Способ изготовления теплообменной трубы

 

Изобретение относится к области изготовления теплообменных аппаратов и может быть использовано в энергомашиностроении, химической и газоперерабатывающей промышленности. На трубу наносят слой суспензии на основе смеси металлических порошков. На поверхности слоя размещают полимерный материал в виде гранул. Суспензию обезвоживают, после чего гранулы полимерного материала уделяют их растворением. Затем на полученное оребрение наносят металлическое покрытие. Полученное изделие нагревают до температуры спекания металлического покрытия. В результате обеспечивается возможность повысить технологичность процесса и эксплуатационные свойства труб.

Изобретение относится к области изготовления теплообменных аппаратов и может быть использовано в энергомашиностроении, химической и нефтегазоперерабатывающей промышленности.

Для интенсификации теплообмена в теплообменных аппаратах используются развитые поверхности, в том числе трубы с ребрами.

Известен способ изготовления теплообменной трубы, предусматривающий предварительное изготовление пластинчатых ребер с отбортованными отверстиями и покрытие их перед сборкой легкоплавким материалом, последующую насадку ребер на трубу, расширение трубы для обеспечения плотного соединения с ребрами, нагрев собранных оребренных труб до температуры плавления легкоплавкого материала для монолитного соединения ребер с трубами [А.С. 1611679 (СССР), кл. В 23 P 15/26, В 21 С 37/22].

Недостатком известного способа является его высокая материалоемкость и трудоемкость, а также невозможность изготовления компактных теплообменных труб с высокоразвитой теплообменной поверхностью.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ изготовления теплообменной трубы, включающий установку с натягом на поверхность трубы ребер из проницаемой полимерной пены с центральным отверстием, нанесение на них металлического покрытия и нагрев полученной сборки до температуры спекания металлического покрытия [пат. 2082517 РФ, кл. В 21 С 37/22,1997].

Недостаток способа заключается в ограниченных технологических возможностях, в частности при формировании на трубах оребрения из материала сложного химического состава.

Заявляемый способ позволяет повысить технологичность процесса и создать теплообменные трубы с высокими эксплуатационными свойствами.

Предлагаемый способ изготовления теплообменной трубы, включающий формирование на трубе оребрения, нанесение на него металлического покрытия и нагрев полученного изделия до температуры спекания металлического покрытия, отличается тем, оребрение на трубе формируют путем нанесения на нее слоя суспензии на основе смеси металлических порошков, размещения на поверхности упомянутого слоя суспензии полимерного материала в виде гранул, обезвоживания суспензии и последующего удаления гранул их растворением.

После удаления полимерных гранул образуются впадины в обезвоженном суспензионном слое, т.е. формируется рельеф высокоразвитой поверхности оребрения. Размер и плотность укладки гранул определяют геометрические характеристики впадин и выступов или в совокупности - размеры микроребер из обезвоженной суспензии.

Формирование предлагаемым способом оребрения из обезвоженной суспензии металлических порошков более чем на два порядка повышает производительность процесса по сравнению с осаждением химического или электрохимического покрытия такой же толщины. Кроме того, таким образом можно получить материал оребрения более сложного состава, например вводить в него элементы, которые трудно осадить на рельефные поверхности другими перечисленными способами.

Спекание обезвоженной суспензии сопровождается значительными объемными изменениями (до 40%) из-за неплотной укладки порошка в суспензии, что приводит к отслоению оребрения из спеченного порошка от трубы. По этому на оребрение из обезвоженной суспензии осаждают более плотное металлическое покрытие, например, электрохимическим методом, что позволяет исключить усадку и отслоение оребрения от трубы при спекании, обеспечив между ними металлическую связь. В процессе спекания за счет диффузии и гомогенизации происходит формирование в оребрении трубы сплавов требуемого состава.

Способ характеризуется следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1.

Суспензию готовили на основе смеси металлических порошков хрома марки ПХ-1 и никеля марки ПНК ОТЗ в 7% водном растворе поливинилового спирта (ПВС). Состав смеси порошков: 50% вес. Cr, 50% вес. Ni. Для обеспечения текучести и седиментационной устойчивости суспензии соотношение в ней твердой (порошка) и жидкой (раствор ПВС) фазы составляло 4:1. Слой суспензии наносили на наружную поверхность трубы 20 мм из никель-хромового сплава. Толщина слоя суспензии на трубе составляла ~ 1,1-1,2 мм.

На невысушенный слой суспензии наносили монослой из полимерных гранул диаметром 2,2 мм, причем гранулы в самом монослое были плотно упакованы. При этом суспензия, находящаяся на трубке, распределялась между гранулами, образуя каркас из стержневых элементов. Полученную заготовку сушили при температуре 30-40^oC в течение 1 ч, после чего помещали на 1 мин в раствор органического растворителя, который растворял гранулы, но был инертным по отношению к ПВС.

После указанной операции была получена труба с оребрением из обезвоженной суспензии. На нее электрохимическим методом осаждали слой никеля из расчета достижения в комбинированном суспензионно-электрохимическом покрытии соотношения между хромом и никелем 25:75% вес.

Далее заготовку трубы спекали при температуре 1250^oC в течение 2 ч в вакууме при давлении 10 Па. Продолжительность и температуру спекания выбирали из условия полноты протекания диффузионных процессов в оребрении и образования металлического контакта между оребрением и трубой.

Пример 2.

В качестве исходной использовали трубу 20 мм из нержавеющей стали марки Х18Н10Т.

Суспензию получали на основе смеси мелкодисперсных порошков хрома, никеля и железа в весовом соотношении 37% Cr: 17% Ni: 46% Fe. В качестве суспензионной жидкости применяли 7 % водный раствор ПВС. Соотношение твердой и жидкой фазы в суспензии составляло 4:1. На трубу наносили слой суспензии толщиной ~ 1,1-1,2 мм, после чего на него накладывали монослой из полимерных гранул со средним диаметром ~ 2,2 мм.

При укладке гранул суспензия заполняла промежутки между ними. После обезвоживания суспензии и растворения из нее гранул на трубе была получена рельефная структура в виде впадин и выступов.

Далее на заготовку электрохимическим методом осаждали железо до получения в комбинированном покрытии соотношение между элементами 18% вес. Cr: 10% вес. Ni: 72% вес. Fe.

Режим спекания был аналогичен приведенному в примере 1.

В результате проведенных операций была изготовлена теплообменная труба с оребрением из нержавеющей стали и монолитным переходом между оребрением и трубой.

Формула изобретения

Способ изготовления теплообменной трубы, включающий формирование на трубе оребрения, нанесение на него металлического покрытия и нагрев полученного изделия до температуры спекания металлического покрытия, отличающийся тем, что оребрение на трубе формируют путем нанесения на нее слоя суспензии на основе смеси металлических порошков, размещения на поверхности упомянутого слоя суспензии полимерного материала в виде гранул, обезвоживания суспензии и последующего удаления гранул их растворением.