双管板式换热器的制造方法专利背景

随着科学技术的不断进步，新能源、节能环保、石油、化工、制药和电力等行业对进行热量交换的管板式换热器要求越来越高，换热器的工作压力达到3.2兆帕，工作温度达到350-400摄氏度，换热器的筒体直径要达到2.6米以上，其长度要达到6米以上，筒体的厚度需达到50毫米以上。

同时在进行换热过程中所采用的换热介质常常具有腐蚀性，例如在多晶硅的生产过程中，筒体中的介质常常为氯硅烷气体，换热管中的介质为冷冻盐水。因此一般碳钢结构的筒体虽然能满足压力和工作温度的要求，但是其耐腐蚀性能不能满足生产的需求；如果筒体全部采用不锈钢制造，虽然能满足耐腐蚀性能和工作温度的要求，但是不满足强度要求，筒体的厚度就必须达到50毫米以上。由于不锈钢的价格比较昂贵，这样其成本就会大幅度提高，为采用普通碳钢生产时的2-3倍，一般的生产厂家接受不了，所以采用不锈钢复合碳钢的复合板材料可同时解决以上难题。

另外一般单管板式换热器的管板和换热管之间先采用胀接后再进行焊接，在使用中除经常出现垫片螺栓法兰接头密封泄漏外，还会出现管板上的换热管管口泄漏，以及焊接裂纹等。单管板换热器管板上的管口泄漏大部分出现在焊接收弧处。焊接收弧时留有气体，有砂眼存在。

单管板式换热器长时间工作后，由于换热介质氯硅烷气体的压力较高，腐蚀性的换热介质氯硅烷气体会从胀接部位慢慢渗透到焊接部位，对焊接部位进行腐蚀，导致腐蚀性换热介质进入换热管内，一方面会影响介质的纯度，另一方面一旦两种介质发生化学反应，例如上述多晶硅的生产过程中氯硅烷气体渗漏到盐水中，会生产盐酸，这样会加快管板和换热管的腐蚀，大大降低了换热器的使用寿命，如果两种介质化学反应生成大量的气体，就会发生爆炸现象，存在严重的安全隐患。

为了解决换热器由于换热管泄漏，使管程和壳程的介质相互混合的技术问题，2009年之前技术提供了一些解决方案。如中国专利CN200720143337.3双壁套管换热器，包括外管，在外管内设有换热管，换热管的管壁由外层壁和内层壁构成，外层壁和内层壁固定连接在一起，外层壁和内层壁之间的连接方式为过盈配合，外层壁和内层壁的内外表面都设有螺纹。

这种双壁套管换热器，虽然可以解决换热管破裂时管程和壳程介质泄漏的问题，但是在换热管和管板接头处可能发生的腐蚀和泄漏问题仍然没有得到解决。虽然泄漏后的介质不会混合，但是并没有减小泄漏的可能性。且泄漏到外层壁和内层壁之间的介质无法导出，而两层壁的设计必然会导致换热管的换热效率降低。因此2009年之前技术仍然没能很好的解决换热管连接接头泄漏的技术问题，仍有改良的必要 。

双管板式换热器的制造方法专利目的

《双管板式换热器的制造方法》提供一种双管板换热器的制造方法，以解决上述背景技术中存在的焊接部分容易腐蚀泄漏的技术问题，并进一步解决提高换热器换热效率，满足筒体耐腐蚀和控制成本的技术问题 。

双管板式换热器的制造方法制造方法

为解决上述技术问题，《双管板式换热器的制造方法》的一种双管板换热器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将管箱零部件焊接制成左侧管箱和右侧管箱，将焊接成的左侧管箱和右侧管箱进行热处理，对左侧管箱和右侧管箱进行热处理时，入炉温度≤400摄氏度，加热速度50-160摄氏度/小时，加热至620摄氏度±20摄氏度，保温后随炉冷却至400摄氏度以下；所述保温的时间最短为：当壁厚L≤50毫米时，最短的保温时间为L/25小时且不小于0.25小时；当壁厚L＞50毫米时，最短的保温时间为[2 0.01(L-50)]小时；在热处理后对法兰密封面进行二次精加工；

（2）在一对内侧管板、一对外侧管板和多块折流板上加工供换热管穿过的管孔，折流板上还需要加工供拉杆和定距管穿过的通孔，其中把所述内侧管板、外侧管板和折流板按所钻管孔的方向顺序叠置并用换热管逐孔预穿；

（3）将拉杆一端先固定于所述一对内侧管板中的一块内侧管板上，然后逐一穿过多块折流板，并在各折流板之间套设用以限定距离的定距管；拉杆的装套方法为依次套设定距管、折流板、定距管、折流板，拉杆末端用两只螺母紧固于一块折流板上；再将加工并检验合格的换热管逐根穿过各折流板和所述一块内侧管板的管孔，换热管与该块内侧管板之间保持垂直；

（4）将筒体套装在换热管的外侧，和所述一块内侧管板进行点固焊，再将所述一对内侧管板中的另一块内侧管板套装在所述换热管上，点固焊在所述筒体的另一端，然后对所述一对内侧管板和筒体之间进行焊接；所述筒体由不锈钢板和低合金钢板进行爆炸复合，然后卷圆焊接制成；所述筒体外层为低合金钢板，为40毫米-60毫米厚；所述筒体内层为不锈钢板，为3毫米-6毫米厚；

