CN102032827A - 换热管的热套加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换热管的热套加工工艺，至少包括：步骤一，获得外管；获得换热部件；步骤二，使外管的温度高于换热部件的温度，形成一温差；步骤三，将具有温差的外管与换热部件以外管在外、换热部件在内的状态套合在一起；步骤四，使外管的温度与换热部件的温度相同，获得换热管。本发明利用温差使外管与换热部件套合在一起。本发明获得的换热管由于在外管内设置了换热部件，增加了换热面积，提高了间接换热区的换热效率，在换热管的整体换热效率上要高于现有的换热管。本发明成本低，制造便利，适用于石油、化工、化肥、锅炉、制药、食品、电力、核能、环保、供热等多种行业中用作高效换热器或换热设备的用管。

Description

换热管的热套加工工艺 

技术领域

本发明涉及金属管加工技术领域，尤其涉及一种用于换热器等换热设备的换热管的加工工艺。 

背景技术

按GB/T24590-2009《高效换热器用换热管》标准，我国现行的换热器用高效换热管共分为四大类型，分别为T型槽管、波纹管、内波外螺纹管、内槽管。它们最大的共同点在于：都是通过冷加工工艺在金属基管(直光管)上制造加工出来的换热管。 

如图1所示，现有技术中的T型槽管，在金属基管1的外壁上通过冷加工形成密集的螺旋状T型凹槽11。T型槽管按结构形式可分为：I型，管外壁呈T型槽道，管内壁表面光滑；II型，管外壁呈T型槽道，管内壁表面呈波纹状。 

如图2所示，现有技术中的波纹管，在金属基管1上通过冷加工形成管内、外表面均呈波纹状11的换热管。 

如图3所示，现有技术中的内波外螺纹管，在金属基管1上通过冷加工形成管外壁呈螺纹11、管内壁呈波纹状12的换热管。 

如图4所示，现有技术中的内槽管，在金属基管1的内壁通过冷加工形成凹槽11的换热管。内槽管按结构形式可分为：I型，轴向凹槽；II型，螺旋状凹槽。 

上述四大类换热管与未经冷加工直接用作换热管的金属直光管相比，因为在金属基管上具有冷加工所形成的槽形、波形等，强化了传热效果，因此有效地提高了换热管的换热面积和换热效率，故被称为换热器用“高效”换热管。 

上述这四大类换热管都是以无缝金属直光管作为基管通过冷加工成型的，其冷加工工艺主要是对无缝金属直光管做形状的变化。进一步地，这四大类换热管都是在无缝金属直光管的内、外壁上进行冷加工，加工幅度受管壁厚度所限，因此难以再大幅度地提高换热面积。 

现有技术中的换热管在做热交换时，水、油、气等换热介质在换热管内流通，借助于换热管壁实现与换热管外的其他介质之间交换热量的技术目的。在热交换过程中，靠近换热管管壁区域的换热介质所进行的热交换比较充分，换热效率较高；而远离换热管管壁、位于换热管中心区域的换热介质的热交换并不充分，因此现有技术中的上述换热管虽经过一定改进，但整体换热效率仍较低。 

