CN110849189B - 毛细管管壳式换热器中的管板成型方法 - Google Patents

Abstract

一种毛细管管壳式换热器中的管板成型方法，包括如下步骤：一、取薄板(1)，该薄板(1)上开设有供毛细管(2)的端部穿过的管孔(10)；将薄板(1)的周边与换热器上的管箱筒体(3)内壁相密封连接；然后将毛细管(2)的端部伸入上述薄板(1)的管孔(10)内，并与管孔(10)密封连接；二、在薄板(1)的上侧注入用于成型管板(7)的成型液(70)，成型液(70)包围住各毛细管(2)，并与管箱筒体(3)的内壁相接触；三、待上述成型液(70)冷却固化后，与所述毛细管(2)的外壁、管箱筒体(3)的内壁相紧密结合，即完成管板(7)的成型。本发明能简化装配难度的同时使得毛细管能按照所需的间距分布在管板上。

Description

毛细管管壳式换热器中的管板成型方法

技术领域

本发明属于换热器制备技术领域，具体涉及一种毛细管管壳式换热器中的管板成型方法。

背景技术

传统的管壳式换热器，一般都需要先制作管板，管板上制作管孔，换热管穿入管板上的管孔中，并与管板之间焊接或胀接。对毛细管管壳式换热器而言，由于毛细换热管很细，管板上制孔困难，而且管板越厚，制孔难度越大，这就限制了管板的厚度。如，对于直径为φ3的管孔，一般成熟的工艺，管板厚度不能超过30-40mm。而对管板厚度的限制，也就是对换热器大型化和设计压力的限制。另一方面，管子-管板的焊接也很困难，因为，毛细管直径小，壁厚薄，通常电焊和氩弧焊等方法都已不适用，而需要采用激光焊，并需要自动跟踪技术的加持，故焊接的成本会非常的高。

为了克服上述缺陷，申请号CN201910111087.2的发明专利申请《一种毛细管换热器管板和毛细管的焊接方法》(申请公布号为CN109877416A)公开的焊接方法包括如下步骤：1、加工工装，工装整体呈碗状结构，在底部打若干小孔，工装整体采用高温耐火材料制造；2、将内部穿有耐高温金属丝的不锈钢毛细管按照毛细管换热器要求进行排列布置，使金属丝按照顺序依次穿过工装底部的小孔，金属丝留出适当的长度使得焊接流程完成后能够方便的将金属丝从毛细管中抽出，将该布置形式采用适当的方法进行固定，金属丝应保持竖直向下；3、向工装内部加入适量的金属，加入的金属材料应与毛细管本身材料保持一致，保证后续熔化过程中能够紧密凝固到一起；4、向工装内部采用高频加热或者焊接火焰高温熔融的方式对靠近工装底部的部分进行加热，毛细管管头部分管壁同预先放入的金属一起发生熔化，熔化后的金属液体连同剩余的毛细管部分凝固到一起，形成一体化的管板及不锈钢毛细管结构；5、待熔化凝固后，将工装取下，利用预留的金属丝头部将毛细管内的金属丝抽出，管板上形成同毛细管通道相通的孔，对形成的管板和毛细管同端盖、壳程进行进一步加工装配，完成毛细管换热器整体制造。

该焊接方法解决了换热器中毛细管和管板焊接困难的问题，但同时存在如下问题：

首先，步骤3中加入的金属材料与毛细管材料保持一致，也就是两者的熔点一致，毛细管熔化后不再保持原来的管子形状，又如何形成管子-管板结构。

其次，步骤5中由于毛细管已经熔化，毛细管中的金属丝如何保证不会与毛细管粘结在一起。即便在凝固后的管板上形成与毛细管相通的孔，但由于金属丝的外径小于毛细管的内径，因此该凝固的管板上的孔径将变得更小，孔之间的间距也难以保证一致性，从而会影响管程介质的流动性和换热效果。

另外，去掉工装后，再将这凝固后的带有毛细管的管板放入到管壳式换热器中，是一件困难的事情。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种毛细管管壳式换热器中的管板成型方法，在简化装配难度的同时使得毛细管能按照所需的间距和内径分布在管板上。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种毛细管管壳式换热器中的管板成型方法，其特征在于包括如下步骤：

一、取薄板，该薄板上先开设有供毛细管的端部穿过的管孔，管孔的间距及数量根据要求而定；接着将该薄板放置在换热器的管箱筒体内，使该薄板的周边与管箱筒体内壁相密封连接；然后将毛细管的端部伸入上述薄板的管孔内，并与管孔密封连接；

