管壳式换热器可靠性验证系统及方法
【专利摘要】本发明涉及管壳式换热器领域，提供了一种管壳式换热器可靠性验证系统及方法。通过在被验证管壳式换热器的壳程出口与壳程入口之间连接一条具有注流单元、泵体、温度调节单元、流量调节单元以及泄流单元的外循环通路，依次对被验证管壳式换热器的耐热性能、抗冲击性能以及耐冲刷性能进行靶向验证，由此可以明确的判定出产品的缺陷所在，从而对其进行针对性的改进，最终得出既经济又可靠的产品设计方案。
【专利说明】
管壳式换热器可靠性验证系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉管壳式换热器领域，特别提供了一种管壳式换热器可靠性验证系统及方法。
【背景技术】
[0002]如图2所示，管壳式换热器是以封闭在壳体11中管束12的壁面作为传热面的间壁式换热器，一般由壳体11、传热管束12、管板13和管箱14等部件组成;壳体11的两端各设置一个管箱14;两管箱14与壳体11之间各通过一个管板13分隔开;管束12包括容置在壳体11的内部的多条并行的金属管，金属管的两端分别通过对应侧的管板13固定于壳体11、并分别与对应侧的管箱14连通;壳体11上靠近两端的位置处分别设有管程入口 17和管程出口18;其中一个管箱14上设有管程入口 17，另一个管箱14上设有管程出口 18。进行换热的有冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体，通常是通过物理形态的变化实现吸、放热；另一种在管外的壳体11内空间流动，称为壳程流体，作为管程流体与外界之间换热的媒质。
[0003]另外，为提高壳程流体的传热分系数，通常在壳体11内安装若干折流板19，通过多块折流板19使壳体11的内部空间形成一个使壳程流体曲折前行的通道。折流板19上还设置了多个用于使管束12金属管穿过的穿孔，折流板19不仅用于折流，还用于对管束12中的各条金属管形成固定。
[0004]而在使用中，管束12中的金属管的两端与管板13之间很容易发生开焊泄漏的现象，管束12中的金属管本身也很容易发生破裂、泄漏、开焊、腐蚀等现象。设计厂家多次整改，整机也增加了相关保护措施，都没有太明显的改善，维修率仍然居高不下。
【发明内容】
[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本发明的目的是提供一种有助于对开发设计阶段的管壳式换热器的设计方案进行经济、有效的改进的管壳式换热器可靠性验证系统及方法。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现上述目的，本发明提供了一种管壳式换热器可靠性验证系统，包括连通被验证管壳式换热器的壳程出口与壳程入口的外循环通路，所述外循环通路上设有注流单元、栗体、温度调节单元、流量调节单元以及泄流单元;所述泄流单元设置在所述栗体与所述壳程入口之间。
[0009]优选的，所述温度调节单元为以所述栗体的发热量对流经的壳程流体进行加热。
[0010]优选的，所述温度调节单元包括空调箱和温度监测模块;部分所述外循环通路容置在所述空调箱内，所述空调箱用于对外循环通路内的壳程流体进行降温;所述温度监测模块用于监测所述壳程流体的温度。
[0011]优选的，所述外循环回路设有相对于其置于所述空调箱内的部分的旁路。
[0012]优选的，所述注流单元设置在所述栗体与所述壳程出口之间。
[0013]优选的，所述注流单元包扩流体箱、注流管、排气阀和第一闸阀，所述流体箱高于所述外循环通路和被验证管壳式换热器设置、并通过所述注流管与所述外循环通路连通，所述注流管上设有第一流量控制阀；所述第一闸阀设置在所述外循环通路上、并位于所述管程出口与所述注流管之间；所述排气阀设置在所述外循环通路上、并位于所述管程出口与所述注流管之间。
[0014]本发明还提供了一种管壳式换热器可靠性验证方法，该方法包括以下步骤:
[0015]S1、向被验证管壳式换热器内注入壳程流体;令壳程流体以设定温度状态循环流经被验证管壳式换热器，待壳程流体循环设定时长后将其排出，判断是否同时满足折流板未出现软化和管束无法在穿孔中摆动，若是则执行步骤S2，若否则执行步骤S4;