并且，现有技术中的换热管在生产、使用过程中还存在以下几点明显的不足： 

1、受制于冷加工设备的规格限制，换热管成品在规格、长度等方面均受到很大的局限； 

2、由于有冷加工步骤，原材料的损耗较大； 

3、由于冷加工过程复杂，导致产品的加工精度参差不齐； 

4、冷加工工艺的检验方法和检验手段难以保证成品质量； 

5、受加工工艺限制，制管效率不高； 

6、这四大类换热管大多具有特殊的外型，给换热器设备的制作诸如对波纹管、外槽管的折流板的处置带来许多不便； 

7、这四大类换热管都经过冷加工，管体上存有残余应力，在介质通过时会形成湍流，强化了换热管的局部腐蚀，因此对换热器设备的使用寿命造成了一定的负面影响。 

现有技术中的换热管由于上述原因，进入了一个技术瓶颈，换热面积、换热效率难以再大幅度提高，制约了换热器的发展，难以满足市场的需求。 

因此，本领域的技术人员一直致力于开发一种换热效率高的换热管及其加工工艺。 

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、加工局限性少的生产上述换热管的加工工艺。 

为实现上述目的，本发明提供了一种换热管的热套加工工艺，至少包括：步骤一，获得外管；获得换热部件；步骤二，使所述外管的温度高于所述换热部件的温度，形成一温差；步骤三，将具有温差的所述外管与所述换热部件以所述外管在外、所述换热部件在内的状态套合在一起；步骤四，使所述外管的温度与所述换热部件的温度相同，获得所述换热管。 

较佳地，所述步骤二中，通过提高所述外管的温度并保持所述换热部件的温度不变，形成所述温差。 

较佳地，所述步骤二中，通过保持所述外管的温度不变并降低所述换热部件的温度，形成所述温差。 

较佳地，所述步骤二中，通过提高所述外管的温度并降低所述换热部件的温度，形成所述温差。 

较佳地，所述外管的内部为介质通道；所述换热部件将所述介质通道划分为与所述外管换热的直接换热区及与所述换热部件换热的间接换热区；位于所述间接换热区内的换热介质通过所述换热部件与所述直接换热区的换热介质交换热能。 

较佳地，所述外管和/或所述换热部件为金属焊管。 

较佳地，所述步骤一中，所述换热部件为内管。 

较佳地，所述内管的横截面为多边形。进一步地，所述多变形为所述内管经过压制加工获得，或通过焊接获得。 

较佳地，所述内管由多个弧形表面连接形成。进一步地，所述多个弧形表面为所述内管经过压制加工获得的连续的冷轧加工面。 

较佳地，所述外管和所述内管均为金属焊管且在同轴内外套合的状态时，所述外管的纵向焊缝与所述内管的纵向焊缝在圆周方向上错位设置。 

较佳地，所述内管的内表面、外表面均为光滑表面。 

较佳地，所述内管呈直线状或螺旋状。 

较佳地，所述内管为多层管。 

较佳地，所述内管的管壁上设置有至少一通孔。这些通孔可以是O形孔或星形孔或多边形孔或其他异形孔。 

较佳地，所述换热部件还包括与所述外管紧密贴合的结合部。 

较佳地，所述结合部具有圆弧形的转角。 

较佳地，所述步骤三中，所述换热部件上的所述结合部与所述外管的内壁紧密贴合。 

本发明的加工工艺与现有技术中换热管加工工艺相比，由于没有大量的冷加工作业，因而大幅地降低了换热管的生产成本，提高了制造效率，具有稳定的加工质量。由于没有冷加工，换热管的内壁没有残余应力，其抗结垢性、耐蚀性更好。 

从制管设备成本上比较，现有的换热管生产必须要有的专门机加工、冷加工设备。而本发明的加工工艺只需要在现有制管设备上做模具等简单改造，就可以生产出本发明的换热管所采用的内管。因此，本发明的加工工艺减少了厂房和场地的投资，具有投资省、场地占用面积不需扩大，见效快，生产效率高等有益效果，其生产效率大约为现有工艺的数倍，大大高于现有的换热管的加工工艺。 

本发明的加工工艺获得的换热管，由于在外管内设置了换热部件，与现有技术中同等直径的换热管相比，换热面积增加了数倍。 

进一步地，上述换热部件还将外管内的介质通道划分为靠近外管管壁的直接换热区及靠近外管中心的间接换热区。本发明的换热管在热交换过程中，换热介质在介质通道中通过时，靠近外管管壁的直接换热区中的换热介质通过外管管壁直接与外管外的另一介质换热，介质通道内该区域的换热效率与现有技术基本相同。本发明由于在外管内设置了换热部件，靠近外管中心的间接换热区内的换热介质还可以通过换热部件与直接换热区内的换热介质形成热交换，再由直接换热区内的换热介质将该部分能量与外管外的该另一介质换热，如此大大提高了介质通道内该区域的换热效率。 