二、在薄板的上侧注入用于成型管板的成型液，该成型液包围住各毛细管，并与管箱筒体的内壁相接触；

其中，所述成型液为熔点低于毛细管熔点的液态金属或非金属或合金；成型液的注入量根据所需管板实际体积而定；

三、待上述成型液冷却固化后，与所述毛细管的外壁、管箱筒体的内壁相紧密结合，即完成管板的成型。

薄板与管箱筒体之间可通过焊接而实现密封连接，薄板上的管孔与毛细管之间也可通过焊接实现密封连接。本申请中，为了降低操作难度，减少焊接工作量，所述步骤一中薄板与管箱筒体及毛细管之间的密封连接也可采用如下方式：在薄板的下侧用耐高温密封材料进行封堵，以密封毛细管与管孔以及薄板与管箱筒体内壁之间的缝隙；

所述步骤三中，待成型液冷却固化后，去除上述耐高温密封材料，即完成管板的成型。

如此，薄板与管箱筒体及毛细管之间不是完全焊接密封也可实现，从而减少了工作，且容易操作。

在上述方案中，为使得成型液从薄板上侧注入时不会漏出来，在薄板下侧用耐高温密封材料进行封堵，为便于操作，所述耐高温密封材料为耐火泥。当然，也可用其它材料顶替。

同时为了减小换热器的重量，也可以再一次利用该薄板，所述步骤三中去除耐高温密封材料后，再去除上述薄板，完成管板的成型。然而，若薄板连接在管箱筒体，也不会影响到使用。

为进一步确保管程介质流入的顺畅性，优选的，所述毛细管的端面与所述管板的外端面相齐平。传统的换热器中，换热管直接焊接在管板上，换热管的端部一般外露于管板的外端面，使得换热管的端部能与管板相焊接，进而保证换热管与管板间的连接强度，但换热管的端部外露同时存在影响上管板介质排净且增大管程介质流动阻力的缺陷。而本申请中管板的成型方法能使管板与换热管紧密结合，故而，进一步，可采用机加工的方法去除薄板，并使换热管的端面与管板的外端面相齐平，形成优于常规管壳式换热器的管子-管板连接结构。

在上述各方案中，所述步骤二中成型液注入的过程中对整个换热器进行振动。从而保证成型液形成的管板密实无孔隙。

进一步的，所述步骤二中的成型液从换热器的壳程接管处注入。当然也可从换热器的人孔或其它开口处注入。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过设置薄板，该薄板起到临时性管板的作用，保证毛细管之间的间距以及分布状态；通过在薄板上侧注入成型管板的成型液，待成型液固化后，与毛细管的外壁结合成一体，并与管箱筒体的内壁相紧密结合，即形成分隔管程与壳程的管板，故而，本发明中的管板根据毛细管的分布而形成，不会影响到毛细管的形状、间距及分布，进而使得毛细管能维持原有的性状，确保换热管内径及其流动性。且本申请中管板的厚度可通过成型液的注入量而定，操作方便，同时由于在管箱筒体内进行，无需在凝固成形后再移动，从而还克服了现有技术中凝固管板的移动带来的不便问题；最终形成的管子-管板结构明显优于普通管壳式换热器。

附图说明

图1为本发明实施例中仅装配有薄板和毛细管的换热器结构示意图；

图2为本发明实施例中在薄板的基础上装配有耐火泥和成型液的换热器结构示意图；

图3为本发明实施例中具有管板的毛细管管壳式换热器的部分结构示意图；

图4为图3中去除壳程筒体并缩短管箱筒体后的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1～4所示，为本发明的一种毛细管管壳式换热器中的管板成型方法的一个优选实施例，该成型方法包括如下步骤：

一、取薄板1，该薄板1上先开设有供毛细管2的端部穿过的管孔10，管孔10的间距及数量根据毛细管2端部的管间距及毛细管2的数量等要求而定；该薄板1主要起到挡板和控制毛细管2端部管间距的作用，故而对薄板1的厚度没有特殊要求，但为了便于在薄板1上开设管孔10，可选用厚度较薄的板；接着将薄板1放置在换热器的管箱筒体3内，使该薄板1的周边与管箱筒体3内壁相焊接；然后将毛细管2的端部伸入上述薄板1的管孔10内，并与管孔10密封连接；具体请参见图1；

由于毛细管2的管壁很薄，毛细管2与薄板1之间若通过焊接来密封，焊接难度很大，为了提高薄板1与毛细管2及管箱筒体3内壁之间的密封性，如图2所示，本实施例中在薄板1的下侧用耐火泥4进行封堵，以密封毛细管2与管孔10以及薄板1与管箱筒体3内壁之间的缝隙；如此，薄板1与毛细管2以及管箱筒体3之间无需完全焊接密封，从而减少了焊接工作量，且保证了密封性能；

二、通过将浇铸器具5穿过换热器的壳程接管6，往薄板1的上侧注入用于成型管板7的成型液70，成型液70包围住各毛细管2，并与管箱筒体3的内壁相接触；注入过程中，对整个换热器进行振动，以使成型液形成的管板7密实无空隙；