（5）选用相应规格型号的胀管器对换热管和所述一对内侧管板进行胀接；

（6）将所述一对外侧管板套装在所述换热管上，点固焊在所述筒体的两端的所述一对内侧管板上；

（7）对所述外侧管板和换热管进行焊接，然后选用相应规格型号的胀管器对换热管和所述外侧管板进行贴胀，然后进行内侧管板和外侧管板之间积液腔的连接组焊；

（8）将左侧管箱和右侧管箱通过管箱法兰分别安装在筒体的两侧上。

其中，随炉冷却的冷却速度≤180摄氏度/小时。

其中，步骤（4）中所述一对内侧管板和筒体之间焊接完成后，对焊接接头进行100％超声检测。

其中，步骤（5）中所述换热管和所述一对内侧管板胀接完成后，将筒体的管口封紧，壳程内以3.6兆帕的水压进行水压试验。

其中，水压试验合格后再进行气密性试验，壳程以3.2兆帕表压进行，保压不少于30分钟。

其中，步骤（7）中外侧管板和换热管的焊接完成后对焊接接头进行100％超声检测。

其中，步骤（7）中积液腔的连接组焊完成后对焊接接头进行100％超声检测 。

双管板式换热器的制造方法有益效果

《双管板式换热器的制造方法》的一种双管板式换热器，通过以上技术方案，达到的有益技术效果在于：

1.通过热处理能将管箱焊接时产生的焊接应力消除掉，并在热处理后对法兰密封面进行二次精加工，减少设备使用时因法兰变形而造成介质泄漏。

2.在冷却过程中先进行随炉冷却，防止冷却的速度过快，影响到管箱的热处理效果。

3.在管板和筒体、管板和管板焊接后进行壳程和积液程的水压试验和气密性试验，保证换热器的焊接质量，进一步提高换热器的使用寿命；积液腔按HG20584-1998附录A的B法进行氨渗漏试验，进一步提高检验的可靠性。

4.在外侧管板和换热管之间也进行胀接，进一步保证介质无法进入到换热管和外侧管板的焊接部位。

5.水压试验中，水中氯离子含量≤25毫克/升，防止水中氯离子破坏不锈钢的晶间组织。

6.在原来单管板式的基础上，两端各再增加一个管板，在两个管板之间的空隙形成积液腔，在其中一块管板的底部设置有排净管道，一旦腐蚀性的介质从胀接部位慢慢渗透出来后，流入积液腔，及时从排净管道中流出，不会进入到另一管板中腐蚀管板和换热管之间的焊接部位，消除了安全隐患，提高了换热器的使用寿命 。

图1为《双管板式换热器的制造方法》双管板换热器的筒体的结构示意图；

图2为《双管板式换热器的制造方法》的双管板换热器的结构示意图 。

• 附图标记说明

左侧管箱-1；管程介质出口-2；分程隔板-3；外侧管板-4；内侧管板-5；排气管道-6；壳程介质出口-7；换热管-8；筒体-9；低合金钢板-91；不锈钢板-92；壳程介质进口-10；右侧管箱-11；排净管道-12；积液腔-13；排净口-14；管程介质进口-15；折流板-16；拉杆-17。技术领域

《双管板式换热器的制造方法》涉及到一种应用在新能源、节能环保、石油、化工、制药和电力等行业进行热量交换的双管板式换热器的制造方法 。

1.一种双管板换热器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将管箱零部件焊接制成左侧管箱和右侧管箱，将焊接成的左侧管箱和右侧管箱进行热处理，对左侧管箱和右侧管箱进行热处理时，入炉温度≤400摄氏度，加热速度50-160摄氏度/小时，加热至620摄氏度±20摄氏度，保温后随炉冷却至400摄氏度以下；所述保温的时间最短为：当壁厚L≤50毫米时，最短的保温时间为L/25小时且不小于0.25小时；当壁厚L＞50毫米时，最短的保温时间为[2 0.01(L-50)]小时；在热处理后对法兰密封面进行二次精加工；（2）在一对内侧管板、一对外侧管板和多块折流板上加工供换热管穿过的管孔，折流板上还需要加工供拉杆和定距管穿过的通孔，其中把所述内侧管板、外侧管板和折流板按所钻管孔的方向顺序叠置并用换热管逐孔预穿；（3）拉杆一端先固定于所述一对内侧管板中的一块内侧管板上，然后逐一穿过多块折流板，并在各折流板之间套设用以限定距离的定距管；拉杆的装套方法为依次套设定距管、折流板、定距管、折流板，拉杆末端用两只螺母紧固于一块折流板上；再将加工并检验合格的换热管逐根穿过各折流板和所述一块内侧管板的管孔，换热管与该块内侧管板之间保持垂直；（4）将筒体套装在换热管的外侧，和所述一块内侧管板进行点固焊，再将所述一对内侧管板中的另一块内侧管板套装在所述换热管上，点固焊在所述筒体的另一端，然后对所述一对内侧管板和筒体之间进行焊接；所述筒体由不锈钢板和低合金钢板进行爆炸复合，然后卷圆焊接制成；所述筒体外层为低合金钢板，为40毫米～60毫米厚；所述筒体内层为不锈钢板，为3毫米～6毫米厚；（5）选用相应规格型号的胀管器对换热管和所述一对内侧管板进行胀接；（6）将所述一对外侧管板套装在所述换热管上，点固焊在所述筒体的两端的所述一对内侧管板上；（7）对所述外侧管板和换热管进行焊接，然后选用相应规格型号的胀管器对换热管和所述外侧管板进行贴胀，然后进行内侧管板和外侧管板之间积液腔的连接组焊；（8）将左侧管箱和右侧管箱通过管箱法兰分别安装在筒体的两侧上。