[0016]S2、向所述被验证管壳式换热器内注入壳程流体;令壳程流体以高于额定工作压力的状态循环流经被验证管壳式换热器，待壳程流体循环设定时长后将其排出，判断是否同时满足壳程流体在循环过程中压力不下降、折流板不发生变形、管束无法在穿孔中摆动以及管束间无相互接触，若是则执行步骤S3，若否则执行步骤S4;
[0017]S3、向所述被验证管壳式换热器内注入额定工作体积的混有杂质的壳程流体;令壳程流体以高于额定工作压力的状态循环流经被验证管壳式换热器，待壳程流体循行设定时长后将其排出，判断是否同时满足壳程流体在循环过程中压力不下降、折流板不发生变形、管束无法在穿孔中摆动以及管束间无相互接触，若是则判定被验证管壳式换热器为可靠，若否则执行步骤S4;
[0018]S4、判定被验证管壳式换热器为不可靠。
[0019]优选的，步骤SI中，通过以下步骤实现将壳程流体以设定温度状态循环流经被验证管壳式换热器:
[0020]S11、向被验证管壳式换热器内注入小于额定工作体积的壳程流体；
[0021]S12、然后通过栗体使壳程流体循环流经被验证管壳式换热器、并利用栗自身所产生的热能将壳程流体的温度加热至设定温度；
[0022]S13、通过持续向外循环通路内补入壳程流体的方式使壳程流体维持在所述设定温度。
[0023]优选的，步骤Sll中，向被验证管壳式换热器内注入一半额定工作体积的壳程流体。
[0024]优选的，步骤S2和S3中，壳程流体均以两倍额定工作压力的状态循环流入和流出被验证管壳式换热器。
[0025](三)有益效果
[0026]本发明提供的一种管壳式换热器可靠性验证系统及方法，通过在管壳式换热器的壳程出口与壳程入口之间连接一条具有注流单元、栗体、温度调节单元、流量调节单元以及泄流单元的外循环通路，依次对被验证管壳式换热器的耐热性能、抗冲击性能以及耐冲刷性能进行靶向验证，由此可以明确的判定出产品的缺陷所在，从而可有针对性进行改进，最终得出既经济又可靠的产品设计方案。
【附图说明】
[0027]图1是本发明实施例的一种管壳式换热器可靠性验证系统的示意图。
[0028]图2是管壳式换热器的示意图。
[0029]附图标记:
[0030]1、被验证管壳式换热器；11、壳体；12、管束；13、管板；14、管箱；15、壳程出口； 16、壳程入口； 17、管程入口； 18、管程出口； 19、折流板;2、栗体;31、空调箱;4、旁路;41、第一三通阀；42、第二三通阀；51、流体箱;52、注流管;53、排气阀；54、第一闸阀；55、第一流量控制阀；61、泄流阀；62、第二闸阀；71、第二流量控制阀；72、第三流量控制阀；81、第一压力表；82、第二压力表;91、第三闸阀；92、第四闸阀。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0032]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0033]如图1所示，本发明实施例提供的一种管壳式换热器可靠性验证系统，包括外循环通路，该外循环通路的两端分别通过软管与被验证管壳式换热器I的壳程出口 15和壳程入口 16连通，组合成一个闭环通路;外循环通路上设有注流单元、栗体2、温度调节单元、流量调节单元以及泄流单元，其中，注流单元用于向外循环通路和被验证管壳式换热器I内注入壳程流体;栗体2通过软管接入在外循环通路中，用于使壳程流体在闭环通路中循环流动；温度调节单元用于控制壳程流体的温度;流量调节单元用于控制壳程流体在循环流动中的流量;泄流单元设置在栗体2与壳程入口 16之间，用于将外循环通路和被验证管壳式换热器I内的壳程流体排出。
[0034]基于上述结构，本系统可模拟出待验证管壳式换热器的壳程循环过程，其中:单方面的通过温度调节单元将壳程流体的温度提高到一定程度，可实现对折流板的耐热性能进行验证;单方面的通过流量调节单元将壳程流体的流量大小提高到一定程度，可实现对折流板的抗冲击性能进行验证;在通过流量调节单元提高壳程流体流量的基础上，还可通过注流单元与泄漏单元的配合，将掺杂有杂质的壳程流体注入到壳程循环中，使含有杂质的壳程流体对折流板和管束形成高速冲刷，由此考验折流板和管束的耐冲刷性能，其中，杂质可由1000g/m3的细沙和500g/m3的铁肩构成调配而成。