因此本发明的加工工艺获得的换热管在整体换热效率上大致为现有换热管的数倍，要大大高于现有的换热管。 

本发明还首次采用焊管为原材料，而焊管的成本比现有技术中用作换热管原材料的无缝管的成本至少低20％左右，因而本发明大幅度地降低了换热管的制造成本。 

并且，本发明的加工工艺获得的换热管由于具有光滑的外表面，在制造换热器设备时，换热管与管片的密封效果好，更适于现有换热器设备的制作技术，其设计寿命和使用寿命大大高于现有的四大类换热管。 

本发明的加工工艺获得的换热管，具有结构简单，成本低，制造便利等有益效果，适用于石油、化工、化肥、锅炉、制药、食品、电力、核能、环保、供热等多种行业中用作高效换热器或换热设备的用管。 

附图说明

图1是现有技术中一种T型槽管的结构示意图； 

图2是现有技术中一种波纹管的结构示意图； 

图3是现有技术中一种内波外螺纹管的结构示意图； 

图4是现有技术中一种内槽管的结构示意图； 

图5是本发明的实施例1的横截面结构示意图； 

图6是本发明的实施例2中的内管的侧视结构示意图； 

图7是本发明的实施例3的横截面结构示意图； 

图8是图7所示实施例中的内管的侧视结构示意图； 

图9A是本发明获得的换热管一实施方式的横截面结构示意图； 

图9B是本发明获得的换热管一实施方式的横截面结构示意图； 

图9C是本发明获得的换热管一实施方式的横截面结构示意图； 

图9D是本发明获得的换热管一实施方式的横截面结构示意图； 

图9E是本发明获得的换热管一实施方式的横截面结构示意图； 

图9F是本发明获得的换热管一实施方式的横截面结构示意图； 

图9G是本发明获得的换热管一实施方式的横截面结构示意图； 

图9H是本发明获得的换热管一实施方式的横截面结构示意图； 

图9I是本发明获得的换热管一实施方式的横截面结构示意图； 

图9G是本发明获得的换热管一实施方式的横截面结构示意图； 

图9K是本发明获得的换热管一实施方式的横截面结构示意图； 

图10A是本发明的实施例4的横截面结构示意图； 

图10B是本发明获得的换热管的其他实施例的横截面结构示意图 

图11是本发明的热套加工工艺中内管的压制流程设备示意图。 

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。 

实施例1： 

本发明的工艺获得的换热管为一具有一定长度的金属管，主要包括金属的外管1及设置在外管1内部的内管2，两者紧密配合，固定设置在一起。 

如图5所示，本实施例中，外管1为一金属焊管，如奥氏体不锈钢焊管、碳素钢焊管、钛及钛合金焊管、镍及镍合金焊管，或奥氏体-铁素体双相钢焊管等。外管1的内、外表面均为光滑表面。 

外管1的内部形成换热介质流通的介质通道，还设置有内管2。内管2用作外管1内的换热部件，与外管1共同构成本发明的工艺获得的换热管。本实施例中，内管2也为一金属焊管，外表面呈直线状。 

具体地，本实施例中的内管2是由一圆形的金属焊管采用压制加工工艺形成的连续的4个弧形表面21，4个弧形表面21之间通过4个圆弧的转角22连接，每一弧形表面均为一个冷轧加工面。 

上述换热管的换热面积比现有技术中同等直径的换热管增加了大约5倍。 

圆弧的转角22要有一定弧度，根据外管1直径的不同，优选地采用转角半径为2-10毫米。这样即保证了内、外管有足够的套合接触面积， 又保证了内、外管紧配合的牢固和一体性；还避免了由于尖锐角的存在，在热套加工时划伤外管1的内壁。 

