换热管磁力堵头及其堵管方法与流程

本发明涉及一种换热管封堵技术领域，具体涉及一种换热管磁力堵头及其堵管方法。

背景技术：

热交换器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，在化工、石油、动力、食品、核电及其它许多工业生产中占有重要地位，其中管壳式热交换器的应用最为广泛。无论何种形式的管壳式热交换器都是由管程和壳程组成的，两程分别走不同温度的介质，通过在换热管壁上的间接接触进行换热，实现冷介质温度的提升、热介质温度的降低。因此，换热管是管壳式热交换器中管程的最主要部件，直接影响热交换器的性能。此外，很对管程介质和壳程介质不同，接触后会产生各种化学反应，甚至爆炸，因此必须采用换热管将两种介质进行隔离。换热管都采用焊接、胀接或者胀焊并用的方法固定连接与管板上。如果在使用过程中出现换热管破裂或裂纹的工况，为了防止管程介质和壳程介质接触，需要在换热管和管板连接处将换热管堵死，所使用的部件称之为堵头。

目前常用的堵头都是采用焊接的形式，将圆钢加工成与换热管内径匹配的尺寸。使用时，将堵头紧紧的楔进换热管中，然后再在堵头和管板接触位置进行焊接，从而实现损坏的换热管与管程隔离，也就是常说的堵管。

但是采用焊接形式的堵头有许多弊端，主要如下：

1)堵头的材质需要保证与管板类似以保证二者的焊接性能。

2)为了消除焊接残余应力，在要求较高的设备中，在焊接完成后需要进行消除应力热处理，而与在制造厂不同，在设备的使用现场进行热处理操作，需要将各种热处理设备运至现场，费时费力，成本非常高，还需要专门的技术人员。现场焊接操作亦有此弊端。

3)为了保证经济效益，一般来说设备现场维修和保养的时间非常短，而焊接堵头需要较长的操作时间和冷却时间。

4)易燃易爆介质是热交换器经常使用的介质，因此，为了使用焊接明火，需要将介质排放的非常干净，操作起来非常困难。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提出一种适用于换热管封堵，使用方便、安全可靠的堵头。

为解决上述技术问题，本发明首先提出一种换热管磁力堵头，采用磁吸力的形式将堵头固定。该换热管磁力堵头包括壳体、信号接收器、电池组、隔磁材料、密封圈、磁力装置和钢管；

所述密封圈置于所述壳体外部的凹槽内；所述信号接收器、电池组、隔磁材料、磁力装置和钢管都密封于壳体内部，所述钢管位于壳体中部，所述钢管的轴线与所述壳体的轴线重合，所述电池组和信号接收器置于所述钢管的上部，所述磁力装置用所述隔磁材料隔离，环绕所述钢管分别置于壳体的上部和下部，并且所述壳体内的空隙由所述隔磁材料填充；

所述磁力装置包括永磁体、导磁体、可逆磁体和线圈绕组；所述可逆磁体为扇形，由所述隔磁材料隔离围绕所述钢管间隔放置，所述可逆磁体的n极与s极的连线垂直于所述钢管外圈的切线，相邻所述可逆磁体的极性相反，所述线圈绕组缠绕于所述可逆磁体外部；所述永磁体和所述导磁体围绕所述钢管间隔布置于所述可逆磁体的外围，所述导磁体与所述可逆磁体相接触，所述永磁体与所述可逆磁体之间的隔磁材料相接触，所述永磁体的n极与s极的连线平行于所述钢管外圈的切线，相邻所述永磁体的极性相反；所述可逆磁体外侧的极性与其相邻的所述永磁体的极性相反；

所述电池组的正极通过导线与所述信号接收器的第一端连接，所述电池组的负极通过导线连接于所述线圈绕组的第一端；所述信号接收器的第二端通过导线连接于线圈绕组的第二端。

优选的，所述可逆磁体采用软磁材料制作。

优选的，所述永磁体采用硬磁材料制作。

优选的，所述隔磁材料为环氧树脂。

本发明还提供了一种应用换热管磁力堵头进行堵管的方法，其包括以下步骤：

步骤1、确定所述磁力堵头是否处于可逆磁体外侧的极性与相邻的永磁体的极性相反的非工作状态；如果所述磁力堵头不是处于非工作状态，则向缠绕在可逆磁体上的线圈绕组通以瞬间的直流脉冲电流，使所述磁力堵头恢复到非工作状态；

步骤2、将处于非工作状态的所述磁力堵头楔进到需进行堵管的换热管内，保证堵头的顶部与管板表面齐平；以及

步骤3、向缠绕在可逆磁体上的线圈绕组通以瞬间的直流脉冲电流，线圈绕组产生的磁场使可逆磁体的磁极极性发生翻转，将磁力堵头转换为工作状态，此时磁力堵头的侧壁与管板上换热管孔的侧壁通过磁吸力被牢固的吸住，完成换热管的堵管工作。此时，所述的密封圈被挤压变形后紧密的贴在堵头外壁和换热管内部之间，实现密封。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明提供的换热管磁力堵头，包括壳体、信号接收器、电池组、隔磁材料、密封圈、磁力装置和钢管。本发明提供的换热管磁力堵头，在使用时只需将处于非工作状态的磁力堵头楔进到需进行堵管的换热管内，保证堵头的顶部与管板表面齐平，然后向缠绕在可逆磁体上的线圈绕组通以瞬间的直流脉冲电流，线圈绕组产生的磁场使可逆磁体的磁极极性发生翻转，将磁力堵头转换为工作状态，不需要焊接即可实现换热管的堵管操作。

