管孔和固定孔。本发明所提供的新型花板在化纤酸浴系统中可作为换热器的上下管板，其以316L不锈钢为主板，钛板、锆板为复板，进行两次爆炸复合，形成锆材复合板，此结构与高温酸浴直接接触的是锆，其腐蚀率＜0.0025mm/a，使得新型花板的使用寿命预估至少10年以上，可大幅延长检修周期，从而降低人工检修强度，降低设备检修的费用。

Description

一种新型花板

技术领域

本发明涉及一种新型花板，尤其涉及一种应用于化纤酸浴系统中的换热器的花板。

背景技术

目前，化纤酸浴系统中的换热器，均以石墨管换热器或石墨块换热器为主，此类换热器以钢衬胶花板来进行装配组合，在使用过程中，钢衬胶花板的衬胶易脱壳、离鼓，高温酸浴直接与钢骨架相接处，对钢骨架迅速腐蚀，致使管孔密封失效，泄漏。

而且钢衬胶花板抗击打能力较弱，极易损坏，衬胶极其容易碎裂，致使密封面不平发生泄漏，对换热器壳体亦造成严重腐蚀。

此外，目前钢衬胶花板的使用周期约为2-3年，在化纤酸浴系统中钢衬胶花板数以千计，几乎每天都会需要进行换热器维修，花板损坏之后，与之配套的胶圈、石墨管等亦会损坏，造成非必要的经济损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型花板，以材质和结合形式的改变，让高温酸浴与锆直接接触，降低腐蚀率，提高使用寿命，并可以延长检修周期，降低检修成本。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种新型花板，包括主板，所述主板的一侧表面上爆炸复合有钛板，在所述钛板表面上爆炸复合有锆板。

爆炸复合常称为爆炸焊接，它可使绝大多数金属材料相互复合在一起形成两种或多种金属(合金)性能的复合材料,从而大大扩展了现有金属(合金)的性能及应用范围,并可节约稀贵金属。爆炸复合的优点主要表现在:①它可使熔点、强度、热膨胀系数等性能差异极为悬殊的金属组合实现复合。如铝厂钢、铅/钢这两种金属组合。这两种组合金属的熔点、强度、热膨胀·系数等性能差异极为悬殊,用其它连接技术几乎是不可能把它们连接在一起的,或者即使把它们连接在一起,其结合质量也是难以保证的。而采用爆炸复合技术却是成功的。这是其它连接技术无法比拟的。②由于爆炸复合是在极短的时间心微秒量级)内完成的,因此其复合界面几乎没有扩散或者仅有程度很小的扩散。所以可以避免脆性金属化合物的生成,可实现钛/钢等金属组合的复合。③爆炸复合的工程应用是新颖而独特的。它对异形件的复合独具特长,如它可对金属管材进行外包与内包复合。此外对基材的最大厚度没有限制；还可进行一次多层复合等。目前现有的花板表面采用的都是钢衬胶，都是直接涂布在花板表面，在本领域中没有爆炸复合的相关应用，对应的也没有上述优点。

本发明中，将现有技术中主板上的钢衬胶改为钛板和锆板，通过爆炸复合的方式互相固定连接成一个整体板状结构，其中钛板的作用是起到过渡层、粘合剂的作用，使锆板能够复合到钢板表面，经实践的研究发现，锆板与钢板在爆炸复合时，相应的原子不能相互融合，不能达到复合的要求，所以需要一种既能复合到锆板又能复合到钢板的材料，钛板可以完美的完成任务。而锆板的作用是锆材耐酸、碱性液体的腐蚀率极低，锆材抗磨损强度极高，其相对于钢衬胶具有明显的抗腐蚀性，不会出现现有技术中存在的各种问题，而且使用寿命较钢衬胶大幅增加，从而降低了检修或更换设备的人工及材料的成本。本发明选用锆板，还因为：锆是一种稀有金属，具有惊人的抗腐蚀性能、极高的熔点、超高的硬度和强度等特性，从军工上来看，钢里只要加进千分之一的锆，硬度和强度就会惊人地提高，而且含锆的装甲钢、大炮锻件钢、不锈钢和耐热钢等是制造装甲车、坦克、大炮和防弹板等武器的重要材料，有如此多的先例，将锆材料运用到在酸浴系统中，能够解决换热器使用寿命短的难题，降低设备的成本及检修次数。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述花板的中部设置有多个贯通的用于连接换热管的管孔。