[0035]而且，本发明实施例还提供了一种管壳式换热器可靠性验证方法，将上述功能有机的结合在一起，以实现对待验证壳程流体的可靠性形成一个系统性的判定，该方法具体包括以下步骤:
[0036]S1、向被验证管壳式换热器I内注入壳程流体;令壳程流体以设定温度状态循环流经被验证管壳式换热器I，待壳程流体循环设定时长后将其排出，判断是否同时满足折流板未出现软化和管束无法在穿孔中摆动，若是则执行步骤S2，若否则执行步骤S4。
[0037]步骤SI的目的是针对折流板的耐热性进行验证，因为折流板的耐热性强弱与管壳式换热器的可靠性是密切相关的:若折流板在受热后出现软化、穿孔扩张程度较大的现象，则说明其基本上已经丧失了对管束的固定作用，也就是说，如果这一现象发生在实际应用中，由壳程流体冲击折流板所产生的应力会直接传递到管束与壳体的连接处，经过长期的使用就很容易造成该连接处开焊、泄漏的现象;而本步骤仅是对折流板的耐热性能形成靶向验证，因此可以对折流板的耐热性能得出可靠的答案。
[0038]S2、向所述被验证管壳式换热器I内注入壳程流体;令壳程流体以高于额定工作压力的状态循环流经被验证管壳式换热器1，待壳程流体循环设定时长后将其排出，判断是否同时满足:壳程流体在循环过程中压力不下降、折流板不发生变形、管束无法在穿孔中摆动以及管束间无相互接触，若是则执行步骤S3，若否则执行步骤S4。
[0039]步骤S2的目的是对折流板的抗冲击性进行验证，由于折流板的作用即是改变壳程流体的流向，因此会受到很大的冲击力，而本步验证过程中，折流板受到的冲击力相相比于实际工作中受到的压力还要大，优选将壳程流体以两倍额定工作压力的状态循环流入和流出被验证管壳式换热器I。因此，如果折流板的抗冲击性能真的不足，那么试验的结果应当是破坏性的:折流板受压变形的程度足以达到使管束在穿孔中摆动，以致各管束内部间相互接触磨损，且管束与壳体的固定处也可能出现缝隙，以上任何一个现象发生，都可直接判定不可靠。
[0040]而如果管束的磨损程度和连接处的裂缝难以察觉，还可以根据壳程流体在实验的过程中压力是否降低作为判断依据，因为即使管束上出现轻微的磨损破裂，或是管束的固定处出现微小的裂缝，那么壳程流体都会在大压力下渗入到管束内或由管束的固定处渗出，则壳程流体的压力就会下降，具体可在靠近壳程入口 16和壳程出口 15之处分别设置有第一压力表81和第二压力表82，通过两压力表的压差来判断是否有泄漏。
[0041 ]本步骤对折流板的抗冲击性能形成了革El向验证，因此可以对折流板的抗冲击性能得出可靠的答案。
[0042]S3、向所述被验证管壳式换热器I内注入额定工作体积的混有杂质的壳程流体;令壳程流体以高于额定工作压力的状态循环流经被验证管壳式换热器I，待壳程流体循行设定时长后将其排出，判断是否同时满足壳程流体在循环过程中压力不下降、折流板不发生变形、管束无法在穿孔中摆动以及管束间无相互接触，若是则判定被验证管壳式换热器I为可靠，若否则执行步骤S4。
[0043]步骤S3的目的是对折流板及管束的耐冲刷性能进行验证；因为在实际使用中，受电腐蚀等因素的影响，径过长期使用后，壳程流体内会混有大量细沙、铁肩等杂质，长期冲刷摩擦导致管束泄漏、折流板损伤。而本步骤使混有杂质的壳程流体参与壳程循环，并配合流量调节单元，使壳程流体形成高速液流、对管束外壁和折流板形成高强度冲刷，由于进行至此步骤的折流板的抗冲击性能已经得到了肯定，在执行本步骤时同样也将壳程流体以两倍额定工作压力的状态循环流入和流出被验证管壳式换热器I，在此步骤的试验过程结束后，如果再发生壳程流体在循环过程中压力下降、折流板发生变形、管束在穿孔中摆动或管束间相互接触等问题，即可以判断是因杂质的磨损所致。因此，本步骤可对折流板和管束的耐冲刷性能形成靶向验证，因此可以对折流板的耐冲刷性能得出可靠的答案。
[0044]S4、判定被验证管壳式换热器I为不可靠。
[0045]每执行至步骤S4时，都可以明确的获知判定为不可靠的原因，进而可有针对性的对产品的设计方案进行改进，改进后的产品直接进入到判定其为不可靠的步骤，如此反复验证和调整，直至验证为可靠为止，最终得出既经济又可靠的产品设计方案。其中，外循环通路的两端优选通过第三闸阀91和第四闸阀92与壳程入口 16和壳程出口 15连接，用于在待验证壳程流体拆除改进时关闭，以防止外循环通路中的壳程流体外泄。
