CN104002113A - 一种板式反应器换热板片制造工艺及其成形模具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种板式反应器换热板片制造工艺，还提供一种成形模具，其特征在于：采用两张板片周边焊接；通过对焊接好的板片缓慢充液，并逐步升高充液压力，使得板片的非夹持点区域被逐步撑开，最后对换热板片的夹持点处进行压力焊焊接，进而制成表面均匀鼓起的换热板片。本发明的优点在于：适用于各种规格的板片，无需庞大的压力机，节省制造所需设备、模具成本。本发明制得的换热板片在250℃下承受5MPa的外压，在外压为零的工况下也能承受不大于1MPa的内压，从而可适用于蒸汽、水、导热油等多种载热液相媒体。

Description

一种板式反应器换热板片制造工艺及其成形模具
技术领域
本发明涉及一种板式反应器换热板片制造工艺，还涉及实现该板式反应器换热板片制造工艺的成形模具。 
背景技术
换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要，同时也提高能源利用率的主要设备之一。 
在用于制造羰化耦联合成酯工业板式反应器、草酸酯加氢制乙二醇板式反应器、酯加氢制醇板式反应器中，其换热板片为鼓泡式。在制作过程中，通常采用压力机整体成形，即直接通过凹凸模压制成形，该方法的缺点：换热板片的体积较大，需要采用相应的压力机进行压制，设备以及相应的模具成本很高。 
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种耐压效果好、适用多种工况的板式反应器换热板片制造工艺，还涉及实现该板式反应器换热板片制造工艺的成形模具。 
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种板式反应器换热板片制造工艺，其特征在于所述工艺步骤为：S1：根据板式反应器的结构和几何尺寸选择相应长度和宽度的板片两张；板片的厚度δ=1.5~3mm；S2：将两片板片上、下重叠在一起，对两张板片的四周进行焊接使之形成一个封闭的空腔，并在板片的端部预留或开设流道孔，在流道孔处焊接管接头，构成一个未成形的换热板片；S3：将焊接好的板片置于由上、下模组成的成形模具上，上、下模上分布若干可调节的的夹持柱，各相邻的夹持柱连线构成一个三角形或正方形，夹持柱的直径Φ=8~12mm，相邻夹持柱的中心距A=30~80mm；调节夹持柱端部紧贴上、下板片外表面；将上、下模通过螺栓固定，并利用定位销对板片的边缘以及上、下模的相对位置进行定位；S4：通过管接头对板片形成的空腔缓慢充液，并逐步升高充液压力，使得板片的非夹持点区域被逐步撑开，当板片撑开至要求的厚度T后停止升压，卸压后，打开成形模具，取出板片；该厚度T=10~14mm；S5：对换热板片的夹持点处进行压力焊焊接，进而制成表面均匀鼓起的换热板片。 
优选的，所述板片为不锈钢、低碳钢或低合金钢材质。 
一种实现上述板式反应器换热板片制造工艺的成形模具，其创新点在于：包括上模、下模、连接件、夹持柱和定位销，上模和下模在非边缘区域均匀分布若干伸出上模、下模内侧表面的夹持柱，所述夹持柱与上、下模螺纹连接；上模和下模的边缘区域通过连接件连接固定；上模和下模的边缘区域设置贯穿上、下模并对板片边缘限位的定位销。 
优选的，所述夹持柱上螺纹连接或焊接有抵住上、下模内侧表面的限位螺母。 
优选的，所述夹持柱的端部设置成半圆形。 
本发明的优点在于：采用液压鼓胀的方式对换热板片成形，适用于各种规格的板片，无需庞大的压力机，节省制造所需设备成本，模具成本也大大低于传统的整体模压方式。 
本发明制得的换热板片在250℃下承受5MPa的外压，夹持点处通过压力焊焊牢，各鼓泡部分的内部空间相互连通成换热板的内腔，内腔在焊点的拉撑作用下，即使在外压为零的工况下也能承受不大于1MPa的内压，从而可适用于蒸汽、水、导热油等多种载热液相媒体，并且可以经受多种工况不至于损坏换热板，因此采用该换热板片的板式反应器在投入运行时不需要特别规定加载卸载程序，使设备运行更加方便、安全、可靠。 
另外，夹持柱与上、下模采用螺纹装配式结构，具有较高的通用性和互换性。 
附图说明
图1为本发明中成形模具结构示意图。 
图2为图1中沿A-A线剖面图。 
图3为图2中所示I的局部放大图。 
图4为图1中所示II的局部放大图。 
图5为本发明中板片端部焊接管接头示意图。 
图6为本发明中成形后的换热板片主视图。 
图7为本发明中成形后的换热板片俯视图。 
具体实施方式
实施例
请参阅图1，本发明揭示了一种板式反应器换热板片制造工艺，其工艺步骤为： 
S1：根据板式反应器的结构和几何尺寸选择相应长度和宽度的板片两张；板片采用不锈钢、低碳钢或低合金钢材质，板片的厚度δ=1.5~3mm。
以下为不同板片厚度对应的能够抵抗的内、外压参数，以及相应的传热系数： 
结论：随着板片厚度的增加导热性能大大降低，而板片厚度过低抵抗内压和外压的能力较低。因此本发明中板厚选择1.5～3㎜这个区间，能够满足反应器工作压力1～5MPa、工作温度-20℃～250℃这样一个工况范围。而这个范围已经能够覆盖羰化耦联合成酯工业板式反应器、草酸酯加氢制乙二醇板式反应器、酯加氢制醇板式反应器等所处的工况。
  