采用上述进一步方案的有益效果是花板的中部是需要与换热管进行连接的，配合花板上锆板的结构，换热管也可以采用锆材制成，也起到抗腐蚀的作用。

进一步，多个所述管孔分成间隔设置的四组，各组所述管孔之间的间隙形成十字形的隔板连接区。

采用上述进一步方案的有益效果是基于换热器的整体结构，花板是安装换热器筒体的上下端，并与上下封头一起形成上下两个用于存储高温酸浴的腔体，两个腔体之间通过换热管连接，而要保证换热管内充满高温酸浴被蒸汽加热，就需要形成双S形的循环管路，高温酸浴要经历两个从上到下，再从下到上的过程，这样需要对腔体进行分隔，所以在设置管孔时，需要预留用于与隔板连接的区域。

进一步，每组所述管孔中的各管孔等间距均匀设置。

采用上述进一步方案的有益效果是各个区域内管孔需要是均匀分布的，这样换热管之间间距也相等，被蒸汽加热是更加均匀，可以提高加热的效率。

进一步，所述管孔的内壁上焊接有锆管，并在焊接的锆管上设置有至少一圈用于放置密封圈的内凹水槽。

采用上述进一步方案的有益效果是管孔的内壁也可能会高温酸液从与换热管的间隙中流入，所以在管孔内壁的表面焊接锆管，进一步提高抗腐蚀性能，在锆管内表面上设置至少一圈环形的内凹水槽，其中可以放置密封圈，比如橡胶圈之类的，起到密封的作用，防止高温酸浴从管孔和换热管之间的间隙中流出，腐蚀其他结构部件。

进一步，所述花板的边缘设置有多个贯通的用于固定花板的固定孔。

采用上述进一步方案的有益效果是花板需要和换热器的其他部件相配合安装，所以需要固定孔，而中间已经设置连接换热管的管孔，所以在边缘设计多个固定孔

进一步，多个固定孔沿所述花板的边缘周向等间距均匀分布。

采用上述进一步方案的有益效果是考虑到更加牢固的连接关系，优选是均匀等间隔分布。

进一步，所述固定孔为沉孔或螺栓孔。

采用上述进一步方案的有益效果是因为是上下双向连接，所以固定孔可以分别设计成两种，沉孔根据头部的位置是连接一侧的结构，螺栓孔则是连接另一侧的结构。优选的，沉孔或螺栓孔可间隔交替设置，使上下连接关系通过交错更加紧密，连接形成一个整体结构。

进一步，所述花板的周向侧壁上设置有多个螺钉孔。

采用上述进一步方案的有益效果是为了加强连接关系，换热器的侧向上还可能外面包裹一层结构，所以在花板的周向侧壁上开设多个用于连接外包裹结构的螺钉孔。

进一步，所述主板为316L不锈钢材料制成，所述钛板为TA2工业钛材料制成，所述锆板为锆材料制成。

不锈钢材料是现有的常规材料，在本发明中主板采用316L这个型号的不锈钢，其常用于纸浆和造纸用设备热交换器。而工业钛(T i)按其杂质含量的不同，分为TA1、TA2和TA3三个牌号，这三种工业钛的间隙杂质元素是逐渐增加的，故其机械强度和硬度也随之逐级增加，但塑性、韧性相应下降。本发明中综合考虑其各种性能指标采用居中的TA2工业钛。而锆(Zr)的表面易形成一层氧化膜，具有光泽，故外观与钢相似，其具有耐腐蚀性，耐腐蚀性比钛好，接近铌、钽，但比铌、钽来源广泛、价格低廉。

本发明的有益效果是：本发明所提供的新型花板在化纤酸浴系统中可作为换热器的上下管板，其以316L不锈钢为主板，钛板、锆板为复板，进行两次爆炸复合，形成锆材复合板，其上的管孔用以与加工完成后的锆材料制成的换热管焊接，管孔的水线、垂直度、偏差度较传统衬胶管板更为精确，配合换热器的其他结构可实现高温酸浴的存储和流通，同时此结构与高温酸浴直接接触的是锆，其腐蚀率＜0.0025mm/a，使得新型花板的使用寿命预估至少10年以上，可大幅延长检修周期，从而降低人工检修强度，降低设备检修的费用。在使用中，可提高化纤酸浴系统的稳定性，完全去掉因花板损坏造成的非必要停产次数，高温酸浴泄漏几率降低，亦可保证其他相关系统不受影响，进一步完善化纤酸浴系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明新型花板的俯视图；