其中，成型液70的注入量根据所需的管板7的实际体积而定；成型液70为熔点低于毛细管2熔点的液态金属或非金属或合金；成型液70与毛细管2及管箱筒体3之间需具有一定的结合强度，成型液70具体的选择需考虑具体工况对机械性能、耐腐蚀性能及介质相容性等要求；如，若毛细管2选用熔点不超过1300℃的奥氏体不锈钢S31608，对于低温工况(如操作温度低于零度时)，成型液70可选用市面上在售的低熔点合金，该低熔点合金采用铋、镉、锡、铅、镝、铟等元素作为主要成分，组成不同的共晶型低熔点合金，其熔点范围为60-200℃；当介质温度提高后，成型液70可选用熔点高一些的合金，如铜锌合金、铜锡合金等，这些成型液70的熔点温度低于毛细管2的熔点温度，熔化过程不会影响毛细管2的形状，甚至毛细管2材料的性能可以很好地维持；

三、如图3所示，待上述成型液70冷却固化后，与毛细管2的外壁、管箱筒体3的内壁相紧密结合，无需再在结合处进行焊接、密封；然后去除上述的耐火泥4，再机加工去除上述薄板1(若用焊接的方式代替耐火泥4进行密封时，待上述成型液70冷却固化后，直接用机加工去除上述薄板1)，经过壳程压力试验、清洗等工序，最后完成管板7的成型。该管板7由于是直接在薄板1上成型，机加工去除薄板1后，管板7的外端面与毛细管2平齐。本实施例中，若去掉壳程筒体8、缩短管箱筒体3的长度，使得管箱筒体3的长度接近或等于管板7的厚度，则形成了仅包含毛细管2与管板7的结合结构(类似于浮头式管板)，具体请参见图4，结构简洁、工整。

本实施例中，换热器竖向放置，管箱筒体3位于换热器的底部，该管箱筒体3内耐火泥4施加在薄板1的下侧，成型液70施加在薄板1的上侧，使成型液70在薄板1上方固化；对于管箱筒体位于换热器顶部的工况，将换热器颠倒过来，使得管箱筒体3位于换热器底部，再按照上述管板成型方法进行即可，程序不变。

当然，本实施例中也可先按上述方法在管箱筒体3上成型管板7，再将具有管板7及毛细管2的管箱筒体焊接至壳程筒体8上，即制得换热器。采用该方法时，成型液70可在无壳程筒体8的情况下直接从薄板1的上侧注入，使得注入更加方便。

Claims (8)

1.一种毛细管管壳式换热器中的管板成型方法，其特征在于包括如下步骤：

一、取薄板(1)，该薄板(1)上先开设有供毛细管(2)的端部穿过的管孔(10)，管孔(10)的间距及数量根据要求而定；接着将该薄板(1)放置在换热器的管箱筒体(3)内，使该薄板(1)的周边与管箱筒体(3)内壁相密封连接；然后将毛细管(2)的端部伸入上述薄板(1)的管孔(10)内，并与管孔(10)密封连接；

二、在薄板(1)的上侧注入用于成型管板(7)的成型液(70)，该成型液(70)包围住各毛细管(2)，并与管箱筒体(3)的内壁相接触；

其中，所述成型液(70)为熔点低于毛细管(2)熔点的液态金属或非金属；成型液(70)的注入量根据所需的管板(7)的实际体积而定；

三、待上述成型液(70)冷却固化后，与所述毛细管(2)的外壁、管箱筒体(3)的内壁相紧密结合，即完成管板(7)的成型。

2.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：所述步骤一中薄板(1)与管箱筒体(3)及毛细管(2)之间的密封连接采用如下方式：在薄板(1)的下侧用耐高温密封材料进行封堵，以密封毛细管(2)与管孔(10)以及薄板(1)与管箱筒体(3)内壁之间的缝隙；

所述步骤三中，待成型液(70)冷却固化后，去除上述耐高温密封材料，即完成管板(7)的成型。

3.根据权利要求2所述的成型方法，其特征在于：所述耐高温密封材料为耐火泥(4)。

4.根据权利要求2所述的成型方法，其特征在于：所述步骤三中去除耐高温密封材料后，再去除上述薄板(1)，完成管板(7)的成型。

5.根据权利要求4所述的成型方法，其特征在于：所述毛细管(2)的端面与所述管板(7)的外端面相齐平。

6.根据权利要求1～5任一权项所述的成型方法，其特征在于：所述步骤二中成型液(70)注入的过程中对整个换热器进行振动。

7.根据权利要求1～5任一权项所述的成型方法，其特征在于：所述步骤二中的成型液(70)从换热器的壳程接管(6)处注入。

8.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：所述成型液(70)为熔点低于毛细管(2)熔点的合金。

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