热交换器的尺寸测量

热交换器是工艺的热交换中不可或缺的装置。例如，在日本国内的石油化学工艺中，安装了大量热交换器，作为石脑油热裂解装置（乙烯装置）。
热交换器根据目的有各种类型，下面以工艺中常用的多管式（管壳式）热交换器为中心，说明结构、类型等尺寸测量所需的基础知识。此外，还介绍尺寸测量的要点和难题，以及利用新款测量仪解决难题的方法。

什么是热交换器
热交换器的类型和结构
热交换器尺寸测量的必要性
热交换器的尺寸测量
热交换器尺寸测量的难题和解决方法
- 管体的全长、角度、平行度
- 管板各部位的尺寸和平面度
热交换器尺寸测量的高效化

什么是热交换器

热交换器是将热量从热的物体传导至冷的物体的装置。不论是固体、液体还是气体，物体的热量都具有从高温转移到低温的性质。热交换器是利用该性质高效转移热量的装置，一般使用液体作为传导热量的介质。

热交换器的类型和结构

热交换器可根据结构和流动方式等进行分类。根据结构分类时，大致可分为管式和板式。管式有多管式、单管式、双管式等。板式有平板式、螺旋板式、夹套式。
其中多管式热交换器也被称为“管壳式”，可在狭小空间内获得较大的传热面积。此外，还能减小流体的压力损失，因此多用作工艺的热交换器。
下面将说明多管式热交换器的类型和结构。为了准确地测量尺寸，了解各热交换器的结构特点十分重要。

多管式热交换器的类型

多管式热交换器有3种，即固定管板式、浮头式、U形管式。

固定管板式热交换器

固定管板式热交换器的管体通过扩管或焊接，安装在固定于壳体的管板上。它的优点是结构简单、能以低成本制造。不过由于壳体无法清洁，不适合用于将脏污较多的流体或腐蚀性流体流向壳体侧的热交换。另外，还需要注意壳体和管体的热膨胀，当壳体侧和管体侧的流体温度差较大时，壳体需采用伸缩接头。

浮头式热交换器

浮头式热交换器管束的一侧安装在管板上，另一侧通过扩管或焊接，安装在浮动管板上。壳体与管束未接合，因此壳体与管束具有对于热膨胀能够自由调节的特点。此外，由于管束容易装卸，可进行清洁、检查、修理等维护工作。

U形管式热交换器

U形管式热交换器将管体弯曲成U形插入壳体。壳体与管体未接合，因此与浮头式热交换器相同，壳体和管体对于因热膨胀而发生的变形能够自由调节。此外，管束可装卸，便于实施维护，但管体的U形部位不易清洁。

多管式热交换器的结构

这里将以浮头式热交换器为例，介绍多管式热交换器的结构。浮头式热交换器由浮头（壳盖）、垫圈、壳体、管板、分隔室（通道）、管束等构成，在测量热交换器尺寸时，预先了解这些部件的位置和作用是很重要的。

A：浮头（壳盖）: 浮头是将圆帽状的头部焊接在法兰上的部件。通过法兰接合至壳体。

B：垫圈: 垫圈是用于提升通道盖（分隔室的盖子）、通道法兰和管板之间、壳体法兰、壳体和壳盖等气密性的部件。

C：壳体: 壳体是容纳用于交换热量的管束的部分。

D：管板: 管板是支撑管体、分隔壳体侧流体和管体侧流体的部件。安装在管板上的管体，安装部分会实施扩管，获得高度气密性，防止流体发生泄漏。

E：分隔室（通道）: 分隔室是管体侧流体的出入口，也称为“通道”。

F：管束: 将进行热交换的管体聚集成束的部件。管束大多由管板、管体、挡板等构成。

黑色箭头：管体侧流体

红色箭头：壳体侧流体

热交换器尺寸测量的必要性

多管式热交换器内极为重要的部件是管束和法兰。管体是在热交换器内进行热交换的部件，多根管体以高密度收纳在管束内。因此，尺寸和形状稍有误差，就会产生应力。法兰是用于接合各部件的部件，其尺寸精度对气密性有巨大影响。
下面将说明热交换器各部位尺寸测量的必要性和理由。

管体和管束

管体使用被称为“热交换专属钢管（热传导专属钢管）”的钢管。热交换专属钢管分为被称为“无缝钢管（无接缝钢管）”的没有接缝的管体和“电阻焊钢管”。热传导专属钢管常用于伴随着承受高温、高压危险的用途，因此按照材质，设定了严格的设计条件、尺寸精度、检查基准。
然而当通过焊接将管体接合至管板时，可能会因焊接而产生应变。大型热交换器的管体全长为数米，管束直径超过2 m，管束内必须以高密度装入小口径的管体。同时，管体会随着高温或低温产生的热量变化而伸缩。
因此，必须严格测量管体的尺寸精度，并需要在扩管部检查因焊接而产生的应变和焊点。此外，管束和壳体之间的间隙较小，所以管束完成形状的尺寸测量也必不可少。