2.如权利要求1所述的双管板换热器的制造方法，其特征在于，所述随炉冷却的冷却速度≤180摄氏度/小时。

3.如权利要求1所述的双管板换热器的制造方法，其特征在于，步骤（4）中所述一对内侧管板和筒体之间焊接完成后，对焊接接头进行100％超声检测。

4.如权利要求1所述的双管板换热器的制造方法，其特征在于，步骤（5）中所述换热管和所述一对内侧管板胀接完成后，将筒体的管口封紧，壳程内以3.6兆帕的水压进行水压试验。

5.如权利要求4所述的双管板换热器的制造方法，其特征在于，该水压试验合格后再进行气密性试验，壳程以3.2兆帕表压进行，保压不少于30分钟。

6.如权利要求1所述的双管板换热器的制造方法，其特征在于，步骤（7）中该外侧管板和换热管的焊接完成后对焊接接头进行100％超声检测。

7.如权利要求1所述的双管板换热器的制造方法，其特征在于，步骤（7）中该积液腔的连接组焊完成后对焊接接头进行100％超声检测 。

为了使《双管板式换热器的制造方法》的形状、构造以及特点能够更好地被理解，以下列举实施例并结合附图进行详细说明。

《双管板式换热器的制造方法》的双管板式换热器，包括筒体9，筒体9两侧通过管箱法兰分别与左侧管箱1和右侧管箱11组装在一起。筒体9的材料采用由不锈钢板92和低合金钢板91采用爆炸复合的方法结合在一起形成的复合材料，然后该复合材料经卷板机卷成圆筒形并焊接而形成筒体9。具体结构，如图1所示，筒体9外层为低合金钢板91，其厚度较厚，为40毫米～60毫米，以满足筒体9足够的强度要求。筒体9内层为不锈钢板92，其厚度很薄，为3毫米～6毫米，能够防止筒体9被腐蚀性介质腐蚀。这样的设计在保证筒体9强度的条件下，能大大降低筒体9的制造成本。

至少一个管箱上设置有管程介质出口2和管程介质进口15。在图2中于左侧管箱1的上下侧分别设置有管程介质出口2和管程介质进口15，管程介质可通过该管程介质进口15进入管箱，管箱内的介质通过该管程介质出口2排出。同时右侧管箱11上下也可以分别设置有管程介质出口和管程介质进口。

在所述筒体9的两端上部设置有壳程介质进口10和壳程介质出口7，壳程介质优选的采用气体。介质从该壳程介质进口10进入壳程空间内，从壳程介质出口7处从壳程内排出。筒体9底部还设置有排净口14，通过该排净口14可将该壳程内的杂质排净，以方便的清理内部杂质。

筒体9两端各设有一块管板，称为外侧管板4，外侧管板4与该管箱法兰之间采用螺栓紧固件相连接。该外侧管板上设有管孔。多根换热管8均匀分布在该筒体9内，换热管8的两端分别穿过两侧外侧管板4上的管孔并分别固定于两侧外侧管板4上，使换热管8与管箱相通。由此管程介质可从管程介质进口15进入管箱，进而进入换热管8内；换热管8内的管程介质也可排出到管箱，进而从管程介质出口2排出。换热管8可采用槽纹管，因为有凹凸槽，比一般光管多出3倍的传热面积，以增加换热面积和换热效果。

该外侧管板4与换热管8之间的连接处采用胀接和焊接并用的方式，以减少壳程中的介质对换热管与管板之间的焊接接头的间隙腐蚀，延长设备的使用寿命。换热管8采用槽纹管，以增加换热面积和换热效果。

在外侧管板4的内侧平行设有另一对管板，称为内侧管板5，内侧管板5焊接在筒体9上。内侧管板5上也开设有管孔，使换热管8能够通过该管孔穿过内侧管板5。所述换热管8与该内侧管板5之间采用胀管器胀接。

由上述的外侧管板4和内侧管板5的设置方式，即在外侧管板4和内侧管板5之间形成积液腔13。在外侧管板4的底部有排净管道12和所述积液腔13相连，在所述内侧管板5的顶部设置有排气管道6，该排气管道6和所述积液腔13相连。当积液腔13内积有渗透出的液体时，液体可以从该排净管道12排出，积液腔13内产生的气体则可以从该排气管道6排出。双管板间的积液腔13不与管程和壳程相连通，积液腔13的承载能力主要取决于双管板间距。

