المبادل الحراري هو جهاز ينقل جزءًا من حرارة السائل الساخن إلى السائل البارد. يستخدم المبادل الحراري على نطاق واسع في الحياة اليومية للناس وفي صناعات مثل البترول والصناعات الكيماوية والطاقة والطب والطاقة الذرية والصناعة النووية. يمكن استخدامه كجهاز مستقل، مثل السخان، المكثف، المبرد، وما إلى ذلك؛ ويمكن استخدامه أيضًا كأحد مكونات بعض معدات العمليات، مثل المبادل الحراري في بعض المعدات الكيميائية.

خاصة في الصناعة الكيميائية ذات الاستهلاك الكبير للطاقة، تعد المبادلات الحرارية من المعدات التي لا غنى عنها في عملية تبادل الحرارة ونقلها في إنتاج المواد الكيميائية، كما أنها تشغل نسبة كبيرة من معدات إنتاج المواد الكيميائية بأكملها.

من وجهة نظر وظيفته، فإن المبادل الحراري من ناحية يضمن درجة الحرارة المحددة المطلوبة للوسط من خلال العملية الصناعية، ومن ناحية أخرى فهو أيضًا المعدات الرئيسية لتحسين استخدام الطاقة. وفقًا لشكلها الهيكلي، توجد بشكل أساسي مبادلات حرارية للوحة، ومبادلات حرارية ذات رأس عائم، ومبادلات حرارية للوحة أنبوبية ثابتة، ومبادلات حرارية أنبوبية على شكل حرف U، وما إلى ذلك. باستثناء المبادلات الحرارية للوحة، فإن الباقي عبارة عن مبادلات حرارية ذات غلاف وأنبوب.

نظرًا لأن المبادل الحراري للهيكل والأنبوب يحتوي على مساحة كبيرة للتبادل الحراري لكل وحدة حجم، وتأثير جيد للتبادل الحراري، وله مزايا الهيكل الصلب، والقدرة على التكيف القوية، وتكنولوجيا التصنيع الناضجة، فقد أصبح المبادل الحراري النموذجي الأكثر استخدامًا.

التوصيل بين أنابيب التبادل الحراري وصفائح الأنابيب في المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب

في المبادل الحراري للهيكل والأنبوب، يكون أنبوب التبادل الحراري ولوحة الأنبوب هما الحواجز الوحيدة بين جانب الأنبوب وجانب الغلاف للمبادل الحراري. يحدد هيكل التوصيل وجودة الاتصال بين أنابيب التبادل الحراري وصفيحة الأنبوب جودة وعمر خدمة المبادل الحراري. إنه رابط حاسم في عملية تصنيع المبادل الحراري.

تحدث معظم الأضرار والفشل في المبادلات الحرارية عند الاتصال بين أنبوب التبادل الحراري وصفيحة الأنبوب. تؤثر جودة وصلات التوصيل بشكل مباشر على سلامة وموثوقية المعدات والأجهزة الكيميائية. لذلك، أصبحت عملية الاتصال بين أنبوب التبادل الحراري ولوحة الأنبوب في المبادل الحراري للهيكل والأنبوب رابط التحكم الأكثر أهمية في نظام ضمان جودة تصنيع المبادل الحراري. في الوقت الحاضر، في عملية تصنيع المبادلات الحرارية، تشمل الطرق الرئيسية لتوصيل أنابيب التبادل الحراري وألواح الأنابيب ما يلي: اللحام، الموسع، الملحومة والموسعة، والترابط مع الموسعة.

لحام

عندما يتم لحام أنبوب التبادل الحراري بصفيحة الأنبوب، تكون متطلبات العملية لصفيحة الأنبوب منخفضة، وتكون عملية التصنيع بسيطة، وأداء الختم جيد، ويكون اللحام والفحص البصري والصيانة مريحًا للغاية. إنها واحدة من أكثر طرق توصيل ألواح الأنابيب والأنبوب استخدامًا في المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب. عند استخدام اللحام للتوصيل، هناك لحام قوي يضمن إحكام وقوة شد الوصلة الملحومة ولحام الختم الذي يضمن فقط إحكام الاتصال بين أنبوب التبادل الحراري ولوحة الأنبوب. يتمتع اللحام القوي بأداء محدود وهو مناسب فقط للحالات ذات الاهتزازات المنخفضة وعدم وجود تآكل في الشقوق.

عند استخدام تقنيات لحام مختلفة للاتصال، لا يمكن أن تكون المسافة بين أنابيب التبادل الحراري قريبة جدًا، وإلا فلن يتم ضمان جودة اللحامات بشكل كامل بسبب تأثير الحرارة. وفي الوقت نفسه، يجب ترك مسافة معينة بين نهايات الأنابيب للمساعدة في تقليل التطور المتبادل بين الطلاب. إجهاد اللحام. يجب أن يفي طول أنبوب التبادل الحراري الممتد خارج لوحة الأنبوب بمتطلبات اللوائح ذات الصلة لضمان قدرته الفعالة على إدارة الحمل.

