管板干燥机的优化设计

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管板干燥机的优化设计

李凯杰1，张德榜1，梁国珍2，秦2.中粮工程科技（郑州）有限公司，郑州（1.郑州万谷机械有限公司，郑州

锋2450064；

450053）

摘要：通过优化，将换热管板两侧半圆弧形的盘管改成圆管结构，组成整体换热板，换热管分别采用180°圆弯头90°圆弯头焊接成形。管板与主轴的焊接过程中，采用焊后退火热处理，防止冷裂纹，能达到良好的脱氢效果。

关键词：管板干燥机；螺旋线型盘管；Q345R；冷裂纹；脱氢处理；直流反接；退火

Abstract：Changetwoflankssemicirclecoiltocirculartubebyoptimizingtheheatexchangeplate，

2.COFCOEngineeringTechnology（Zhengzhou）Co.，Ltd.，Zhengzhou450053，China）

（1.ZhengzhouWanguMachineryCo.，Ltd.，Zhengzhou450064，China；

LiKaijie1，ZhangDebang1，LiangGuozhen2，QinFeng2

Optimizationdesignofplatedryer

composethewholeofheatexchangeplate.Theheatexchangecoilareformedasonebodyby180°roundcoldcrack，Toachievedthewelleffectofremovehydrogen.

中图分类号：S226.6

文献标识码：B

Keywords：platedrier；spiralpipe；Q345R；coldcrack；removehydrogen；DCreversedpolarity；annealing

文章编号：1007－3582（2014）05－0013－03

elbowand90°roundelbow.Intheprocessofweldplateonaxle，Usingannealingafterweldtoprevent

管板干燥机是一种新型干燥设备，采用饱和水蒸汽为热源，让饱和水蒸汽通过换热管壁及换热管板面，把热量传向管壁外的被干燥物料，将物料烘干的机械设备。该设备应用范围广，对物料的适应性好，能广泛应用于肉类加工、饲料、酿酒等行业的干燥作业。如鱼粉、鸡骨粉、鸭骨粉、肉骨粉、酒糟、啤酒糟等物料的干燥加工。本文基于多次加工制造管板干燥机的经验与不断改进，设计出更优化合理的加工工艺，并付诸实践，取得了良好的效果。

路。蒸汽通过空心换热主轴进入到弧形盘管中，从而加热换热板，通过热传递，间接烘干物料。干燥机的干燥强度可达到10~15kgH2O/m2·h。在管板干燥机

制造过程中，其“换热管板”制造难度大，尤其是焊接问题，在焊缝高质量的焊接过程中，还要保证不准泄露，每块换热板两侧焊缝的焊缝长度约有1000m长。这就增加了加工制造的难度，同时耗费工时，无形中增加了加工制造成本，传统换热管板如图1所示。

1管板干燥机传统的加工制造工艺

传统管板干燥机的换热板是一个整体圆换热板，在板两侧焊有横截面为半圆弧形的盘管，盘管呈螺旋线形分布在圆换热板的两侧上，半圆弧盘管通过一端的圆孔使换热板两侧的盘管连通，并最终将换热板焊接在空心换热主轴上，形成闭合的蒸汽回

收稿日期：2014-05-05作者简介：李凯杰（1985-），男，助理工程师；专业方向为干燥设备开发与设计。

图1传统管板干燥机换热板示意图

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1-半圆弧形盘管；2-整体圆换热板

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2经优化后的加工制造工艺

2.1改进后的制造工艺

普通低合金高强度钢，具有良好的综合力学性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性［2］。

换热管焊接在换热板上后，需要等距离地焊接在换热主轴上。因为主轴的直径较大，为φ450×30，材质为20g。而换热板上的换热管直径为φ76×4.5，在相互的焊接过程中，主轴的焊后伸缩变形较大，而换热管变形较小，在焊接接头处容易产生冷裂纹。焊接接头中的冷裂纹又称为延迟裂纹，是焊接时在Ar3以下冷却过程中或冷却以后所产生的裂纹，形成裂纹的温度通常在马氏体转变范围，约200~300℃以下。这种裂纹可以在焊接后立即出现，也可能延迟几小时、几天甚至更长的时间以后发生。焊接接头中存在的氢、硬脆组织和应力是导致冷裂纹的主要因素［3］。因此在焊接的过程中，必须控制冷裂纹的发生，同时要注意焊条的合理选取，才能避免此现象的发生。2.3.1问题的分析与讨论

改进后的换热管板将两侧半圆弧形的盘管改成圆管结构，采用一定的弧度冷加工而成，将整体的换热圆板改成数块填充式板，分别与弯成螺旋线形的圆管焊接成一体，组成整体换热板。换热管连接处采用180°圆弯头连接，与主轴焊接处采用90°圆弯头连接。如图2所示。