如果在换热管8的接头处发生了渗漏，腐蚀性的介质会从胀接部位慢慢渗透出来后，流入积液腔13，并从排净管道12中流出，气体从内侧管板5顶部的排气管道6排出，均不会进入到另一管板中腐蚀管板和换热管之间的焊接部位，故可以消除由于换热管8接头处渗漏产生的安全隐患，提高了换热器的使用寿命。

在《双管板式换热器的制造方法》的双管板换热器的另一实施例中，双管板式换热器，包括筒体9，筒体9两端通过管箱法兰分别与左侧管箱1和右侧管箱11组装在一起。筒体9的材料采用由不锈钢板92和低合金钢板91采用爆炸复合的方法结合在一起形成的复合材料，然后该复合材料经卷板机卷成圆筒形并焊接而形成筒体9。筒体9外层为低合金钢板91，其厚度较厚，为40毫米～60毫米，以满足筒体9足够的强度要求。筒体9内层为不锈钢板92，其厚度很薄，为3毫米～6毫米，能够防止筒体9被腐蚀性介质腐蚀。

至少一个管箱上设置有管程介质出口2和管程介质进口15。在图2中于左侧管箱1的上下侧分别设置有管程介质出口2和管程介质进口15，管程介质可通过该管程介质进口15进入管箱，管箱内的介质通过该管程介质出口2排出。同时右侧管箱11上下也可以分别设置有管程介质出口和管程介质进口。

在所述筒体9的两端上部设置有壳程介质进口10和壳程介质出口7，壳程介质优选的采用气体。介质从该壳程介质进口10进入壳程空间内，从壳程介质出口7处从壳程内排出。筒体9底部还设置有排净口14。

筒体9两端各设有一块管板，称为外侧管板4，外侧管板4与该管箱法兰之间采用螺栓紧固件相连接。该外侧管板上设有管孔。多根换热管8均匀分布在该筒体9内，换热管8的两端分别穿过两侧外侧管板4上的管孔并分别固定于两侧外侧管板4上，使换热管8与管箱相通。换热管8可采用槽纹管，以增加换热面积和换热效果。该外侧管板4与换热管8之间的连接处采用胀接和焊接并用的方式。

在外侧管板4的内侧平行设有另一对管板，称为内侧管板5，内侧管板5焊接在筒体9上。内侧管板5上也开设有管孔，使换热管8能够通过该管孔穿过内侧管板5。所述换热管8与该内侧管板5之间采用胀管器胀接。

由上述的外侧管板4和内侧管板5的设置方式，即在外侧管板4和内侧管板5之间形成积液腔13。在外侧管板4的底部有排净管道12和所述积液腔13相连，在所述内侧管板5的顶部设置有排气管道6，该排气管道6和所述积液腔13相连。双管板间的积液腔13不与管程和壳程相连通，不承受介质压力，但承受设备的机械载荷与热载荷。积液腔13的承载能力主要取决于双管板间距。

在左侧管箱1与右侧管箱11内设置有多个分程隔板3，通过分程隔板3把换热器分割为多个流程结构，从而增大介质的流道长度，增大换热器的换热效率。

例如图2中所示，在左侧管箱1中设置一个分程隔板3时，换热器被分割为两个流程。管程内的介质从分程隔板3下方的管程介质进口15进入左侧管箱1，进而进入分程隔板3下方的换热管8内。管程介质通过下方的换热管8流入另一端的右侧管箱11，再从右侧管箱11经过分程隔板3上方的换热管8流回左侧管箱1的分程隔板上方，然后通过分程隔板上方的管程介质出口2流出，完成换热过程。该分程隔板3还可以于右侧管箱11内。

当需要将换热器分割为多个流程时，可在左侧管箱1或右侧管箱11内设置多个分程隔板3，或分别在左侧管箱1和右侧管箱11内设置一定数量的分程隔板3。换热器被多个分程隔板3分割为多个流程时的工作原理与上述两个流程时类似，在此不再赘述。

在《双管板式换热器的制造方法》的双管板换热器的再一实施例中，双管板换热器包括圆筒形的筒体9，该筒体上设有壳程介质进口10和壳程介质出口7；左侧管箱1和右侧管箱11，通过管箱法兰分别安装于筒体9的两端，至少一管箱上设置有管程介质出口2和管程介质进口15；外侧管板4，设于该筒体9两端，与该管箱法兰相连接；内侧管板5，设于该外侧管板4的内侧，与该筒体9相连接，该外侧管板4与内侧管板5之间形成积液腔13；多个换热管8，穿过该外侧管板4与内侧管板5，所述换热管8与内侧管板5之间采用胀接，而与外侧管板4之间采用胀焊并用。

筒体9内垂直于其轴线还布置有多个折流板16，折流板16上开设有供换热管8穿过的管孔。折流板16上具有缺口，使介质可以从该折流板16的缺口流通。折流板16的缺口流通面积应根据介质进口管径及流速而确定，使得壳程内的介质从折流板16的缺口流过的速度合适，介质为气体时流速一般为15米/秒-20米/秒，而为液体时一般为2米/秒-3米/秒。多个折流板16交错设置，在壳程内形成曲折的流道，从而改变壳程介质流向，增强换热效果。