进一步地，外管1和内管2在同轴设置并且内、外套合的状态时，外管1上的纵向焊缝与内管2上的纵向焊缝在圆周方向上错位设置(图5中未示出)。 

优选地，错位的角度为90°。当然，在其他实施例中，也可以选择例如30°、60°、150°、180°等角度。 

用作换热部件的内管2将外管1内的介质通道划分为几个区域。从横截面上看，本实施例中内管2是由四个弧形表面21连接形成的，这样在外管1内共形成了四个靠近外管1的直接换热区31和一个位于外管1中心区的间接换热区32。换热介质在上述换热管中做热交换时，四个直接换热区31和一个间接换热区32中都可以同方向流通有相同的换热介质，以与外管1外的另一介质交换热量。 

直接换热区31内的换热介质与外管1的管壁直接交换热量，其热交换比较充分，因此四个直接换热区31的换热效率与现有技术基本相同。 

但本发明的上述换热管由于在外管1中设置了换热部件，还形成了一个间接换热区32。间接换热区32内的换热介质与外管1的管壁无直接接触，而是与作为换热部件的内管2的四个弧形表面21交换热量。 

间接换热区32中的换热介质的热量通过四个弧形表面21交换到位于外侧的四个直接换热区31中的换热介质上，再交换到外管1外的另一介质上。这样，本发明借助于换热部件，使位于外管1中心区、与外管1无直接接触的间接换热区32内的换热介质也充分地参与到换热过程里，大大地提高了换热管的换热效率。 

如本实施例中的内管2，采用内凹圆弧面的有益效果在于，不仅可以大幅度地提高换热管的换热面积，提高了换热管的换热效率；还可以加大间接换热区32内换热介质的流量和流速，也提高了换热管的换热效率。进一步地，还改善了换热管在换热介质作用下的受力状态，加强了内管2的刚性。 

内管2上的转角22处形成结合部，与外管1的内壁紧密贴合，形成固定设置关系。理论上，要求紧密贴合的间隙为零。当然，实际操作中，可以设定实际的检测数据。 

本发明的工艺获得的换热管还由于热套后没有冷加工，因此内部结构应力基本消除，抗结垢性、耐蚀性更好。 

本发明还具有结构简单，成本低，制造更便利等有益效果。 

现有技术中的换热管大多具有特定的外表面形状(譬如螺旋、T槽、波纹)，在制作换热器设备时，现有技术中的换热管与管板的连接须增加连接段；换热管与折流板之间间隙较大，固定性比较差。而本发明的工艺获得的换热管具有光滑的外表面，更适于传统换热器的制作技术，其设计寿命和使用寿命大大高于现有的四大类换热管。 

考虑到在后续制作换热器设备的工艺中的需要，在与管板焊接的条件下，本发明的工艺获得的换热管的外管1比内管2伸出长度可在0.5-3mm，以保证焊接时换热管与管板融为一体或保证有足够的焊脚尺寸高度。在与管板为胀管的条件下，本发明的外管1比内管2伸出长度可以控制在40mm左右，以利于胀管作业的可靠性。 

根据客户需要，本发明的工艺获得的换热管的整体长度可以在0米至数十米之间选取。当然，如果合理配置热处理炉，本发明的工艺获得的换热管的整体长度还可以在任意长度，而不受限于冷加工设备的规格。 

