CN117483567A - 高粘多聚物换热器翅片与套管组装质控装置及质控方法 - Google Patents

高粘多聚物换热器翅片与套管组装质控装置及质控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高粘多聚物换热器翅片与套管组装质控装置及质控方法，属于换热器的技术领域。包括：基础元件单元、基于基础元件单元组装的型压验证试验工装、以及基于基础元件单元组装的型压质控试验工装。本发明控制翅片在管束上的安装质量，保证翅片与翅片之间，翅片与管板之间的紧密接触，保证了换热器的产品质量水平和工作寿命。

Description

高粘多聚物换热器翅片与套管组装质控装置及质控方法
技术领域
本发明属于换热器的技术领域，特别是涉及高粘多聚物换热器翅片与套管组装质控装置及质控方法。
背景技术
本体聚合工艺中的高温、高粘流体在高真空下操作带来的工程问题难度颇大，在脱挥工序表现的尤为典型和集中。例如，本体聚合工艺生产苯乙烯系列树脂的转化率为50%~80%之间，有20%~50%的单体或易挥发组分需要在脱挥工序中脱出。该体系的残留挥发成分主要为苯乙烯，由于苯乙烯沸点较高，与聚苯乙烯相容性良好，亨利系数不大，因此脱挥过程通常在高温、高真空下操作。在物料进入脱挥器之前，需要在预热器中对物料进行预热，以此降低聚合物体系粘度，增加扩散系数。为使得聚合物溶液的预加热可以在较高的换热效率、较低温度梯度和成本经济的情况下实现，本领域可以通过应用翅片式管束换热器实现，该类翅片式管束脱挥预热器具有提高的传热能力、较小的占地面积、较低的温度梯度的特点。通常，翅片与管束之间为分离式，及翅片开孔后套装在管束上。由于高粘度多聚物在翅片之间形成的通道中挤出流动，当翅片与翅片、翅片与管板之间贴合不紧密时，翅片之间难以保证平行关系，致使高粘度多聚物在翅片间所受阻力大小和方向偏离理想状态，随着生产的进行偏离程度越来越大，严重影响产品的质量水平和脱挥预热器的使用寿命。受该类脱挥预热器结构型式所限，后续维修难度巨大，甚至难以维修，因此对翅片在管束中安装质量提出了更高的要求。对翅片进行一定程度的预应力压紧是保证翅片与翅片、翅片与管板之间贴合紧密行之有效的方法，但是由于该类设备规模较大，翅片数量及层数较多，需要施加的载荷较大，若应用液压机等设备施压，要求液压机具有极大的工作载荷和大行程，这无疑会增加设备投入，同时对场地范围要求也较高。目前，翅片套管工序结束后，质控手段较少，亟需一种高粘度多聚物换热器翅片与套管组装质控装置及质控方法解决以上技术问题。
发明内容
本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供高粘多聚物换热器翅片与套管组装质控装置及质控方法。
本发明采用以下技术方案：一种高粘多聚物换热器翅片与套管组装质控装置，其特征在于，包括：基础元件单元、基于基础元件单元组装的型压验证试验工装、以及基于基础元件单元组装的型压质控试验工装；其中，所述基础元件单元包括：
翅片，所述翅片为中心线对称；所述中心线的两侧分别设有列孔组，两组列孔组具有旋转对称或平移对称性；列孔组内具有若干个孔，每个孔的轴线垂直于翅片对应位置处的上、下表面；
换热管，根据需求预先设置好弯曲度和外径不圆度；任一换热管上的至少两个翅片为非完全重合堆叠。
在进一步的实施例中，所述换热管的全长弯曲度不大于钢管长度的0.1%；所述换热管的外径不圆度不超过外径的1%。
在进一步的实施例中，所述型压验证试验工装包括：
若干个金属棒，沿周向分布于基础元件单元的外部；所述金属棒具有固定端和活动端；所述金属棒的预定位置处设置有卡圈，自卡圈起固定有金属标线；