本发明提出的磁力堵头处于工作状态时，依靠永磁材料提供的磁吸力而不是依靠电磁铁提供磁吸力，不再需要维持通入的电流，不会发生断电失磁的问题，只需要开启工作状态的瞬间采用电池组提供电流，后续不再需要电源，因此安全可靠且节能，具有很大的推广前景和社会需求。

附图说明

图1是本发明实施例中的换热管磁力堵头的示意图；

图2是图1所示换热管磁力堵头中磁力装置的a-a剖视图；

图3是本发明实施例中换热管磁力堵头处于非工作状态时的磁路示意图；以及

图4是本发明实施例中换热管磁力堵头处于工作状态时的磁路示意图。

图主要标识：1-壳体、2-把手、3-导线、4-信号接收器、5-电池组、6-环氧树脂、7-o形橡胶圈、8-磁力装置、9-钢管、10-管板、81-导磁体、82-可逆磁体、83-永磁体、84-线圈绕组。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

待封堵的换热器，含1200根换热管，换热管尺寸为管板10厚度为50mm。在运行过程中，换热管发生破裂导致管程介质泄漏，需要将此根换热管堵住。

如图1所示，本发明实施例中的换热管磁力堵头，其包括壳体1、把手2、导线3、信号接收器4、电池组5、环氧树脂6、o形橡胶圈7、磁力装置8和钢管9。堵头的壳体外径为15mm，即与换热管内径尺寸一致，而o形橡胶圈的外径大于15mm，具体尺寸根据管程的设计压力来确定，以保证密封接触压力大于管程的设计压力。堵头的整体高度为50mm，保证与管板10厚度一致。

如图2所示，磁力装置8包括导磁体81、可逆磁体82、永磁体83和线圈绕组84。导磁体81采用导磁性比较好的工业纯铁，可逆磁体82采用软磁材料铝镍钴合金，永磁体83采用选择磁性较强的钕铁硼材料。

把手2焊接于壳体1顶部，两个o形橡胶圈7置于壳体1外部的凹槽内，其它部件都密封于壳体1内部，其中钢管9位于壳体1中部，电池组5和信号接收器4置于钢管9的上部，两组磁力装置8由环氧树脂6进行隔离，分别围绕钢管9置于壳体1的上部和下部，永磁体83和导磁体81位于外围，永磁体83的n极与s极的连线平行于钢管外圈的切线，且相邻永磁体的极性相反，可逆磁体82为扇形，围绕钢管9放置于内侧，可逆磁体82的n极与s极的连线垂直于钢管9外圈的切线，线圈绕组84缠绕于可逆磁体82外部，可逆磁体82之间由环氧树脂6进行隔离，永磁体83和导磁体81间隔布置，可逆磁体82外侧的极性与相邻的永磁体83的极性相反；导磁体81直接与可逆磁体82接触，而永磁体83不得与可逆磁体82接触。

电池组5的正极通过导线3与信号接收器4的下部端口连接，电池组5的负极通过导线3连接于线圈绕组84的一端，信号接收器4上部端口通过导线3连接于线圈绕组84的另一端。

壳体1内的空隙通过环氧树脂6填充，并起到隔磁的作用。

本发明实施例采用的硬磁材料制作的永磁体，具有非常大的矫顽力，使得其磁极的极性很难被改变，因此能保证永磁体极性的稳定性；同时，硬磁材料还具有较高的剩磁，该剩磁可以提供非常大的磁吸力。软磁材料制作的可逆磁体在保证具有较高的剩磁以确保能够提供足够大磁场强度和磁力的同时，具有非常低的矫顽力，也就是说，可逆磁体的磁极极性很容易被改变，只要在缠绕其上的线圈绕组中通以一个瞬时直流电流，就能翻转可逆磁体的极性。

在被安装之前，磁力堵头在普通状态下的磁路如图3所示。此时可逆磁体外侧的极性与相邻的永磁体的极性相反(n极对s极，或s极对n极)，根据磁场规律，在磁体外部，磁力线都是由n极指向s极。因此，遵从于就近原则，永磁体(或可逆磁体)的n极发出的磁力线都进入相邻的可逆磁体(永磁体)的s极，几乎没有磁力线逃逸出磁力装置，磁力线只在磁力装置内部构成闭合回路，对外宏观表现为几乎没有的消磁状态，称之为普通状态。

进行堵管时，确定磁力堵头是否处于非工作状态，即可逆磁体外侧的极性与相邻的永磁体的极性是否相反；如果磁力堵头不是处于非工作状态，则向缠绕在可逆磁体上的线圈绕组通以瞬间的直流脉冲电流，使磁力堵头恢复到非工作状态；将磁力堵头楔进换热管内，保证堵头的顶部与管板10表面齐平。然后，按动遥控器，通过电池组向缠绕在可逆磁体上的线圈绕组通以瞬间的直流脉冲电流，线圈绕组84产生的磁场将会使可逆磁体82的磁极极性发生翻转，n极和s极的极性互换，如图4所示。而永磁体83的磁性是恒定不变的，此时可逆磁体82与相邻永磁体83的极性相同(n-n或s-s)，绝大多数从n极出发的磁力线要想进入s极，必须穿过换热管壁和管板。因此，管板10、换热管和磁力装置通过相互之间的磁吸力牢固的吸在一起，此时即为工作状态。无论是永磁体还是可逆磁体产生的磁吸力，都是永磁材料而不是电磁铁产生的，因此，电流只是在状态的转变瞬间才被施加，在维持工作状态时不再需要任何内外部电源，故不会发生断电失磁而导致堵头脱落的现象发生，也不需要再更换电池。当堵头和换热管牢固吸在一起后，o形橡胶圈被压扁变为椭圆形，其顶端与换热管内壁紧密接触，实现密封，而且是密封形式最为可靠的线密封。而两道o形密封圈将很大的提高密封的可靠性。

最后应说明的是：以上所述实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。