水浴式汽化器结构的改进与优化

陈国栋王 欣 陆志刚 龚晓伟

（无锡市双马空分热力设备有限公司)

水浴式汽化器结构的改进与优化

陈国栋*王 欣 陆志刚 龚晓伟

（无锡市双马空分热力设备有限公司)

对水浴式汽化器的结构进行分析和比较，并对其换热装置的弯头、套管以及开孔结构、法兰密封面、垫片、辅助结构等进行优化和改进。

水浴式汽化器 结构设计 开孔接管 受压元件 换热装置 压力容器

0 前言

水浴式汽化器是通过热水与低温液态气体进行热交换，从而使低温液态气体转变成气态气体的一种换热设备，它适用的介质有液氧、液氮、液氩、液体二氧化碳、液化天然气等，在低温液体汽化和空气设备中广泛应用。

水浴式汽化器汽化量大，换热效率高，并具有结构紧凑、占地面积小、节约空间和价格低等诸多优点。水浴式汽化器的主体为换热装置，所有与介质接触的受压元件都采用不锈钢管制造，可承受很低的温度和相应的压力，而且可靠性好，运行范围宽，温度控制容易，维修较为方便。本文对水浴式汽化器的结构进行了改进，这对于提高水浴式汽化器质量有十分重要的作用。

1 水浴式汽化器液相气相接管及开孔结构设计

水浴式汽化器属于压力容器，其结构如图1所示。水浴式汽化器液相、气相管上的接管可以采用嵌入式、骑口式，或采用受压元件 （三通或弯头）对接式。前二种是在液相、气相管上开一较大的椭圆孔，再将接管与孔口相焊接，其特点是制作相对简单容易，制作成本相对低廉，焊缝成型较难控制，焊缝质量差；后者是采用三通，三通的两端预先与液相、气相管对焊，其特点是制作需专用工具，制作成本相对较高，焊缝成型较易控制，焊缝质量优。两者比较可知，前者开孔不易控制，开孔大，制作周期长，清理工作困难，焊缝呈V型，对管壁产生的应力大，焊缝整体受力不均匀，影响管内流速和流量；后者无需开孔，制作周期短，清理工作方便，焊缝呈环型，焊缝整体受力均匀，对液相、气相管上的接管整体受力情况较好。

图1 水浴式汽化器

综上所述，对水浴式汽化器液相、气相管上的接管建议采用受压元件（三通）对接式结构。由焊缝形式的分析可知，对接焊缝强度优于角焊缝强度。

2 水浴式汽化器换热装置结构

水浴式汽化器换热装置结构包括L型弯头、管套和垫条抱箍等部件。

水浴式汽化器是在低温液体与加热汽化共存的工况下运行的，因此要注意大温差条件下的管道应力问题。在换热装置组装焊接过程中，如换热装置没有在L型弯头直端部分留有应力缓冲和装配余量，则势必将换热装置各个接头与液相、气相管焊接起来。但由于制作变形和制作偏差，换热装置各个接头与液相、气相管孔往往难以对中，于是只得进行强制组装焊接，而这样做的结果破坏了L型弯头与液相、气相管孔之间的自然稳定状态，进而出现应力弯头、变形弯头、R型扁弯头、圆弧过渡部分外形不圆滑、管口圆度偏差大等情况，其最后结果是缩短了水浴式汽化器的使用寿命。

水浴式汽化器液相、气相管与换热装置接头的连接通常采用焊接结构。若换热管接头直接焊接在液相、气相管上，则液相、气相管侧面的焊接热应力较大，会引起管子变形，尤其是在低温状态运行时，在液相管和气相管的焊接处往往更易引起裂纹。因此，在设计上可以采用过渡结构，先根据液相管和气相管规格预制带内套口的R型管套，并将其先焊接在液相、气相管上，在换热管与液相管、气相管组装完成后，再焊接管套与换热装置接头，这样可以有效化解过大的应力，确保此处焊缝的质量。

水浴式汽化器换热装置上采用金属垫条和金属抱箍来固定换热管。但在制作过程中难免存在松动现象，金属相互接触摩擦会对不锈钢产生划伤。水浴式汽化器运行时，水流、蒸汽流和换热装置内介质的流动会加剧扰动，出现不稳定因素，使换热管金属连接处遭受损坏。考虑到这些情况，在换热管上采用防磨套垫串联的方法来保护换热管。这一措施对于固定换热管、防止换热管相互摩擦、避免发生泄漏和振动、确保汽化器安全稳定运行具有积极的作用。

3 液相管进液结构

为了避免液相管加热和冷却同时运行，对水浴式汽化器液相管的受力造成不良影响，损坏进液装置，在低温液体进口处设置低温导流缓冲装置。这样，一方面可以避免低温导流管与筒体连接处受损，另一方面对低温导流管和液相管能起到应力缓冲作用，保证设备良好运行，增加汽化效果。

4 法兰密封面及垫片

由于水浴式汽化器的特殊性，其密封面基本上都采用突面和凹凸面，因此垫片的结构显得尤为重要。若密封性能不好，一旦泄漏，则整套系统均可能停止运行，影响生产正常进行。在承受0.1~1.6 MPa等级压力的水浴式汽化器上，通常采用F4+ 304（PTFE薄膜+304波纹环）垫片，在承受1.6~ 4.0 MPa等级压力的水浴式汽化器上，通常采用F4（纯PTFE板制作）垫片。对于水浴式汽化器的常规工况以及法兰密封面的形式和压力，这两种垫片能起到很好的密封作用。

5 水浴式汽化器移动和吊装辅助结构

对于水浴式汽化器还要设置一些辅助结构，以满足设备运输、移动吊装及就位安装的需要。若直接无衬垫捆绑运输，设备会出现滚翻和窜动现象。对碳钢设备而言，会破坏设备表面涂敷外观，影响涂层厚度及致密度；对不锈钢设备而言，会污染表面，损伤设备表面，破坏钝化膜。设备运至用户处或施工现场，可能就地露天放置或马上就位安装，但对场地位置和场地环境进行综合评价，不利因素将会增加。

因此，在结构上可以设置工艺支座或支腿，在支腿上还可增加吊耳结构，这样可以有效地防止设备在运输、移动吊装和就位安装时出现损伤等情况，确保水浴式汽化器的质量完好。

6 结论

综上所述，对水浴式汽化器在结构上加以改进与优化，不仅能有效改善该压力容器的使用状况，延长使用寿命，也符合节能增产、绿色环保的理念，为企业带来可观的经济效益。

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.TSG R0004—2009.固定式压力容器安全技术监察规程 [S].

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 150.1～GB150.4—2011.钢制压力容器 [S].

[3]国家技术监督局.GB 151—1999.管壳式换热器 [S].

Improvement and Optimization of the Structure of Water Bath Vaporizer

Chen Guodong Wang Xin Lu Zhigang Gong Xiaowei

This paper analyzed and compared the structures of water bath vaporizer,and put forward improvement and optimization measures to elbow and casing of heat exchange device,structure with openings,flange sealing surface,gaskets and auxiliary structures.

Water bath vaporizer;Structure design;Opening nozzle;Pressure part;Heat exchange device; Pressure vessel

TQ 051.5

2012-03-15）

*陈国栋，男，1976年生，助理工程师。无锡市，214151。