高压绕管换热器绕管机的设计

-1-高压绕管换热器绕管机的设计张庆生开封东京空分集团有限公司河南开封475001摘要：简介了高压绕管换热器绕管机的工作原理、技术参数和使用性能，分析了它在高压绕管换热器生产中所起的重要作用。关键词：高压绕管换热器绕管机高压绕管换热器的发展与压力容器的发展密切相关，最早是由德国的林德公司于1898年制造，我国一些化肥厂引进了该公司生产的换热器。它结构紧凑、传热效率高、单位体积换热面积大，可实现多股流换热，具有很好的热补偿能力，适合深冷系统的换热。高压绕管换热器是大型化工工艺过程的重要设备，而且是一个高效节能的设备，主要用于净化流程的低温甲醇洗装置以及空分装置、大型化肥厂、乙烯工程等，在我国目前主要应用于大化肥合成氨装置(美国德士古工艺)中甲醇洗工段。但其制造工艺较复杂，主要由绕管体和壳体两部分组成，绕管体由中心筒、换热管、垫条及管卡等组成，换热管紧密地绕在中心筒上，用平垫条及异形垫条分隔，对材质的要求相对较高。此外，设备的清洗也比较困难。高压绕管换热器与常规形式相比，具有以下优点：（1）降低了温差应力，对于降低管子与管板连接区的峰值应力、防止破裂和疲劳起到很大的作用；（2）由于换热器工作时约束缓解，管板与管子连接区的局部应力和总体应力均降低，大大减少了高事故率的管板与管子结合区的破坏现象，提高了运行的可靠性；（3）减小了主体结构件如管板、壳体的厚度（这对于采用昂贵材料制造的换热器具有很大的意义）。高压绕管换热器在制造过程中设置缓冲应力，使换热器工作时由温差和压差所引起的内应力得到有效削除，从而改善换热器的工作条件，提高了换热器的使用寿命及可靠性。为了保证高压绕管换热器的技术要求和加工质量，设计了大型专用工装设备——高压绕管换热器绕管机，结构见图1。-2-它由大齿圈、传动箱、调速及减速装置、操纵站及电气箱、传动箱底座平板、滚轮架、1工作原理高压绕管换热器绕管机由传动箱、调速及减速装置、操纵站及电气箱、首部托架座平板、调整垫铁、尾部托架座平板等组成，其工作原理：通过无级调速电机带动传动机构（调速及减速装置，由制动器、减速器、齿轮、调整块组成，要求两轴中心线的钭度≤0°30″，允许的径向位移0.10mm），其输出端的齿轮和大齿圈相啮合带动主轴与设置在首、尾部托架平板支承滚轮架上的中心筒一起旋转，用激光水平仪沿中心筒中心线找正，使中心筒在绕制中不出现偏心。绕制时将换热管从一端沿顺时针方向开始，用平垫条和异形垫条支承，用管卡固定，由里到外逐层绕制而成，中心筒的转速由无级调速电机控制。支承结构采用前、后两自制钢结构滚轮架（由滚轮、底板、支承板组成，结构见图2）支撑，高压绕管换热器绕管机组装后要求各运转部分灵活，无异常响声，且电机无级调速时灵敏可靠。-3-2主要技术参数（参照图1）绕管体最大直径/mm2800绕管体最大质量/t≤83绕管转速/r.min-11～4绕管中心距平板面距离/mm1000绕管中心距车间地坪面距离/mm1428绕管最大扭矩/N·M26392对接支承法兰直径/mm1000主电机功率/kW11尾部托架最大调整移动量/mm30003设备的优点该绕管机可保证绕管体在重力作用下仍可顺利转动，能承载最大载荷83t。性能优于同类设备，能在同一设备上绕制φ1000～2800mm（见图1）的绕管换热器，实现了自动控制。与现有技术相比，它的优点：1）由于传动箱（由大齿圈、主轴、圆盘、滚子轴承等组成，结构见图3）两端、主轴前后都采用相同型号的双列圆柱滚子轴承，主要承受径向载荷，使其承载能力增大，绕制绕管体的吨位增加。2）大齿圈后置（见图3）可使主轴受力均衡，降低主轴的旋转速度，并向主轴传递扭矩，在绕制中，保持绕管体具有大的旋转惯性和稳定性。3）由于大齿圈作为二级变速，省去了庞大的变速机构，使绕管机体积变小，结构更加合理（见图1）。4）绕管机由无级调速电机实现无级变速。该绕管机可正确地选定定位基准、定位方法和定位元件，必要时还能进行激光定位误差分析，还兼顾了设备中其他零部件结构对加工精度的影响，满足了设备的加工精度要求。在高压绕管换热器制造中，保证了绕管体绕制中的低速重载的要求，采用无级变速和加粗主轴直径，既使对于大型绕管换热器，绕管体无论绕制第一层或至最外层时，仍可以实现较低的线速度，使绕管体的转速保持在较为理想的状态，从而排除了绕制中通常出现的每层速度不均的状况，绕管绕制质量稳定，并且为了提高生产效率，采用了快速高效的装夹机构，缩短了辅助时间。4结束语2007年该高压绕管换热器绕管机已为开封东京空分集团有限公司给河南义马开祥化工-4-（25万吨低温甲醇洗项目）生产的DR8700系列高压绕管换热器绕制了5台，最大的单台生产重量（72t），为东京空分在高压绕管换热器生产领域占有一席之地做出了贡献。该高压绕管换热器绕管机为开封东京空分集团有限公司的产品迈出国门做出了贡献，2009年4月，由开封东京空分为土库曼斯坦阿姆河天然气公司提供的脱烃装置4套DR8705.000绕管换热器中的绕管体是用该设备绕制而成。该绕管换热器产品的成功。标志着东京空分公司的产品为下一步在东亚等国家开辟更广阔的市场奠定了良好的基础。参考文献[1]王文斌主编．机械设计手册：(新版)［M］．北京：机械工业出版社，2004．[2]日本机械学会编，张志平等译．机械技术手册：第17篇［M］．北京：机械工业出版社，1984．[3]范钬珊．轴对称应力分析［M］．北京：高等教育出版社，1985．[4]都跃良．缠绕管式换热器的管理及其应用前景分析［J］．化工机械，2005，32(3)：181—185．[5]曲平．缠绕管式换热器的简捷计算［J］．大氮肥，1998，21(3)：178—181．作者简介：张庆生（1962—），男，工艺责任工程师，主任，主要从事高压绕管换热器绕管机设计、压力容器工艺编制、工装设备设计，通讯地址：475001河南省开封市北关街8号开封东京空分集团有限公司设计研究院工艺室，Tel：[phone]E—mail：[e-mail]。