在其他实施例中，也可以仅外管或内管之一采用焊管，而另一采用无缝金属直光管或其他常用金属管。 

实施例2： 

如图6所示，本实施例的换热管与上述实施例的结构基本相同，都包括一外管1，一用作换热部件的内管2，所不同之处在于，内管2的外表面呈螺旋状。 

在其他实施例中，在内管2的外表面开设T型槽、螺纹槽等，可以实现基本相同的技术效果。 

实施例3： 

本实施例与实施例1的结构基本相同，包括外管1、内管2，所不同之处在于，内管2的横截面形状为三角形，在外管1中形成了三个直接换热区31和一个间接换热区32。 

另外，内管2的管壁上还设置有至少一通孔23。这些通孔23可以是O形孔或星形孔或多边形孔或其他异形孔。 

优选地，参见图7、图8所示为本实施例中内管2的侧视结构，多个通孔23呈阵列地分布在内管2的管壁上。 

在其他实施方式中，内管2的横截面可以有多种形式。如图9A、图9B、图9C、图9D、图9E、图9F、图9G、图9H、图9I、图9G、图9K所示的外管1与内管2的各种结构形式均为本发明的工艺获得的换热管的实施方式。 

上述各种实施方式中，都可以采用光滑表面的内管2或带多个通孔的内管2，可以实现基本相同的技术效果。 

实施例4： 

本实施例与实施例1的结构基本相同，包括外管1、内管2，所不同之处在于，参见图10A，内管2为一双层管，包括外层21、内层24。 

本发明的换热管内可以只流通一种换热介质，以与换热管外的其他介质交换热量。

由于内管为双层管，本发明的换热管中也可以流通两种换热介质，即在内管的内层24中流通介质一，在内管的内层24与外管1之间流通介质二，在外管1外流通其他介质。在比较复杂的换热设备中，有时候需要将一种介质(譬如上述在内管2的内层24中流通的介质一)的热量交换到两种不同温度的介质(譬如上述在内管2的内层24与外管1之间流通的介质二和在外管1外流通的其他介质)上，本实施例的结构设计就可以解决上述技术问题，并具有结构简单等有益效果。 

本发明的换热管当内管2为多层管时，内管2还可以是其他形状，如图10B所示，或在如图9A、图9B、图9C、图9D、图9E、图9F、图9G、图9H、图9I、图9G、图9K所示的内管2中增加一层内层，等等。 

当然，在另外的实施方式中，内管2也可以是三层，或更多层。 

实施例5： 

本发明的换热管的热套加工工艺，主要是先分别获得外管、换热部件，然后在外管、换热部件之间形成温差并做热套加工，最终获得的换热管。 

具体地，本发明的加工工艺在一具体实施例中，步骤一，首先获得外管及用作换热部件的内管2。外管选用一内、外表面均光滑的焊管。 

本实施例中，内管2由四个弧形表面连接形成。结合图11所示，内管2由一圆光管通过压制加工工艺获得(图11中上辊411与下辊421之间的是一横截面为圆形的直光管，即制造内管2的原材料，附图11可能存在线性损失，线条不光滑，应该是光滑的圆)。 

压制设备主要包括一系列的支架401、402、403、404，各支架上分别设置有上辊411、412、413、414及下辊421、422、423、424，在内管2的两侧还分别设置有一系列的左辊、右辊(图中未示出)。通过四侧挤压逐步变形，获得需要外形的内管2。 

在内管2压弧成形的过程中，四个弧形表面之间还必须留有的四个圆弧形的转角，圆弧形的转角用作内管2与外管紧密贴合的结合部。转角要有足够适宜的尺寸，例如为2-10mm。设置四个转角使内、外管有足够的套合接触面积，使两者牢固地紧配合在一起；还避免了由于尖锐角的存在，在热套时划伤外管内壁的可能。 

步骤二，通过提高外管的温度并保持内管的温度不变，使外管的温度高于内管的温度，形成两者的温差。 

外管在加热时要掌握控制适宜的温度，一般来讲：碳素钢外管热套加热温度控制在AC1线左右；奥氏体不锈钢，奥氏体-铁素体双相钢加热温度可达到AC3线左右；对奥氏体于不锈钢或其它有色金属管可在套合后同 时作光亮退火或固溶处理。 