第一压块，与所述若干个金属棒的固定端连接；
第二压块，穿过所述金属棒的活动端；所述活动端的外表面车有螺纹；所述基础元件单元内的换热管的两端分别穿过第一压块和第二压块，并沿其轴向具有往返自由度；
垫片和螺母，可操作性的与螺纹连接。
在进一步的实施例中，所述第一压块和第二压块分别和与之相近的翅片相贴近。
在进一步的实施例中，所述型压质控试验工装包括：
两组管板，分别活动穿插换热管的两端；所述管板用于限度换热管的径向自由度；其中，所述换热管上的翅片为多层且压实；
若干个金属棒，沿周向分布于基础元件单元的内部；所述金属棒具有固定端和活动端；所述金属棒的预定位置处设置有卡圈，自卡圈起固定有金属标线；
第一压板，与所述若干个金属棒的固定端连接；
第二压板，穿过所述金属棒的活动端；所述活动端的外表面车有螺纹；所述基础元件单元内的换热管的两端分别穿过第一压板和第二压板，并沿其轴向具有往返自由度；
垫片和螺母，可操作性的与螺纹连接。
使用如上所述的高粘多聚物换热器翅片与套管组装质控装置的质控方法，包括以下步骤：
步骤一、按照要求配置基础元件单元；
步骤二、基于步骤一的基础元件单元组装得到型压验证试验工装，利用所述型压验证试验工装进行型压验证试验，得到型压验证合格的基础元件单元；
步骤三、基于步骤二的型压验证合格的基础元件单元组装得到型压质控试验工装，利用所述型压质控试验工装完成翅片型压质控试验。
在进一步的实施例中，所述步骤二中的型压验证试验流程如下：
预先设置翅片紧实度质量控制判据阈值d；
对基础元件单元均匀地施加预压应力，翅片承受每承受预定的压应力增量后，暂停施压，记录金属标线伸长为，并获取当前相邻翅片之间的实测间隙/>；如此反复，直至间隙/>接近于阈值d，i为施加预压应力的次数，此时的翅片间所受压应力/>作为后续翅片型压质控试验的预设压应力；
其中，所述压应力增量为,/>为翅片的屈服强度下限值。
在进一步的实施例中，对基础元件单元均匀地施加预压应力的方式为：
采用对称交替的形式依次拧紧金属棒上的螺母。
在进一步的实施例中，所述步骤三中的翅片型压质控试验流程如下：
确定型压质控试验工装内金属棒的数量N，获取金属棒径向截面面积S，金属标线的长度为L；
对基础元件单元均匀地施加预压应力，翅片承受每承受预定的压应力增量后，暂停施压，记录金属标线伸长为，并采用以下公式计算当前的翅片等效压应力/>：
；
其中，j为施加预压应力的次数，，/>，/>为换热管n上的重叠面面积，/>，E为金属棒的弹性模量；
如此反复，直至等效压应力等于预设压应力/>，松掉螺母，对管板和换热管进行固定；拆除除基础元件单元以外的部件。
在进一步的实施例中，对基础元件单元均匀地施加预压应力的方式为：
采用对称交替的形式依次拧紧金属棒上的螺母。
本发明的有益效果：本发明提供了相应的工装，分别为单元法型压验证试验工装和产品型压验证试验工装，使得质控手段能成功实施。利用螺栓螺母组成的螺纹副实现对翅片与翅片间及翅片与管板间施加预加压应力，形式简单，投资低廉，场地占用小，减少专用液压机等贵重设备的投入。
本发明还提供了一种质控方法，控制翅片在管束上的安装质量，保证翅片与翅片之间，翅片与管板之间的紧密接触，保证了换热器的产品质量水平和工作寿命。该方法具备科学性与系统性，在保证翅片与翅片及翅片与管板之间紧密接触的同时，对卸载后对管头与管板的产生的附加应力进行了校核，保证了换热器运行的安全性与可靠性。
附图说明
图1为实施例1中的翅片堆叠的侧视图。
图2为实施例1中的翅片堆叠的截面图。
图3为实施例2中的型压验证试验工装的示意图。
图4为实施例3中的型压质控试验工装的示意图。