通过对裂纹的多次分析、研究，并查阅相关资料，才了解到冷裂纹的产生原因。即在许多情况下氢

1-圆形盘管；2-90°圆弯头；3-180°圆弯头；4-填充式换

图2改进后的干燥机换热管板示意图

是引起冷裂纹的最活跃的因素，因此，冷裂纹也成为氢致裂纹。焊接时，焊接材料所含水分及其他含氢化合物被电弧的高温所分解，成为原子氢溶入到电弧下的金属熔池中。氢在熔融金属中的溶解度是比较大的，但是当液相金属凝成固相时，氢的溶解度便急剧降低，由于焊接接头处的冷却速度极快，使大部分氢来不及溢出，而以过饱和状态溶于凝固了的焊缝金属中。随着固相金属温度降低，特别是从奥氏体转变为铁素体后，氢的溶解度进一步减低，使焊缝金属氢的过饱和程度更为增加。一部分过饱和的氢原子可以扩散至焊缝金属的表面而外逸到大气中，一部分氢原子扩散到焊缝及近缝热影响区内部的空隙（例如气孔、非金属夹杂物周围的空隙等），形成氢分子，体积急骤增大，使这些空隙部位处于高压状态，并在某些细小空隙的尖端产生高应力。此外，由于焊接应力（包括热应力、相变形成的组织应力以及约束条件等引起的应力）的存在，也会在一些内部缺陷或者表面缺陷的前沿产生应力集中。溶于钢中的氢原子在应力梯度的驱动下扩散到上述这些高应力部位而浓集起来，使此处的金属结合强度降低，如果这些部位存在脆硬组织，则当氢的浓度达到某一临界值时，就会在应力的作用下产生微裂纹，然后在扩散氢、应力和硬脆组织同时存在的条件下，微裂纹就逐步扩展为宏观裂纹［3］

。

热板

2.2改进后的优点

1.5m的换热板为例：原加热管板两侧焊接的半圆弧形盘管，盘管长度约有5m，每侧焊缝约有10m，两侧共有20m，以每台设备50块换热板计算，焊缝就长约1000m，焊接工作量很大。新改进的圆形管换热板，每张换热板焊缝长约8m长，50块换热板，焊缝长约400m，且只需要保证每个盘管连接处的焊接质量。大大减少了焊接工作量，并且使焊接质量得以提高，避免在使用过程中的泄露。2.3改进优化中的制造问题

新的制造工艺，降低了焊接工作量，以直径为

在制造过程中，充分考虑到设备的工作情况，物料在干燥机翻转搅拌下，必然产生巨大的扭矩，这就要求在换热板与换热主轴的焊接必须要牢固，并且不能漏气。综合各种考虑，我们选取的换热管与换热主轴的材质均为20g，具有良好的塑性和韧性，加

［1］

工工艺好，特别是焊接性能好。且换热板的材质为Q345R（GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》规定在2008年9月1日起采用新的标号，将原16MnR统一为Q345R牌号）。Q345R是屈服强度350MPa级的

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2.3.2结论

经过反复的焊接试验，通过对不同焊条的焊接对比，J506、J507、J422、J427，并采用不同的焊接工艺，最后得出，使用J507与J427采用直流反接法焊接，能防止焊缝在短时间内发生冷裂纹。同时在焊接过程中，焊后及时进行热处理，采用高温加热焊缝，使焊缝缓慢冷却，能达到良好的脱氢处理，即采用焊后退火处理的热处理方式，能防止冷裂纹。同时考虑到管板与换热主轴的焊接间距较小，采用J427焊条，在弯曲焊条时容易造成焊条表面要皮的脱落，使焊接过程无法进行。所以最后经试验得出，对于换热管板与换热主轴焊接，较理想的焊接工艺为，用J507焊条，采用直流反接法焊接工艺，并在焊后进行退火热处理，将焊后的主轴缓慢加热到620℃-660℃，保温两个小时，后随炉温缓慢冷却，采用退火处理，以消除在焊接过程中产生的焊接应力，减少焊接产生的冷裂纹。

3总结

通过对原有管板干燥机的不断改进，弥补在使用过程中的各种缺失，在达到理想烘干效果的同时，也增加了设备的耐磨性，可靠性，焊接牢固性等。对原有制造工艺的改进，也提高了制造企业的生产效率，也对焊接工艺要求有了更高的标准，使企业在提高自身实力的同时也对设备的改进有了更深刻的认识，减少盲目性，更多理性的分析与思考。同时也避免了用户在使用过程中频繁大修而造成的减产，提高了产量，也增加了企业的效益。参考文献：

［1］GB/T8163-87《输送流体用无缝钢管》［S］.

［2］李智诚，朱中平，薛剑峰.锅炉与压力容器常用金属材料手

册，第1版［M］.北京：中国物资出版社，1997.

［3］叶文邦，张建荣，曹文辉.压力容器设计指导手册，第1版

［M］.

昆明：

云南科技出版社，2006.

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