[0046]具体的，注流单元包扩流体箱51、注流管52、排气阀53和第一闸阀54，流体箱51高于外循环通路和被验证管壳式换热器I设置、并通过注流管52与外循环通路连通，利用重力压差向外循环通路和被验证管壳式换热器I注入壳程流体;注流管52上设有第一流量控制阀55，用于控制壳程流体的注入流量;第一闸阀54设置在外循环通路上、并位于管程出口与注流管52之间；排气阀53设置在外循环通路上、并位于管程出口与注流管52之间。
[0047]在需要向外循环通路内注入壳程流体时，关闭第一闸阀54、开启排气阀53，壳程流体由注流管52注入到外循环通路中，受第一闸阀54的阻挡，注入的壳程流体只能通过壳程入口 16流入到被验证管壳式换热器I内，此时，将壳程出口 15设置为较其余部分的被验证管壳式换热器I高，使其内部的气体逐渐被壳程流体置换出，置换出的气体被排入到与壳程出口 15连接的部分外循环通路中，也就是排气阀53所处的部分外循环通路中，同样地，受到第一闸阀54阻挡，气体只能由排气阀53排出。
[0048]上述注流单元优选设置在栗体2与壳程出口 15之间，这样可以利用栗体2对注入的壳程流体进行加速，从而可缩短注入时间。
[0049]泄流单元包括设置在外循环通路上的泄流阀61和第二闸阀62，泄流阀61位于壳程入口 16与所述栗体2之间，第二闸阀62位于壳程入口 16与泄流阀61之间。在需要将闭环通路中的壳程流体排出时，可将第二闸阀62关闭、并开启泄流阀61，还可将壳程出口 15设置为较其余部分的被验证管壳式换热器I低，然后启动栗体2，利用栗体2的负压作用将被验证管壳式换热器I内的壳程流体由壳程出口 15吸出，受第二闸阀62的阻挡，被吸出的壳程流体只能由泄流阀61排出。
[0050]流量调节单元包括第二流量控制阀71和第三流量控制阀72，第二流量控制阀71和第三流量控制阀72分别设置在栗体2的出口端和入口端，通过协同配合以控制栗体2的输出流量。
[0051 ]另外，温度调节单元优选为以栗体2的发热量对流经的壳程流体进行加热，而且，温度调节单元还包括空调箱31和温度监测模块;部分外循环通路容置在空调箱31内，空调箱31用于对外循环通路内的壳程流体进行降温;温度监测模块用于监测壳程流体的温度。
[0052]在执行步骤SI时，利用栗体2在运行中所产生的热量对壳程流体进行加热，并通过温度检测模块的反馈，将壳程流体加热至高于其在正常工作中的一个温度值，然后通过空调箱31的降温使参与循环的壳程流体维持在该较高的温度，如此运行一段时间，可对折流板的耐热性进行试验。这样就无需单独设置加热装置，整个耐热性验证过程中的热源完全来源于栗体2，极大的降低了功耗。
[0053]其中，外循环通路优选设有相对于其置于空调箱31内的部分的旁路4，即置于空调箱31内的部分外循环通路与所述旁路4是并联在闭环通路中，两支路的入口端均通过第一三通阀41与外循环通路连通，两支路的出口端均通过第二三通阀42与外循环通路连通;在不需要对壳程流体进行冷却时，可将旁路4开启、并关闭置于空调箱31内的支路，在不需要对壳程流体进行冷却时则关闭旁路4、开启置于空调箱31内的支路。
[0054]进一步的，在步骤SI中，可以通过以下步骤实现将壳程流体以设定温度状态循环流经被验证管壳式换热器I:
[0055]Sll、向被验证管壳式换热器I内注入小于额定工作体积的壳程流体；
[0056]具体可向被验证管壳式换热器I内注入一半额定工作体积的壳程流体。
[0057]S12、通过栗体2使壳程流体循环流经被验证管壳式换热器1、并利用栗自身所产生的热能将壳程流体的温度加热至设定温度。
[0058]S13、通过持续向外循环通路内补入壳程流体的方式使壳程流体维持在所述设定温度。
[0059]由于注入的壳程流体的总量较正常值小，因此该体量的壳程流体可较快的被栗体2加热至设定温度。而且，由于壳程流体在达到设定温度后就不需要再提升了，但栗体2的运行却还在持续产热，而正由于在初始时壳程流体并未加满，所以恰可以利用注流单元向外循环通路中缓慢地注入壳程流体，通过温度的中和来抑制壳程流体的升温，当壳程流体的总注入量达到额定工作体积时，再利用空调箱31子对壳程流体进行降温，由此不仅可以缩短验证时间，还可以降低功耗。