ومن حيث طرق اللحام، اعتمادًا على مواد أنابيب المبادل الحراري وألواح الأنابيب، يمكن استخدام طرق اللحام مثل اللحام بالقوس الكهربي، واللحام TIG، واللحام بثاني أكسيد الكربون.

إن طريقة توصيل اللحام التقليدية عرضة لتآكل الفجوة وارتفاع درجة الحرارة بسبب الفجوة بين الأنبوب وفتحة لوحة الأنبوب. قد يتسبب الإجهاد الحراري الناتج عن الوصلة الملحومة أيضًا في تآكل الإجهاد والضرر، مما يؤدي إلى فشل المبادل الحراري.

في الوقت الحاضر، اعتمدت المبادلات الحرارية المستخدمة في الصناعة النووية وصناعة الطاقة وغيرها من الصناعات في الصين تكنولوجيا لحام الثقب الداخلي. تعمل طريقة التوصيل هذه على تغيير اللحام النهائي لأنبوب التبادل الحراري ولوحة الأنبوب إلى لحام الفتحة الداخلية لحزمة الأنبوب. إنها تعتمد شكل الاختراق الكامل، مما يزيل الفجوة في نهاية اللحام ويحسن القدرة على مقاومة تآكل الفجوة والتآكل الناتج عن الإجهاد.

لديها مقاومة عالية للاهتزاز والتعب، ويمكن أن تتحمل درجات الحرارة العالية والضغط العالي، ولها خصائص ميكانيكية جيدة للمفاصل الملحومة، ويمكن التحكم في الجودة الداخلية للوصلات الملحومة.اللحام، وتحسين موثوقية اللحام.

ومع ذلك، من الصعب تجميع عملية لحام الثقب الداخلي، ومتطلبات عملية اللحام مرتفعة، والتصنيع والفحص معقد، وتكلفة التصنيع مرتفعة نسبيًا. مع تطور المبادلات الحرارية نحو ارتفاع درجة الحرارة والضغط العالي والحجم الكبير، فإن متطلبات جودة تصنيعها تزداد أعلى وأعلى، وسيتم استخدام تكنولوجيا لحام الثقب الداخلي على نطاق أوسع.

توسيع وصلات الأنابيب إلى الأنابيب

تعتبر الوصلات الموسعة من الأنبوب إلى الأنبوب طريقة صينية تقليدية لتوصيل أنابيب التبادل الحراري وألواح الأنابيب. يتم استخدام معدات توسيع الأنبوب لإنتاج تشوه المواد البلاستيكية المرنة بين صفائح الأنابيب والأنابيب لجعلها ملائمة بشكل أقرب، وتشكيل اتصال ثابت وتحقيق الختم الفوري. والغرض منه هو مقاومة الانسحاب. في عملية تصنيع وتطوير المبادلات الحرارية، تكون وصلات التمدد مناسبة للحالات التي لا يوجد فيها اهتزاز شديد، ولا تغيرات مفرطة في درجة الحرارة البيئية، ولا يوجد إجهاد شديد يسبب التآكل.

تشتمل عمليات التوسيع المستخدمة حاليًا بشكل أساسي على الدرفلة الميكانيكية والتمدد الهيدروليكي.

وصلات ملحومة وموسعة من الأنابيب إلى الأنابيب

عندما تكون درجة الحرارة والضغط مرتفعين، وتحت تأثير التشوه الحراري، والصدمة الحرارية، والتآكل الحراري وضغط السوائل، فإن الاتصال بين أنبوب التبادل الحراري وصفيحة الأنبوب يتلف بسهولة، ومن الصعب ضمان قوة الاتصال والختم المتطلبات باستخدام وصلات التمدد أو اللحام.

في الوقت الحاضر، يتم استخدام طريقة لحام التمدد المشترك على نطاق واسع. يمكن لمفصل التمدد وهيكل اللحام أن يخفف بشكل فعال الضرر الذي يلحق باللحام الناتج عن اهتزاز حزمة الأنبوب، ويزيل بشكل فعال تآكل الإجهاد وتآكل الفجوة، ويحسن مقاومة التعب للمفصل، وبالتالي يزيد من عمر خدمة المبادل الحراري، مما أفضل من وصلة التمدد البسيطة أو اللحام القوي لديه قوة وضيق أعلى. تستخدم المبادلات الحرارية العادية عادةً شكل "لحام قوة التمدد بنسبة٪ للعصا" ؛ بينما تتطلب المبادلات الحرارية ذات ظروف التشغيل القاسية شكل "لحام مانع للتسرب بنسبة تمدد القوة". وفقا لترتيب التمدد واللحام في العملية، يمكن تقسيم وصلات التمدد واللحام إلى نوعين: التمدد أولا ثم اللحام، واللحام أولا ثم التمدد.