法兰

法兰通过垫圈夹住各部件，将部件彼此接合，获得气密性。因此，低精度的形状和尺寸会引起流体泄漏。例如，当法兰座出现应变时，垫圈受力不均匀，无法实现设计中要求的气密性。另外，如果法兰面对于轴方向的角度不符合设计要求，不仅会安装困难，还会因为法兰固定螺栓的紧固力使法兰发生变形，强度大幅下降。
出于以上原因，法兰的形状和尺寸，特别是承受压力高的部分，要求具有高精度。不仅在制造时，在进行管体更换和清洁等维护时，尺寸测量也是必不可少的。

热交换器的尺寸测量

将说明多管式热交换器的尺寸测量要点。

尺寸测量要点

多管式热交换器内极为重要的测量要点是管体和法兰的形状和尺寸。
下面将说明这两个部件的尺寸测量要点。

管体和管束

除管体的全长和外径之外，表示管体轴中心偏移的同轴度、安装于管束后的管体间平行度等也是重要的测量要点。
将管体安装至管束时的管体间距由管体外径决定。管体外径为19 mm（3/4 in）时间距为25 mm，外径为25.4 mm（1 in）时间距为32 mm，间距不低于外径的1.2倍。此外，必须将长度为3 m（10 ft）或6 m（20 ft）等的长管体以高密度收纳在管束内。管体的尺寸和形状稍有误差，就会在组装管束时，在各部位产生应力，因此特别需要高精度测量。

法兰

在法兰的尺寸测量中，法兰面对于法兰轴方向的角度、直角度和平面度等均为重要的测量要点。
法兰夹住垫圈，通过螺栓将部件彼此接合。法兰上因螺栓而产生强力的紧固扭矩，通过该力按压垫圈，实现气密性。此时，如果法兰的角度对于轴方向不是正确的角度，紧固扭矩可能会变得不均匀，导致垫圈部分破损或法兰变形。而且当法兰面有起伏等时，会无法充分地按压垫圈。法兰的尺寸和形状误差会导致垫圈嵌合不良，从而造成流体泄漏等严重故障，因此需要仔细测量。

热交换器尺寸测量的难题和解决方法

对于大型热交换器，除成品外，确认制造期间的加工精度以及更换部件时的组装精度也十分重要。进行这些测量时多采用千分表、卷尺、大尺寸游标卡尺等。个别构成零件也常常是大型尺寸，一般至少需要2至3人进行测量。而且此类方式存在一些难题：测量人员不同造成的测量值偏差、应变趋势等不易掌握、测量耗时久等。
为了解决这些问题，越来越多的人开始采用新款三坐标测量仪。采用bat365官网大范围三坐标测量仪“WM系列”，能通过无线探头，以高精度测量大型热交换器的尺寸。在测量范围内，可自由接近工件深处部位，只需探头接触的操作，即使单人也能轻松测量。而且与千分表、卷尺、大尺寸游标卡尺等测量器具相比，测量结果无偏差，可进行定量测量。

管体的全长、角度、平行度

短管体的长度大多采用3 m（10 ft），长管体则采用6 m（20 ft）。如果要用卷尺测量，至少需要2名作业人员，每次实施测量得到的值不尽相同，难以进行准确测量。例如，管体的平行度需要移动千分表来测量。但是，测量值会随着千分表接触角度和强度而变化，所以作业人员不同会令测量值发生偏差。而且，必须在指定的轴线上反复测量，测量作业会持续很长时间。
采用“WM系列”，只需将探头接触测量点即可测量。平行度和各部位角度，也只需用探头接触管体的基准要素和目标要素，即可完成测量。单人也能快速测量，不会因为作业人员不同而导致测量值偏差。此外，还可以快速确认公差值相对于设计值的判定。

管板各部位的尺寸和平面度

大型热交换器的管板直径长达数米。若需用千分表测量管板的平面度，与测量管体的平行度相同，必须移动目标物或千分表进行仿形测量。但是，要准确移动千分表或大型管板十分困难，不可避免地会产生测量误差。
“WM系列”采用便携式设计，可安装至各种地方，无需移动目标物。可在目标物附近安装测量仪，立即开始测量。无需移动目标物，只需用探头接触基准要素和目标要素的测量点，即可测量平面度。管板的高度差等各部位尺寸也能轻松测量。