筒体9内均匀分布有多个拉杆17，拉杆一端固定于内侧管板上，并依次套设多个折流板，在两折流板之间的所述拉杆上套设有定距管，以将多个折流板16定位。拉杆17末端用两只螺母紧固于一块折流板上。通过拉杆穿过多个折流板16而将折流板16连为一体。

该实施例中的技术方案还可以结合上一实施例中增加分程隔板的技术方案，形成有折流板的具多个流程的双管板换热器。

用于制造上述的双管板式换热器的方法，包括如下步骤：

首先将管箱零部件焊接制成左侧管箱1和右侧管箱11，如需设置分程隔板时，也将分程隔板焊接于管箱内。焊接时必须保证焊透，不能有气孔、夹渣等缺陷，焊接时也不能有过烧或焊通，且管头不能有咬边，保持管端完整无缺，以下步骤中对焊接的要求相同。

将左侧管箱1和右侧管箱11进行热处理，该热处理为低于下转变温度的热处理，即热处理的温度低于材料的下转变温度，相当于去应力退火，又称为焊后消除应力热处理，目的是去除或降低冷成形和焊接等产生的残余应力、稳定尺寸。热处理的入炉温度≤400摄氏度，加热速度50-160摄氏度/小时，加热至620摄氏度±20摄氏度后保温。

保温时间的选择主要考虑到节能等因素，最短的保温时间与管箱的壁厚有关：当壁厚L≤50毫米时，最短的保温时间为L/25小时且不小于0.25小时；当壁厚L＞50毫米时，最短的保温时间为

h。然后在冷却速度≤180摄氏度/小时的条件下随炉冷却至400摄氏度以下，出炉后在静止的空气中冷却备用。

这种焊后消除应力热处理的机理是：随着温度的升高，材料的屈服强度将降低，经过一定时间的保温，可使焊接接头中较高的残余应力通过塑性变形降低至保温温度下材料或焊缝金属屈服强度的水平，如果在高温下保留时间较长，还会因蠕变变形所产生的应力松弛使残余应力进一步降低。

选用上述热处理工艺参数主要是在加热、保温及缓慢冷却的过程中通过塑性变形所产生的应力松弛来降低残余应力，以上参数的选择是通过焊接工艺评定和热处理后表面硬度的测量确定热处理的质量。

加热温度过高或过低会改变材料内部的晶格，使材质发生变化，材料使用性能下降，因此选择加热温度为620±20摄氏度。

加热速度的选择一般不受限制，但是升温过快会由于导热性差引起很大的热应力，使工件产生变形甚至开裂，加热速度过低会导致加热的功效下降，同时考虑管箱的厚度、装炉量、装炉方式和加热方法，因此选择加热速度为50-160摄氏度/小时。

管箱冷却速度的选择考虑到管箱内外冷却速度差别不宜过大，冷却速度过快，由于心部冷却慢，转变温度高，导致组织偏粗，硬度偏低，内外组织不均匀，为此要保证管箱内外在同一温度下进行转变，这样其组织均匀，并可大大缩短工艺周期，因此选择随炉的冷却速度为≤180摄氏度/小时。

通过热处理能将管箱在焊接中产生的焊接应力消除掉，并在热处理后对法兰密封面进行二次精加工，减少设备使用时因法兰变形而造成介质泄漏。《双管板式换热器的制造方法》中管箱采用低合金钢材质，当管箱材质采用碳钢或低合金钢，并在管箱内设置有分程隔板时，必须对管箱进行热处理。以免焊接时产生应力，而使法兰密封面因变形而使介质泄漏。

不锈钢板92和低合金钢板91进行爆炸复合，然后根据尺寸要求进行卷圆焊接成所需要的筒体9，并将筒体9所需要的连接接口焊接好。爆炸复合即利用炸药爆炸产生的冲击力，造成工件迅速碰撞而实现焊接，利用爆炸复合能高质量的把不同的金属焊接在一起。

在内侧管板5、外侧管板4上加工供换热管8穿过的管孔，每块管板正、反面的管孔均要仔细倒角，清除毛刺，防止穿管时损伤管子的外表面。把双管板按所钻管孔的方向顺序叠置，用换热管逐孔预穿。并清除管孔内和管板面的毛刺、铁屑、锈斑及油污等影响胀接质量的异物。

将加工并检验合格的换热管8逐根穿过一块内侧管板5的管孔，换热管8与内侧管板5之间保持垂直。

然后将筒体9套装在换热管8的外侧，和内侧管板5进行点固焊，再将另一块内侧管板5套装在所述换热管8上，点固焊在所述筒体9的另一端，然后对内侧管板5和筒体9之间进行焊接，焊接完成后对焊接接头进行100％超声检测。检测按JB/T4730.3-2005《承压设备无损检测》标准中规定，I级为合格。

选用相应规格型号的胀管器对换热管8和内侧管板5进行胀接；胀接完成后，筒体9的管口封紧，壳程内以3.6兆帕的水压进行水压试验。试验按《压力容器安全技术监察规程》中要求执行。试验合格后再进行气密性试验，壳程以3.2兆帕表压进行，保压不少于30分钟。