图2为本发明新型花板中管孔的剖视图；

图3为本发明新型花板中沉孔的剖视图；

图4为本发明新型花板中螺栓孔的剖视图；

图5为本发明新型花板中螺钉孔的剖视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、主板，2、钛板，3、锆板，4、管孔，5、隔板连接区，6、内凹水槽，7、沉孔，8、螺纹孔，9螺钉孔,10、锆管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至图5所示，一种新型花板，包括主板1，所述主板1的一侧表面上爆炸复合有钛板2，在所述钛板2表面上爆炸复合有锆板3。具体钛板2和锆板3设置在主板1的一侧即可，这一侧配合换热器的其他结构(封头等)存储高温酸浴，另一侧连接换热管，换热管将高温酸浴导出，并被高温蒸汽再加热。这样的花板结构，与高温酸浴直接接触的是锆板3，而锆的腐蚀率极低，可以提高花板及换热器的使用寿命，并可以延长检修周期，降低检修成本。

在上述实施方式的基础上，如图1和图2所示，所述花板的中部设置有多个贯通的用于连接换热管的管孔4。花板的中部是需要与换热管进行连接的，配合花板上锆板3的结构，换热管也可以采用锆材制成，也起到抗腐蚀的作用。

具体的，多个所述管孔4分成间隔设置的四组，各组所述管孔4之间的间隙形成十字形的隔板连接区5。基于换热器的整体结构，花板是安装换热器筒体的上下端，并与上下封头一起形成上下两个用于存储高温酸浴的腔体，两个腔体之间通过换热管连接，而要保证换热管内充满高温酸浴被蒸汽加热，就需要形成双S形的循环管路，高温酸浴要经历两个从上到下，再从下到上的过程，这样需要对腔体进行分隔，所以在设置管孔4时，需要预留用于与隔板连接的区域。优选的，筒体一般是圆柱形，那花板就需要设计成圆形板，这样可将管孔4按四分之一圆均分成四组，每组之间形成十字形的隔板连接区5，隔板可以选择横向竖直安装或纵向竖直安装，实现对应的分隔作用。

其中一种具体实施方式可以是，上侧的花板的上方安装上隔板，具体的，上侧的花板及上封头之间的腔体先被横向竖直隔板分成前后两部分，前部分再被纵向竖直隔板分成前左和前右两部分，下侧的花板的下方安装下隔板，具体的，下侧的花板及下封头之间的腔体被纵向竖直隔板分成左和右两部分。高温酸浴的流向是从上前左部分进入，先通过换热管向下流动至下左部分，再通过换热管向上流动至上后部分，然后通过换热管向下流动至下右部分，最后通过换热管向上流动至上前右部分，实现双S形的循环管路。对应的，在上前左部分对应的上封头处设置酸浴进口，在上前右部分对应的上封头处设置酸浴出口，下封头处设置放空口。

当然，隔板的设置不仅限与上述具体的实施方式，也可以采用类似的方式，实现换热管的换热功能即可，总之，需要在管孔4之间设置十字形的隔板连接区5来对应安装隔板。

具体的，每组所述管孔4中的各管孔4等间距均匀设置。各个区域内管孔4需要是均匀分布的，这样换热管之间间距也相等，被蒸汽加热是更加均匀，可以提高加热的效率。优选的，各个管孔4设计成圆形孔，换热管也是圆形管，相邻管孔4的圆心之间成等边三角形。

具体的，所述管孔4的内壁上焊接有锆管10，并在焊接的锆管10上设置有至少一圈用于放置密封圈的内凹水槽6。管孔4的内壁也可能会高温酸液从与换热管的间隙中流入，所以在管孔4内壁的表面焊接锆管10，进一步提高抗腐蚀性能，在锆管10内表面上设置至少一圈环形的内凹水槽6，其中可以放置密封圈，比如橡胶圈之类的，起到密封的作用，防止高温酸浴从管孔4和换热管之间的间隙中流出，腐蚀其他结构部件。优选的，设计两圈上下分布的环形的内凹水槽6，双重保护，内凹水槽6可以设计成深1.5-2mm。

而管孔4的具体形状，可以设计成如图2所示的台阶形，其靠近爆炸复合钛板2和锆板3的一侧尺寸大，另一侧尺寸小，换热管也设计成对应形状，即端部尺寸大一些，这样锆材料制成的换热管端部卡入到管孔4靠近爆炸复合钛板2和锆板3的一侧，而且连接牢固。具体内凹水槽6可以设计在管孔4尺寸较大侧的管壁上。

在上述实施方式的基础上，如图1、图3和图4所示，所述花板的边缘设置有多个贯通的用于固定花板的固定孔。花板需要和换热器的其他部件相配合安装，所以需要固定孔，而中间已经设置连接换热管的管孔4，所以在边缘设计多个固定孔。优选的，花板的边缘需要配合安装的结构是封头和筒体，上侧的花板的边缘上端固定连接上封头，下端连接筒体，下侧的花板的边缘上端固定连接筒体，下端连接下封头。