图1至图4中的各标注为：翅片1、孔2、换热管3、金属棒4、卡圈5、金属标线6、第一压块7、第二压块8、螺母9、第一压板10、第二压板11。
具体实施方式
下面结合说明附图和实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1
本实施例公开了高粘多聚物换热器翅片1与套管组装质控装置，包括：基础元件单元、基于基础元件单元组装的型压验证试验工装、以及基于基础元件单元组装的型压质控试验工装。需要说明的是，在组装型压质控试验工装时所使用的基础元件单元是经型压验证试验工装验证合格的基础元件单元，具体步骤可参考实施例4。
结合图1和图2，本实施例中的基础元件单元包括：翅片1，其特征为中心线对称中心线的两侧分别设有列孔组，两组列孔组具有旋转对称或平移对称性；列孔组内具有若干个孔2，每个孔2的轴线垂直于翅片1对应位置处的上、下表面。结合图1所示，本实施例中的列孔组中设置有六个孔2，每个孔2的轴线与其在翅片1位置处的上、下表面垂直。需要注意的，本实施例在穿管前应保证翅片1边缘及开孔2范围内无毛刺，所有表面平整、光洁、无附着物。
还包括：穿插在翅片1上的换热管3，本实施例中的换热管3根据需求预先设置好弯曲度和外径不圆度。优选的换热管3的全长弯曲度不大于钢管长度的0.1%；所述换热管3的外径不圆度不超过外径的1%。
翅片1堆垛或者堆叠在换热管3上时，满足以下要求：任一换热管3上的至少两个翅片1为非完全重合堆叠。换言之，即存在至少一个翅片1与其相邻层翅片1不重合堆垛（或堆叠），存在重叠面积，重叠面积小于翅片1上表面积（或下表面积）。
综上，本实施例的基础元件单元为高度对称结构，可通过旋转、平移、缩放等方式与其他位置重合。为了保证其性能，在选材时材质一致性，即试验单元的组成元件与实际产品的材质对应保持一致。
实施例2
基于实施例1所述的具有高度对称的基础元件单元，设计并制作型压验证试验工装。如图3所示，包括：沿周向分布于基础元件单元的外部的若干个金属棒4，金属棒4具有固定端和活动端；所述金属棒4的预定位置处设置有卡圈5，自卡圈5起固定有金属标线6。还包括：与若干个金属棒4的固定端连接的第一压块7，以及穿过所述金属棒4的活动端的第二压块8。基础元件单元内的换热管3的两端分别穿过第一压块7和第二压块8，并沿其轴向具有往返自由度。第一压块7和第二压块8分别和与之相近的翅片1相贴近。
换言之，第一压块7可通过螺纹等连接方式固定在金属棒4的固定端，且换热管3与其他元件不进行任何型式的固定，即换热管3可以在孔2内自由双向移动。金属棒4的活动端的螺纹处必要时设置有垫片和螺母9。
需要说明的是，第一压块7和第二压块8的厚度及孔2的尺寸与排布与实际产品的管板保持一致，换热管3与实际产品用换热管3一致，翅片1与实际产品用翅片1一致，优选地，可将翅片1沿中心线一分为二，以减少该试验用翅片1数量，金属棒4的弹性模量为已知。优选地，金属棒4弹性模量可通过力学试验测定。
实施例3
基于实施例2实验测定的基础元件单元，设计并制作型压质控试验工装。如图4所示，包括：分别活动穿插换热管3的两端的两组管板，管板用于限度换热管3的径向自由度。即换热管3管头与管板间不采取固定措施，即换热管3可以在孔2内自由双向移动。本实施例中的换热管3上的翅片1为多层且压实，具体表现为：管束在管板上穿管结束后，以换热管3穿过翅片1上列孔2的方式将翅片1安装在换热管3束上。翅片1分层套管，每套装若干层后，优选地，每套装50-100层后或150 mm-300 mm厚度后，用仿管板工装压实，仿管板工装应上下表面平直，优选地，仿管板工装上开孔位置与实际管板孔位相同，孔直径略大于实际产品管板孔径，厚度小于实际管板厚度。按如前所述方法将所有翅片1安装至预设高度。