S2：将两片板片2上、下重叠在一起，对两张板片2的四周进行焊接使之形成一个封闭的空腔，并在板片2的端部预留或开设流道孔，在流道孔处焊接管接头1，构成一个未成形的换热板片。
S3：利用成形模具夹装焊接好的板片， 
本步骤中所采用的成形模具，包括上模4、下模3、连接件、夹持柱和定位销，
上模4和下模3在非边缘区域均匀分布若干伸出上模4、下模3内侧表面的夹持柱8，各夹持柱8与上模4、下模3螺纹连接，夹持柱的端部设置成半圆形。
上模4和下模3的边缘区域通过连接件连接固定，本实施例中采用螺栓5和螺母6，当然这里仅仅是示例性的，不是局限性的，当然也可以使用 
上模4和下模3的边缘区域设置贯穿上模4、下模3并对板片2边缘限位的定位销7。夹持柱8上螺纹连接或焊接有抵住上模4、下模3内侧表面的限位螺母。
将焊接好的板片2先置于由上模4、下模3组成的成形模具上，上模4、下模3上分布若干可调节的的夹持柱8，各相邻的夹持柱8连线构成一个三角形或正方形，夹持柱8的直径Φ=8~12mm，相邻夹持柱8的中心距A=30~80mm；夹持柱8端部到上、模具外表面的距离为16mm，其可调范围为±2mm，通过调节夹持柱8，使其端部紧贴上、下板片外表面；将上模4、下模3通过螺栓连接固定，并利用定位销7对板片2的边缘以及上模4、下模3的相对位置进行定位。 
以下为相同内压下不同夹持柱直径、中心距对应的压焊点状态： 
结论：夹持柱直径的大小取决板片鼓胀成形后进行压力焊时焊接点所需的直径。之所以要设置这些正三角形（或正方形）分布的焊点，就是要使板片能够承受工作时板片内腔中的压力。这种压力因内腔所采用的传热介质不同而不同，有水、水蒸汽、导热油等，这些介质的工作压力一般在0.2～0.8MPa之间，这个范围情况与中心距A的两个极限情况相组合，所需的夹持柱的直径是8㎜和12㎜，因此夹持柱的直径范围定为Φ=8～12㎜。
下表为本发明中相同载热介质压力下，中心距对应的板片单位面积流量： 
结论： A越小，内腔介质的流动就越困难，因此在相同的压力下，A越小流量就越小，从而换热量也就越小，反之亦然；另外，A越小板片抗外压的能力就越强，A越大抗外压能力就越弱；因此A=30～80㎜既能抗外压要求，也可以保持足够的换热量。
S4：通过管接头1对板片2形成的空腔缓慢充液，并逐步升高充液压力，使得板片2的非夹持点区域被逐步撑开，当板片撑开至要求的厚度T后停止升压，该厚度T=10~14mm； 
                     水压值与板片膨胀厚度关系数据记录表 
卸压后，打开成形模具，取出板片，形成一个夹持点区域凹陷，而非夹持点区域鼓起的鼓泡式换热板片。
S5：对换热板片的夹持点处进行压力焊焊接，进而制成表面均匀鼓起的换热板片。 
经测试，本发明制得的换热板片在250℃下承受5MPa的外压，夹持点处通过压力焊焊牢，各鼓泡部分的内部空间相互连通成换热板的内腔，内腔在焊点的拉撑作用下，即使在外压为零的工况下也能承受不大于1MPa的内压，从而可适用于蒸汽、水、导热油等多种载热液相媒体。 

Claims (5)

1.一种板式反应器换热板片制造工艺，其特征在于所述工艺步骤为：
S1：根据板式反应器的结构和几何尺寸选择相应长度和宽度的板片两张；板片的厚度δ=1.5~3mm；
S2：将两片板片上、下重叠在一起，对两张板片的四周进行焊接使之形成一个封闭的空腔，并在板片的端部预留或开设流道孔，在流道孔处焊接管接头，构成一个未成形的换热板片；
S3：将焊接好的板片置于由上、下模组成的成形模具上，上、下模上分布若干可调节的的夹持柱，各相邻的夹持柱连线构成一个三角形或正方形，夹持柱的直径Φ=8~12mm，相邻夹持柱的中心距A=30~80mm；调节夹持柱端部紧贴上、下板片外表面；将上、下模通过螺栓固定，并利用定位销对板片的边缘以及上、下模的相对位置进行定位；
S4：通过管接头对板片形成的空腔缓慢充液，并逐步升高充液压力，使得板片的非夹持点区域被逐步撑开，当板片撑开至要求的厚度T后停止升压，卸压后，打开成形模具，取出板片；该厚度T=10~14mm；
S5：对换热板片的夹持点处进行压力焊焊接，进而制成表面均匀鼓起的换热板片。
2.根据权利要求1所述的板式反应器换热板片制造工艺，其特征在于：所述板片为不锈钢、低碳钢或低合金钢材质。
3.一种实现上述板式反应器换热板片制造工艺的成形模具，其特征在于：包括上模、下模、连接件、夹持柱和定位销，
上模和下模在非边缘区域均匀分布若干伸出上模、下模内侧表面的夹持柱，所述夹持柱与上、下模螺纹连接；
上模和下模的边缘区域通过连接件连接固定；
上模和下模的边缘区域设置贯穿上、下模并对板片边缘限位的定位销。
4.根据权利要求3所述的成形模具，其特征在于：所述夹持柱上螺纹连接或焊接有抵住上、下模内侧表面的限位螺母。
5.根据权利要求3所述的成形模具，其特征在于：所述夹持柱的端部设置成半圆形。
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