具体的，多个固定孔沿所述花板的边缘周向等间距均匀分布。考虑到更加牢固的连接关系，优选是均匀等间隔分布。

具体的，所述固定孔为沉孔7或螺栓孔8。因为是上下双向连接，所以固定孔可以分别设计成两种，沉孔7根据头部的位置是连接一侧的结构，螺栓孔8则是连接另一侧的结构。优选的，沉孔7或螺栓孔8可间隔交替设置，使上下连接关系通过交错更加紧密，连接形成一个整体结构。而沉孔7的沉头设置的位置，可以如图3所示，设置在主板1爆炸复合有钛板2和锆板3的一侧。

在上述实施方式的基础上，如图1和图5所示，所述花板的周向侧壁上设置有多个螺钉孔9。为了加强连接关系，换热器的侧向上还可能外面包裹一层结构，所以在花板的周向侧壁上开设多个用于连接外包裹结构的螺钉孔9。优选的，螺钉孔9可以等间距的沿花板的周向侧壁设置。

上述实施方式中，所述主板1为316L不锈钢材料制成，所述钛板2为TA2工业钛材料制成，所述锆板3为锆材料制成。管孔4内壁上焊接的锆管10以及换热器的换热管也由锆材料制成。

本发明的花板总厚度为64mm，其中锆板3厚度为6mm，钛板2厚度为2mm，主板1厚度为56mm。在爆炸复合中，钛板2主要以一种粘合剂的形式存在，可以实现锆板3和主板1的爆炸复合即可，所以2mm足够了，多了增加成本，而再薄就无法爆炸复合了。锆板3为主要的耐腐蚀、耐磨损的介质，且爆炸复合时锆板3的最小厚度为6mm，小于这个厚度不方便进行爆炸复合，而这样的厚度就可以实现较好的抗腐蚀效果，所以，考虑到锆材料的稀有性，而且价格较贵，本发明用6mm足以满足使用要求，节约了制造成本。

本发明的花板按上述具体实施方式制作出来，需要符合以下技术要求：

1.花板应符合NB/T 47002.3-2009压力容器用爆炸焊接复合板的要求，主板1及其上的钛板2、锆板3复合后，花板的密封面应与轴线垂直,其垂直度允差为±1.0mm。

2.管孔4应严格垂直于花板的密封面,其垂直度允差为±0.5mm。

3.花板的密封面应与轴线垂直,其垂直度允差为±1.0mm。

4.花板上的管孔4钻孔后，≥96％的管孔4允许孔桥宽度必须≥8.15mm。允许的最小孔桥宽度为6.5mm。

5.不锈钢的主板1制造完毕后，按行业内标准。

6.管孔4直径为51mm，沉孔7直径为43mm，螺纹孔8直径为24mm。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新型花板，包括主板(1)，其特征在于，所述主板(1)的一侧表面上爆炸复合有钛板(2)，在所述钛板(2)表面上爆炸复合有锆板(3)；所述花板的中部设置有多个贯通的用于连接换热管的管孔(4)，所述管孔(4)的内壁焊接有锆管(10)，并在焊接的锆管(10)上设置有至少一圈用于放置密封圈的内凹水槽(6)，所述锆管(10)内壁为台阶形，其靠近钛板(2)和锆板(3)一侧尺寸大，另一侧尺寸小，所述内凹水槽(6)设置在所述锆管(10)尺寸较大侧的内壁上。

2.根据权利要求1所述一种新型花板，其特征在于，多个所述管孔(4)分成间隔设置的四组，各组所述管孔(4)之间的间隙形成十字形的隔板连接区(5)。

3.根据权利要求2所述一种新型花板，其特征在于，每组所述管孔(4)中的各管孔(4)等间距均匀设置。

4.根据权利要求1所述一种新型花板，其特征在于，所述花板的边缘设置有多个贯通的用于固定花板的固定孔。

5.根据权利要求4所述一种新型花板，其特征在于，多个固定孔沿所述花板的边缘周向等间距均匀分布。

6.根据权利要求4所述一种新型花板，其特征在于，所述固定孔为沉孔(7)或螺栓孔(8)。

7.根据权利要求1所述一种新型花板，其特征在于，所述花板的周向侧壁上设置有多个螺钉孔(9)。

8.根据权利要求1至7任一项所述一种新型花板，其特征在于，所述主板(1)为316L不锈钢材料制成，所述钛板(2)为TA2工业钛材料制成，所述锆板(3)为锆材料制成。

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