气密性检验合格后，将一对外侧管板4套装在所述换热管8上，点固焊在所述筒体9的两端的内侧管板5上。对外侧管板4和换热管8进行焊接，焊接接头进行100％超声检测。检测合格后，选用相应规格型号的胀管对换热管8和外侧管板4进行贴胀，然后进行内侧管板4和外侧管板5之间积液腔13的连接组焊，焊接接头进行100％超声检测。在内外侧管板和换热管之间采用胀焊并用，可以减少壳程中的介质对换热管与管板之间的焊接接头的间隙腐蚀，延长设备的使用寿命。

积液腔13进行1.25兆帕的水压试验，试验合格后，积液腔13进行1.0兆帕气密性试验。合格后，积液腔13按HG20584-1998附录A的B法进行氨渗漏试验。合格后将左侧管箱1和右侧管箱11通过管箱法兰分别安装在筒体9两侧上，对管程以2.0兆帕的水压进行水压试验，合格后，表面去除油脂污垢，进行油漆、检验入库，完成《双管板式换热器的制造方法》的双管板式换热器的制造。

对于设置折流板的双管板换热器，其制造方法如下：

首先将管箱零部件焊接制成左侧管箱1和右侧管箱11，需要时在管箱内焊接分程隔板。焊接时必须保证焊透，不能有气孔、夹渣等缺陷，焊接时也不能有过烧或焊通，且管头不能有咬边，保持管端完整无缺，以下步骤中对焊接的要求相同。

将左侧管箱1和右侧管箱11进行热处理，入炉温度≤400摄氏度，加热速度50-160摄氏度/小时，加热至620摄氏度±20摄氏度后保温，最短的保温时间与管箱的壁厚有关：当壁厚L≤50毫米时，最短的保温时间为L/25小时且不小于0.25小时；当壁厚L＞50毫米时，最短的保温时间为[2 0.01(L-50)]小时。然后在冷却速度≤180摄氏度/小时的条件下随炉冷却至400摄氏度以下，出炉后在静止的空气中冷却备用。

在热处理后对法兰密封面进行二次精加工，减少设备使用时因法兰变形而造成介质泄漏。

不锈钢板92和低合金钢板91进行爆炸复合，然后根据尺寸要求进行卷圆焊接成所需要的筒体9，并将筒体9所需要的连接接口焊接好。

在内侧管板5、外侧管板4和折流板16上加工供换热管8穿过的管孔，折流板16上还需要加工供拉杆17和定距管穿过的通孔。每块折流板16和管板正、反面的孔均要仔细倒角，清除毛刺，防止穿管时损伤管子的外表面。把双管板和折流板16按所钻管孔的方向顺序叠置，用换热管逐孔预穿。并清除管孔内和管板面的毛刺、铁屑、锈斑及油污等影响胀接质量的异物。

拉杆17一端先固定于内侧管板5上，然后逐一穿过多块折流板16，并在各折流板16之间套设用以限定距离的定距管。拉杆17的装套方法为依次套设定距管、折流板16、定距管......拉杆17末端再用两只螺母紧固于一块折流板上。再将加工并检验合格的换热管8逐根穿过折流板16和一块内侧管板5的管孔，换热管8与内侧管板5之间保持垂直。

然后将筒体9套装在换热管8的外侧，和内侧管板5进行点固焊，再将另一块内侧管板5套装在所述换热管8上，点固焊在所述筒体9的另一端，然后对内侧管板5和筒体9之间进行焊接，焊接完成后对焊接接头进行100％超声检测。检测按JB/T4730.3-2005《承压设备无损检测》标准中规定，I级为合格。

选用相应规格型号的胀管器对换热管8和内侧管板5进行胀接；胀接完成后，筒体9的管口封紧，壳程内以3.6兆帕的水压进行水压试验。试验按《压力容器安全技术监察规程》中要求执行。试验合格后再进行气密性试验，壳程以3.2兆帕表压进行，保压不少于30分钟。

气密性检验合格后，将一对外侧管板4套装在所述换热管8上，点固焊在所述筒体9的两端的内侧管板5上。对外侧管板4和换热管8进行焊接，焊接接头进行100％超声检测。检测合格后，选用相应规格型号的胀管对换热管8和外侧管板4进行贴胀，然后进行内侧管板4和外侧管板5之间积液腔13的连接组焊，焊接接头进行100％超声检测。在内外侧管板和换热管之间采用胀焊并用，可以减少壳程中的介质对换热管与管板之间的焊接接头的间隙腐蚀，延长设备的使用寿命。

积液腔13进行1.25兆帕的水压试验，试验合格后，积液腔13进行1.0兆帕气密性试验。合格后，积液腔13按HG20584-1998附录A的B法进行氨渗漏试验。合格后将左侧管箱1和右侧管箱11通过管箱法兰安装在筒体9上，对管程以2.0兆帕的水压进行水压试验，合格后，表面去除油脂污垢，进行油漆、检验入库，完成《双管板式换热器的制造方法》的双管板式换热器的制造。