步骤三，将具有温差的外管与内管以外管在外、内管在内的状态套合在一起。内管上的结合部(转角)与外管的内壁紧密贴合。优选地，接触面套合间隙为零。 

步骤四，最后使外管的温度与内管的温度相同，优选地都恢复到常温，获得如图5所示的换热管。 

在其他实施例中，还可以通过少量的冷加工，使换热管的两端端面与其轴线垂直，并清除切口毛刺。 

在其他实施例中，也可以通过保持外管的温度不变并降低内管的温度，以形成上述的温差。或者，通过提高外管的温度并降低内管的温度，形成上述温差。 

换热管内管形式的变化，只需要对加工设备的一系列压辊做一个调整即可满足，此为现有技术，本文不再赘述。对于内管是多层管的实施方式，只要将多层管视为一内管即可同样实施。因此本发明的上述加工方法，可以用于加工本发明中任一实施例中的换热管，均具有相同的有益效果。 

综上所述，本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的权利要求保护范围之内。 

Claims (19)

1.一种换热管的热套加工工艺，其特征在于：至少包括以下步骤：

步骤一，获得外管；获得换热部件；

步骤二，使所述外管的温度高于所述换热部件的温度，形成一温差；

步骤三，将具有温差的所述外管与所述换热部件以所述外管在外、所述换热部件在内的状态套合在一起；

步骤四，使所述外管的温度与所述换热部件的温度相同，获得所述换热管。

2.如权利要求1所述的加工工艺，其特征在于：所述步骤二中，通过提高所述外管的温度并保持所述换热部件的温度不变，形成所述温差。

3.如权利要求1所述的加工工艺，其特征在于：所述步骤二中，通过保持所述外管的温度不变并降低所述换热部件的温度，形成所述温差。

4.如权利要求1所述的加工工艺，其特征在于：所述步骤二中，通过提高所述外管的温度并降低所述换热部件的温度，形成所述温差。

5.如权利要求1至4任一所述的加工工艺，其特征在于：所述外管的内部为介质通道；所述换热部件将所述介质通道划分为与所述外管换热的直接换热区及与所述换热部件换热的间接换热区；位于所述间接换热区内的换热介质通过所述换热部件与所述直接换热区的换热介质交换热能。

6.如权利要求1所述的换热管，其特征在于：所述外管和/或所述换热部件为金属焊管。

7.如权利要求1所述的加工工艺，其特征在于：所述步骤一中，所述换热部件为内管。

8.如权利要求7所述的加工工艺，其特征在于：所述内管的横截面为多边形。

9.如权利要求8所述的加工工艺，其特征在于：所述多变形为所述内管经过压制加工获得，或通过焊接获得。

10.如权利要求7所述的加工工艺，其特征在于：所述内管由多个弧形表面连接形成。

11.如权利要求10所述的加工工艺，其特征在于：所述多个弧形表面为所述内管经过压制加工获得的连续的冷轧加工面。

12.如权利要求7至11任一所述的换热管，其特征在于：所述外管和所述内管均为金属焊管且在同轴内外套合的状态时，所述外管的纵向焊缝与所述内管的纵向焊缝在圆周方向上错位设置。

13.如权利要求7至11任一所述的换热管，其特征在于：所述内管的内表面、外表面均为光滑表面。

14.如权利要求7至11任一所述的换热管，其特征在于：所述内管呈直线状或螺旋状。

15.如权利要求7至11任一所述的换热管，其特征在于：所述内管为多层管。

16.如权利要求7至11任一所述的换热管，其特征在于：所述内管的管壁上设置有至少一通孔。

17.如权利要求1所述的加工工艺，其特征在于：所述换热部件还包括与所述外管紧密贴合的结合部。

18.如权利要求17所述的加工工艺，其特征在于：所述结合部具有圆弧形的转角。

19.如权利要求17所述的加工工艺，其特征在于：所述步骤三中，所述换热部件上的所述结合部与所述外管的内壁紧密贴合。

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