还包括：沿周向分布于基础元件单元的内部的若干个金属棒4，其中，金属棒4具有固定端和活动端；所述金属棒4的预定位置处设置有卡圈5，自卡圈5起固定有金属标线6。
还包括：与若干个金属棒4的固定端连接的第一压板10，穿过金属棒4的活动端的第二压板11。其中，活动端的外表面车有螺纹；所述基础元件单元内的换热管3的两端分别穿过第一压板10和第二压板11，并沿其轴向具有往返自由度。金属棒4的活动端的螺纹处必要时设置有垫片和螺母9。
需要说明的是，金属棒4的材质与型压验证试验工装中的金属棒4材质相同。注意本发明中产品型压工装构件名称与型压验证试验工装构件名称和作用类同，但尺寸可能不相同。产品型压工装典型结构如图3所示，注意图3为仅示例用图，不作为对本发明的限制。
实施例4
结合实施例1至实施例3，本实施例公开了高粘多聚物换热器翅片与套管组装质控方法，包括以下步骤：
步骤一、按照要求配置基础元件单元；本实施例中按照要求配置具体表现为选择实施例1所述的具有高度对称的基础元件单元，如：可通过旋转、平移、缩放等方式与其他位置重合。
步骤二、基于步骤一的基础元件单元组装得到型压验证试验工装，利用所述型压验证试验工装进行型压验证试验，得到型压验证合格的基础元件单元；
步骤三、基于步骤二的型压验证合格的基础元件单元组装得到型压质控试验工装，利用所述型压质控试验工装完成翅片型压质控试验。
在进一步的实施例中，所述步骤二中的型压验证试验流程如下：
预先设置翅片紧实度质量控制判据阈值d；
对基础元件单元均匀地施加预压应力，翅片承受每承受预定的压应力增量后，暂停施压，记录金属标线伸长为，并获取当前相邻翅片之间的实测间隙/>；如此反复，直至间隙/>接近于阈值d，i为施加预压应力的次数，此时的翅片间所受压应力/>作为后续翅片型压质控试验的预设压应力；
其中，所述压应力增量为,/>为翅片的屈服强度下限值。
其中，实测间隙为翅片与翅片件的间隙值，可以用塞尺等量规进行测定。
对基础元件单元均匀地施加预压应力的方式为：采用对称交替的形式依次拧紧金属棒上的螺母。保持工装稳定，优选地，在拧紧过程中使用扭力扳手。
对型压验证试验合格的基础元件单元开始翅片型压质控试验，具体流程如下：确定型压质控试验工装内金属棒的数量N，获取金属棒径向截面面积S，金属标线的长度为L；
对基础元件单元均匀地施加预压应力，翅片承受每承受预定的压应力增量后，暂停施压，记录金属标线伸长为，并采用以下公式计算当前的翅片等效压应力/>：
；
其中，j为施加预压应力的次数，，/>，/>为换热管n上的重叠面面积，/>，E为金属棒的弹性模量；
如此反复，直至等效压应力等于预设压应力/>。表示当前得到的基础元件单元满足产品设计和性能需求。
松掉螺母，对管板和换热管进行固定，如强度焊接或强度胀接等；拆除除基础元件单元以外的部件。
对基础元件单元均匀地施加预压应力的方式为：采用对称交替的形式依次拧紧金属棒上的螺母。保持工装稳定，优选地，在拧紧过程中使用扭力扳手。

Claims (10)

1.高粘多聚物换热器翅片与套管组装质控装置，其特征在于，包括：基础元件单元、基于基础元件单元组装的型压验证试验工装、以及基于基础元件单元组装的型压质控试验工装；其中，所述基础元件单元包括：
翅片，所述翅片为中心线对称；所述中心线的两侧分别设有列孔组，两组列孔组具有旋转对称或平移对称性；列孔组内具有若干个孔，每个孔的轴线垂直于翅片对应位置处的上、下表面；
换热管，根据需求预先设置好弯曲度和外径不圆度；任一换热管上的至少两个翅片为非完全重合堆叠。
2.根据权利要求1所述的高粘多聚物换热器翅片与套管组装质控装置，其特征在于，所述换热管的全长弯曲度不大于钢管长度的0.1%；所述换热管的外径不圆度不超过外径的1%。