该双管板式换热器的制造方法与截至2009年技术相比具有如下优点：

1.通过热处理能将管箱在焊接中产生的焊接应力消除掉，并在热处理后对法兰密封面进行二次精加工，减少设备使用时因法兰变形而造成介质泄漏。

2.在冷却过程中先进行随炉冷却，防止冷却的速度过快，影响到管箱的热处理效果。

3.在管板和筒体、管板和管板焊接后进行壳程和积液程的水压试验和气密性试验，保证换热器的焊接质量，进一步提高换热器的使用寿命；积液腔按HG20584-1998附录A的B法进行氨渗漏试验，进一步提高检验的可靠性。

4.在外侧管板和换热管之间也进行胀接，进一步保证介质无法进入到换热管和外侧管板的焊接部位。

5.水压试验中，水中氯离子含量≤25毫克/升，防止水中氯离子破坏不锈钢的晶间组织，进一步提高检验的可靠性。

6.由于该双管板式换热器，在原来单管板式的基础上，两端各再增加一个管板，在两个管板之间的空隙形成积液腔，在其中一块管板的底部设置有排净管道，一旦腐蚀性的介质会从胀接部位慢慢渗透出来后，流入积液腔，及时从排净管道中流出，不会进入到另一管板中腐蚀管板和换热管之间的焊接部位，消除了安全隐患，提高了换热器的使用寿命。

以上对《双管板式换热器的制造方法》的描述是说明性的，而非限制性的，该专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入《双管板式换热器的制造方法》的保护范围内 。

2020年7月14日，《双管板式换热器的制造方法》获得第二十一届中国专利奖优秀奖 。2100433B

低水峰光纤预制件的制造方法专利目的

《低水峰光纤预制件的制造方法》要解决的技术问题和提出的技术任务是克服2003年前光纤预制件的制造所存在的技术缺陷，提供一种可以进一步降低光纤预制件中OH含量的制造方法，以期在不影响光纤预制件主要品质的前提下，较为简便的获得低水峰光纤预制件。

低水峰光纤预制件的制造方法技术方案

《低水峰光纤预制件的制造方法》的低水峰光纤预制件的制造方法包括如下步骤：

（1）制备芯棒松散体，

（2）芯棒松散体采用氯气（Cl₂）或亚硫酰氯（SOCl₂）干燥，

（3）芯棒松散体烧结、拉伸成玻璃体芯棒，

（4）在玻璃体芯棒的外表面包覆二氧化硅包层，形成多孔玻璃预制件，

（5）多孔玻璃预制件干燥，

多孔玻璃预制件烧结成光纤预制件，其特征是在芯棒松散体采用氯气（Cl₂）或亚硫酰氯（SOCl₂）干燥步骤后对芯棒松散体进行同位素D-H交换干燥步骤，同位素D-H交换干燥在烧结炉内进行，在烧结炉的气体入口处通入重水（D₂O）气体和氘气（D₂）中的至少一种，炉内温度保持在1200℃～1300℃，干燥60～360分钟。（同位素D-H交换干燥是指在高温下使多孔预制棒芯棒的松散体在富含D₂O或D₂的气氛下浸润，以同位素D原子替代松散体中吸附的H原子，定义为进行同位素D-H交换干燥）

为了达到更佳效果，对芯棒松散体进行同位素D-H交换干燥步骤后，进行二次氯气（Cl₂）干燥步骤，二次氯气（Cl₂）干燥时间为180～360分钟（根据芯棒松散体长度来定）。二次氯气（Cl₂）干燥后再进行芯棒松散体烧结、拉伸成玻璃体芯棒的步骤。

芯棒松散体的制备与2003年前的制造光纤预制件的石英光纤芯棒一样，即使流动的包含至少一种形成玻璃的前体化合物的气体混合物发生火焰水解反应，形成二氧化硅基的粉末流；所述反应产物部分沉积于种棒端面，形成生长表面，并且按轴向逐步堆积形成制造光纤预制件的芯棒的松散体。芯棒松散体然后在适当浓度下的氯气（Cl₂）或亚硫酰氯（SOCl₂）气氛中进行一次化学干燥；之后，将氯气切换成重水（D₂O）气体或氘气（D₂）中的一种，或重水（D₂O）气体和氘气（D₂）的混合气体，使多孔预制棒芯棒的松散体在富含D₂O或D₂或两者的混合物的气氛下浸润，充分进行同位素D-H交换干燥；最后，在含有氯气的气氛中烧结、拉伸为较小直径圆柱玻璃体，形成玻璃体芯棒。芯棒平均羟基重量含量小于约1ppb。将所得芯棒的周围进行包覆二氧化硅包层，将覆盖了烟灰层的多孔玻璃预制件进行常规化学干燥，再烧结形成光纤预制件。形成能用来制备1383纳米波长下光衰减小于0.32分贝/千米的低水峰光纤预制件。