[0060]综上所述，本发明提供的一种管壳式换热器可靠性验证系统及方法，通过依次对被验证管壳式换热器I的耐热性能、抗冲击性能以及耐冲刷性能进行靶向验证，由此可以明确的判定出产品的缺陷所在，从而可有针对性进行改进，最终得出既经济又可靠的产品设计方案。
[0061]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种管壳式换热器可靠性验证系统，其特征在于，包括连通被验证管壳式换热器的壳程出口与壳程入口的外循环通路，所述外循环通路上设有注流单元、栗体、温度调节单元、流量调节单元以及泄流单元;所述泄流单元设置在所述栗体与所述壳程入口之间。2.根据权利要求1所述的管壳式换热器可靠性验证系统，其特征在于，所述温度调节单元为以所述栗体的发热量对流经的壳程流体进行加热。3.根据权利要求2所述的管壳式换热器可靠性验证系统，其特征在于，所述温度调节单元包括空调箱和温度监测模块;部分所述外循环通路容置在所述空调箱内，所述空调箱用于对外循环通路内的壳程流体进行降温；所述温度监测模块用于监测所述壳程流体的温度。4.根据权利要求3所述的管壳式换热器可靠性验证系统，其特征在于，所述外循环回路设有相对于其置于所述空调箱内的部分的旁路。5.根据权利要求2所述的管壳式换热器可靠性验证系统，其特征在于，所述注流单元设置在所述栗体与所述壳程出口之间。6.根据权利要求5所述的管壳式换热器可靠性验证系统，其特征在于，所述注流单元包扩流体箱、注流管、排气阀和第一闸阀，所述流体箱高于所述外循环通路和被验证管壳式换热器设置、并通过所述注流管与所述外循环通路连通，所述注流管上设有第一流量控制阀；所述第一闸阀设置在所述外循环通路上、并位于所述管程出口与所述注流管之间；所述排气阀设置在所述外循环通路上、并位于所述管程出口与所述注流管之间。7.一种管壳式换热器可靠性验证方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、向被验证管壳式换热器内注入壳程流体;令壳程流体以设定温度状态循环流经被验证管壳式换热器，待壳程流体循环设定时长后将其排出，判断是否同时满足折流板未出现软化和管束无法在穿孔中摆动，若是则执行步骤S2，若否则执行步骤S4; 52、向所述被验证管壳式换热器内注入壳程流体;令壳程流体以高于额定工作压力的状态循环流经被验证管壳式换热器，待壳程流体循环设定时长后将其排出，判断是否同时满足壳程流体在循环过程中压力不下降、折流板不发生变形、管束无法在穿孔中摆动以及管束间无相互接触，若是则执行步骤S3，若否则执行步骤S4; 53、向所述被验证管壳式换热器内注入额定工作体积的混有杂质的壳程流体;令壳程流体以高于额定工作压力的状态循环流经被验证管壳式换热器，待壳程流体循行设定时长后将其排出，判断是否同时满足壳程流体在循环过程中压力不下降、折流板不发生变形、管束无法在穿孔中摆动以及管束间无相互接触，若是则判定被验证管壳式换热器为可靠，若否则执行步骤S4; 54、判定被验证管壳式换热器为不可靠。8.根据权利要求7所述的管壳式换热器可靠性验证系统的验证方法，其特征在于，步骤SI中，通过以下步骤实现将壳程流体以设定温度状态循环流经被验证管壳式换热器: 511、向被验证管壳式换热器内注入小于额定工作体积的壳程流体； 512、然后通过栗体使壳程流体循环流经被验证管壳式换热器、并利用栗自身所产生的热能将壳程流体的温度加热至设定温度； SI 3、通过持续向外循环通路内补入壳程流体的方式使壳程流体维持在所述设定温度。9.根据权利要求8所述的管壳式换热器可靠性验证系统的验证方法，其特征在于，步骤Sll中，向被验证管壳式换热器内注入一半额定工作体积的壳程流体。10.根据权利要求7所述的管壳式换热器可靠性验证系统的验证方法，其特征在于，步骤S2和S3中，壳程流体均以两倍额定工作压力的状态循环流入和流出被验证管壳式换热器。
【文档编号】G01N3/56GK106018457SQ201610311766
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】梁科琳, 应龙, 范光寿
【申请人】广东美的暖通设备有限公司, 美的集团股份有限公司