(1) يتغلغل زيت التشحيم الذي يتوسع أولاً ثم يلحم في فجوة المفصل وهو حساس جدًا لشقوق ومسام اللحام، مما يجعل عيوب اللحام أكثر خطورة. من الصعب تنظيف الزيت الذي تغلغل في الفجوة، لذلك لا تستخدم التمدد الميكانيكي أثناء عملية اللحام بعد التمدد الأول. توسيع الترابط ليس مقاومًا للضغط، ولكنه يمكن أن يزيل الفجوة بين الأنبوب وفتحة الأنبوب، وبالتالي يخفف بشكل فعال اهتزاز حزمة الأنبوب إلى جزء لحام فتحة الأنبوب.

في حين أن طرق التمدد اليدوية أو الميكانيكية التقليدية لا يمكنها تلبية متطلبات التمدد الموحد، فإن طريقة توسيع المثانة السائلة التي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر يمكن أن تلبي متطلبات التمدد بشكل مريح ومتساوي. أثناء عملية اللحام، وبسبب تأثير المعدن المنصهر ذو درجة الحرارة العالية، يتم تسخين الغاز الموجود في الفجوة وتوسيعه بسرعة. عندما تتسرب هذه الغازات ذات درجة الحرارة العالية والضغط العالي، فإن أداء الختم لتوسيع القوة سوف يتضرر إلى حد ما.

(2) اللحام أولا ثم التوسع. بالنسبة لعملية اللحام أولاً ثم توسيعها، فإن المشكلة الأساسية هي دقة أنابيب نظام التحكم وفتحات لوحة الأنبوب والتعاون المتبادل بينهما. عندما تكون الفجوة بين الأنبوب وفتحة لوحة الأنبوب صغيرة بما يكفي للوصول إلى قيمة معينة، فإن عملية التوسيع لن تضر بجودة الوصلة الملحومة. ومع ذلك، فإن قدرة وصلة اللحام القصوى على تحمل قوة القص ضعيفة نسبيًا. لذلك، عند تصميم اللحام القوي، إذا كانت تكنولوجيا التحكم لا تلبي المتطلبات القياسية، فقد يتسبب ذلك في فشل التمدد الزائد أو تلف التمدد في الوصلة الملحومة.

أثناء عملية التصنيع، هناك فجوة كبيرة بين القطر الخارجي لأنبوب التبادل الحراري وفتحة أنبوب لوح الأنبوب، وتكون الفجوة بين القطر الخارجي لكل أنبوب تبادل حراري وفتحة أنبوب لوح الأنبوب غير متساوية على طول الاتجاه المحوري.

الترابط مع الموسعة

تساعد عملية وصلة تمدد الغراء على حل مشكلة التسرب عند الاتصال بين أنبوب التبادل الحراري ولوحة الأنبوب الخاصة بالمبادل الحراري. من المهم جدًا اختيار المادة اللاصقة بشكل صحيح وفقًا لظروف عمل المفصل اللاصق. أثناء تنفيذ العملية، يجب اختيار معلمات العملية وفقًا لهيكل وحجم المبادل الحراري، بما في ذلك بشكل أساسي ضغط المعالجة، ودرجة حرارة المعالجة، وقوة التمدد، وما إلى ذلك، ويتم التحكم فيها بشكل صارم أثناء عملية الإنتاج. هذه العملية بسيطة وسهلةللتنفيذ، وموثوق، وقد تم الاعتراف به في الاستخدام الفعلي من قبل الشركات، ويستحق الترقية.

(1) في طريقة التوصيل بين الأنابيب وألواح الأنبوب للمبادل الحراري للهيكل والأنبوب، من الصعب ضمان قوة التوصيل ومتطلبات الختم عن طريق استخدام اللحام التقليدي أو وصلات التمدد فقط.

(2) سيساعد البحث عن طريقة وصلات التمدد واللحام الشركات على ضمان قوة وختم الاتصال بين أنابيب التبادل الحراري وألواح الأنابيب، وتحسين عمر خدمة المبادلات الحرارية في بلدي.

(3) يمكن أن تساعد طريقة الربط ووصلات التمدد في حل مشاكل التسرب والتسرب عند توصيل أنابيب التبادل الحراري وألواح الأنابيب. العملية بسيطة وممكنة وموثوقة.

(4) يمكن استخدام تكنولوجيا إنتاج لحام الثقب الداخلي كطريقة لحام كاملة الاختراق للدراسة. القدرة على مقاومة تآكل الشقوق والتآكل الإجهادي، وقوة الكلال المضادة للاهتزاز، وأداء النموذج الميكانيكي للمفاصل الملحومة كلها جيدة جدًا. يمكن التحكم بفعالية في تحليل جودة الإدارة الداخلية للحامات، مما يحسن موثوقية اللحامات. بادئ ذي بدء، إنه أكثر ملاءمة للترويج والتطوير والتطبيق في منتجات المؤسسات المتطورة.