3.根据权利要求1所述的高粘多聚物换热器翅片与套管组装质控装置，其特征在于，所述型压验证试验工装包括：
若干个金属棒，沿周向分布于基础元件单元的外部；所述金属棒具有固定端和活动端；所述金属棒的预定位置处设置有卡圈，自卡圈起固定有金属标线；
第一压块，与所述若干个金属棒的固定端连接；
第二压块，穿过所述金属棒的活动端；所述活动端的外表面车有螺纹；所述基础元件单元内的换热管的两端分别穿过第一压块和第二压块，并沿其轴向具有往返自由度；
垫片和螺母，可操作性的与螺纹连接。
4.根据权利要求3所述的高粘多聚物换热器翅片与套管组装质控装置，其特征在于，所述第一压块和第二压块分别和与之相近的翅片相贴近。
5.根据权利要求1所述的高粘多聚物换热器翅片与套管组装质控装置，其特征在于，所述型压质控试验工装包括：
两组管板，分别活动穿插换热管的两端；所述管板用于限度换热管的径向自由度；其中，所述换热管上的翅片为多层且压实；
若干个金属棒，沿周向分布于基础元件单元的内部；所述金属棒具有固定端和活动端；所述金属棒的预定位置处设置有卡圈，自卡圈起固定有金属标线；
第一压板，与所述若干个金属棒的固定端连接；
第二压板，穿过所述金属棒的活动端；所述活动端的外表面车有螺纹；所述基础元件单元内的换热管的两端分别穿过第一压板和第二压板，并沿其轴向具有往返自由度；
垫片和螺母，可操作性的与螺纹连接。
6.使用如权利要求1至5中任意一项所述的高粘多聚物换热器翅片与套管组装质控装置的质控方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、按照要求配置基础元件单元；
步骤二、基于步骤一的基础元件单元组装得到型压验证试验工装，利用所述型压验证试验工装进行型压验证试验，得到型压验证合格的基础元件单元；
步骤三、基于步骤二的型压验证合格的基础元件单元组装得到型压质控试验工装，利用所述型压质控试验工装完成翅片型压质控试验。
7.根据权利要求6所述的高粘多聚物换热器翅片与套管组装质控方法，其特征在于，所述步骤二中的型压验证试验流程如下：
预先设置翅片紧实度质量控制判据阈值d；
对基础元件单元均匀地施加预压应力，翅片承受每承受预定的压应力增量后，暂停施压，记录金属标线伸长为，并获取当前相邻翅片之间的实测间隙/>；如此反复，直至间隙接近于阈值d，i为施加预压应力的次数，此时的翅片间所受压应力/>作为后续翅片型压质控试验的预设压应力；
其中，所述压应力增量为,/>为翅片的屈服强度下限值。
8.根据权利要求7所述的高粘多聚物换热器翅片与套管组装质控方法，其特征在于，对基础元件单元均匀地施加预压应力的方式为：
采用对称交替的形式依次拧紧金属棒上的螺母。
9.根据权利要求6所述的高粘多聚物换热器翅片与套管组装质控方法，其特征在于，所述步骤三中的翅片型压质控试验流程如下：
确定型压质控试验工装内金属棒的数量N，获取金属棒径向截面面积S，金属标线的长度为L；
对基础元件单元均匀地施加预压应力，翅片承受每承受预定的压应力增量后，暂停施压，记录金属标线伸长为，并采用以下公式计算当前的翅片等效压应力/>：
；
其中，j为施加预压应力的次数，，/>，/>为换热管n上的重叠面面积，/>，E为金属棒的弹性模量；
如此反复，直至等效压应力等于预设压应力/>，松掉螺母，对管板和换热管进行固定；拆除除基础元件单元以外的部件。
10.根据权利要求9所述的高粘多聚物换热器翅片与套管组装质控方法，其特征在于，对基础元件单元均匀地施加预压应力的方式为：
采用对称交替的形式依次拧紧金属棒上的螺母。
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