进行同位素D-H交换干燥步骤也可在芯棒松散体的氯气（Cl₂）或亚硫酰氯（SOCl₂）气氛中进行一次化学干燥之前进行，能够达到同样的效果。

“水峰”，本质上，是O-H吸收振动引起的谐波造成的。O-H键的伸缩振动可以近似认为简谐振动。根据简谐振动的定义和经典力学的方法，讨论双原子分子的振动，作谐振动的双原子分子的振动频率计算公式为：

v＝1304（k/M）0.5

分子中的原子被它的同位素取代后，几乎不影响原子间距离和化学键力常数（k）。这样就可以通过两个同位素的振动频率与分子的折合质量的关系（v1/v2＝（M1/M2）0.5），求出OD的振动频率。

vH＝10000/2.72＝3676厘米^-1；

MH＝16*1/（16 1）＝0.94；

MD＝16*2/（16 2）＝1.78；

则OD基频计算值为vD＝2671厘米^-1，波长3.74微米。

从公式来看，用较重的同位素D原子替代H原子，使折合质量增加，就可以使基频降低，因而各次谐波的频率也相应降低，即提高相应的波长。这样，水峰向长波方向移动，计算结果表明，移出1280～1600纳米区域。而OD对相关波长范围内的光吸附几乎没有作什么贡献，因为OD的比吸收比相关波长范围即1380纳米窗口内的OH比吸收约小2个数量级。另外，D₂O和H₂O的交换反应效率很高，能在短时间内大大降低光纤预制件中的H的含量。

表1H-D交换导致相关振动波波长迁移（与“1380窗口”关系密切的振动部分）

在光纤预制件制备室中，卤化物原料，如SiCl₄、GeCl₄等，通过供气系统由氩气载流，其气体从氢氧喷灯中喷出，经火焰水解反应形成细玻璃粉末。这些细玻璃粉末沉积在沿轴向旋转的石英靶棒生长端部，从而生长成圆柱状的多孔的光纤预制件芯棒。火焰水解反应方程式如下：

SiCl₄ 2H₂O→SiO₂ HCl

GeCl₄ 2H₂O→GeO₂ HCl

得到的多孔的光纤预制件芯棒是处于含有大量H₂O分子的制备室气氛中，因此光纤预制件本身通过物理吸附水（H₂O）和/或化学吸附水（βOH）吸附了很多H₂O分子，必须经过干燥步骤，才能烧结得到含水量较少的芯棒。同时，在烧结之前，光纤预制件芯棒一旦接触到大气或含氢化合物的气氛，不论暴露时间如何短，光纤预制件芯棒都会再次吸附水，变得“湿润”。

截至2003年5月，化学干燥所采用的脱水剂，一般是Cl₂或SOCl₂等。实践证明，经过Cl₂干燥后烧结得到的VCD法芯棒中仍残留至少10ppb的OH；由此种芯棒制的预制件拉丝得到的光纤，其衰减在1383纳米左右仍然≥0.5分贝/千米。

《低水峰光纤预制件的制造方法》对光纤预制件芯棒采用Cl₂干燥和用D₂O或D₂进行D-H交换干燥二种干燥方法，光纤预制件芯棒经过二次（Cl₂干燥和用D₂O或D₂进行D-H交换干燥）或二次以上（Cl₂干燥、用D₂O或D₂进行D-H交换干燥、二次Cl₂干燥）的“干燥”，可以使光纤预制件内10ppb的OH降低到1ppb左右，制得的光纤在1383纳米左右的衰减由2003年前的≥0.5分贝/千米，降低到≤0.32分贝/千米

低水峰光纤预制件的制造方法有益效果

1、可以大大减少光纤预制件内的水含量，尤其是光纤预制件中心部分即GeO₂芯层部分的水含量。由光纤的光场分布可知，光束的传递几乎集中在光纤的芯层，减少光纤预制件芯层部分的水含量，对降低光衰减可以达到事半功倍的效果。由这种光纤预制件制成的光纤在1380纳米和总体上在1380纳米窗口可表现出小得多的水峰，从而，在1380纳米窗口表现出的光衰减比常规预制棒生产方法（如VAD、MCVD、OVD等法）制成的预制品制备的光纤低。

2、用《低水峰光纤预制件的制造方法》的方法制造的光纤预制件制成的光纤能够在约1300～1680纳米的波长范围内任意选择出的某个波长下工作，不会有大的光衰减。具体地说，这种光纤在约1300～1680纳米波长范围内的每一波长下都表现出小于约0.32分贝/千米的衰减，优选小于约0.30分贝/千米。

3、《低水峰光纤预制件的制造方法》方法实施起来十分经济，而且在实施时不会额外产生对环境不友好的废弃物。下面将通过实施例并对照附图，对《低水峰光纤预制件的制造方法》作进一步的叙述。

产品的质量水平高低是影响一个国家经济发展和国际市场竞争力的重要因素。产品质量、制造过程质量、服务质量问题近年来日益得到我国政府和广大公众的关注和重视。

《制造过程质量异常诊断的智能方法研究》对制造过程质量异常诊断的智能方法进行了研究，主要内容涵涵盖基于PNN的制造过程质量诊断、基于LS-SVM的小样本过程质量诊断、基于Cuscore统计量的过程质量智能诊断、多元过程质量智能诊断与异常变量识别等。

《制造过程质量异常诊断的智能方法研究》结构合理，条理清晰，内容丰富新颖，可供从事纳米材料研究的相关人员参考使用。