浅析换热器用不锈钢波纹管缺陷产生原因及对策

浅析换热器用不锈钢波纹管缺陷产生原因及对策刘小华秦皇岛东燕节能技术有限公司摘要：不锈钢波纹管是一种高效节能的换热器用传热元件，广泛使用在采暖、能源等领域的低、中压换热器中。但是在使用中常会出现折流板管孔与波纹管波谷处于同一平面，造成换热管与折流板间形成较大间隙，致使换热管在此处失去被支持作用并且可能诱发较大的震动，最终导致波纹管变形、磨损直至破裂。在进行换热器设计时可以通过调整折流板间距、折流板厚度、改变换热管的支持形式及在波纹管上增加保护套的措施来改善甚至消除波纹管在使用时所产生的缺陷。关键词：换热器、不锈钢波纹管、缺陷0引言不锈钢波纹管一般由薄壁本体(也可称基管)和两端的厚壁接头【1】组成（也可以只有本体），该换热管一般采用奥氏体不锈钢材，其此材料具有优良的力学性能、耐腐蚀性和耐热性，加工成的薄壁波纹管，厚度一般在0.5mm~1.5mm之间。由于波纹管的特有形状改变了流体的流动形态使其拥有较高的传热效率且又不易结垢，同时在换热管的轴向上产生较大补偿量，极大的降低了由于热膨胀差而产生的应力，具有经济、节能环保的优点。因此近几年被广泛应用在医药、采暖、能源化工等领域的换热器上。但是根据我公司多年生产和使用波纹管的经验，一旦在换热器的设计和制造时环节上应用不当，将在换热器投入使用时产生波纹管变形、断裂等缺陷。比如有的换热器投入运行后产生了入口处的波纹管被蒸汽冲刷断裂、因折流板管孔与波纹管之间间隙过大而诱发了较大震动使其产生变形、磨损和泄漏等缺陷。1对策经过不断的实践研究和总结，提出以下四种对策：1.1改变管束进出口处波纹管的结构形式由于波纹管的本体壁薄，支撑性能不高，抗冲击能力和抗冲刷能力弱。为此，可以在厚壁接头（注：厚壁接头一般厚度为2.0~3.5mm）处加以改进，即在管束介质进出口处、且直接承受冲击的波纹管增加厚壁接头的长度，加长的尺寸以从第一块折流板处露出不小于5mm为合适(见图1)。厚壁接头既能提高管束入口处的波纹管刚度又能提高抗冲刷的能力，同时也减小了管束的震动，进而提高了波纹管的使用寿命。图11.2改进折流板波纹管与折流板通常会出现很大装配偏差。波纹管的波峰尺寸偏差一般是±0.3mm,而且波距的制造尺寸偏差是±2mm,因而无法保证每个折流板管孔位置一定就是波纹管的波峰位置，若波谷与管孔出现在同一位置，此时就产生了相当大的间隙，比如波纹管的波谷是φ25mm，波峰为φ32mm，折流板的管孔为φ32.5mm，所以其间隙值就达到7.5mm，达不到设计和使用要求，为此，采取的一种解决方法是加厚折流板的厚度，同时尽可能缩小波纹管波距，使折流板厚度大于等于波纹管波距的尺寸，则无论什么时候，都有波峰与折流板孔相接触（见图2）；另一种解决方法是不改变折流板厚度，而是缩小折流板间距，增加波峰在折流板上的概率（一般不推荐使用此种方式，增加流体的阻力且折流板也有最小间距的要求，同时增加了成本，还不能做到从根本解决问题）。图21.3改变波纹管的支撑方式（一般适用于壳程冷凝）这是一种无折流板支撑的波纹管管壳式换热器（以下简称捆扎式管换），此种换热器能很好的避免上述折流板管孔与波纹管之间间隙较大现象。此换热器是将波纹管紧密的捆绑在一起，利用其波峰与波峰之间，波峰与波谷之间相互支撑。根据波纹管的波距尺寸偏差大，波峰波谷位置具有小范围的不确定性，介质可以从其相互间的支撑间隙通过。所以捆扎式管换是通过波纹管的波峰与波峰、波峰与波谷间的点接触，起到相互间的支撑作用，且大大降低了管束的震动。另外捆扎式换热器在同等体积下可以排列更多数量的波纹管，能明显的增加单位体积内的换热面积以提高单位体积换热效率。但是此种方式由于波纹管相互间隙比较小，不适合于粘度大或颗粒大的介质，以及压力降要求严格的工况。1.4在波纹管上加保护套此种方式是在波纹管上添加保护套而形成的加套波纹管（见图3），保护套由波纹管的两个波峰胀接固定在折流板管孔的尺寸位置，保护套的厚度一般采用1.5mm至3.0mm，长度大于波距且不小于30mm，其外径尺寸和折流板管孔配合间隙与光管和折流板间配合一样。加套波纹管在少量增加产品重量的同时却很好的保证了设计和使用的要求，增强了波纹管的耐磨性能和改善了支撑性能，对波纹管起到很好的保护作用。图32总结上述四种对策中，第一、第二、第四种对策均需要增加一定的成本，第三种对策具有一定的局限性。其中第四种对策笔者认为更加合理一些，但是生产厂家要具备较强的在波纹管上加装套管的工艺水平、稳定的生产效率和较高的产品质量。所以，这四种对策可以根据实际情况酌情选择，还可联合使用，以达到更好地利用换热器用不锈钢波纹管这一节能传热元件，确保换热器的预期使用效果和年限。引用和参考文件：【1】GB151-1998《管壳式换热器》【2】GBT28713.2-2012《管壳式热交换器用强化传热元件第2部分：不锈钢波纹管》【3】Q/QDY01-2011《不锈钢波纹管》（秦皇岛东燕节能技术有限公司企业标准）