可拆式板式换热器组装工艺设备优化方案

丁 鹏

（中国石油渤海装备钻采装备销售公司，天津 300280）

0 引言

目前国内可拆式板式换热器生产环节中压紧板大多数采用人工手动喷涂油漆工艺。板片时效靠人工拧紧预拉螺栓，叠摞放置一段时间后，消除板片残余应力，使扣压完胶垫的板片变得平整无翘曲变形。板片组装是人工将镶嵌有密封胶条的板片挂在板式换热器的导轨梁上，然后由工人旋转压紧板拉紧螺柱螺母或采用较省力的螺栓拉拔器，单独对板片两个对角螺柱拉拔，直到螺柱的拉伸长度达到拉拔器的行程后，就相应地上紧另两个对角螺柱螺母，在另两个对角螺柱拉紧后，再把两个拉拔油缸复位，如此反复使用，便可以完成可拆式板式换热器的生产组装（图1、图2）。

图1 板式换热器的装配

图2 单油缸螺栓拉拔器的使用

该生产工艺相对落后，生产效率低，适合小批量单件生产，严重制约了可拆式板式换热器规模化生产。为了提高可拆式板式换热器生产组装技术水平，结合生产过程特点及特殊要求，经过组装生产线设备优化改进可大幅缩短生产时间及成品质量。

组装生产线设备优化：组装线主要由表面处理+平板车、板片矫形机、移运小车+龙门压机、板片快速装配机、板片试压系统、控制系统组成，针对以上设备提出优化方案。

1 压紧板表面处理

压紧板是可拆式板式换热器产品中的主要部件，压紧板表面处理直接关系到产品外观质量，表面采用烤漆光滑平整，光泽感极强，防腐防锈效果好。设备优化将可拆式板式换热器产品压紧板表面喷漆处理工艺升级为烤漆工艺（烤漆房）。

1.1 烤漆房方案

将加紧板吊装于移动小车的悬挂架上，最大重量的板片悬挂数量为2件，板片相互之间距离应保持在600 mm左右，在进入烤漆房前一个工位完成喷漆，由移动小车送入烤漆房。移动小车动力由链条传动装置提供。动力传动与烤漆房分离，免受高温烘烤。烤漆房优化后尺寸为：6000×4000×3500（长×宽×高，mm），可处理最大板片：长3.6 m，宽1.4 m，承载最大板片重量：100 kN（2片）。电动小车动力与烤漆板车分离式,采用链条传动方式，驱动功率3 kW，运送速度0.25 m/s。烤漆房特点：板片用吊车吊装挂在板车悬挂架上；喷涂完成后由板车送入烤漆房内。

1.2 电动平车

电动平车适合工作环境为喷漆室、涂装室等不允许有电源及电气元件进入的特殊环境，主要由动力供电小车、工件车、锥形制动电机、防爆电机、减速器、主动轮组、从动轮组、控制系统等组成。

传动模式采用单动模式及联动模式，可通过操作控制开关盒的转换开关完成。单动模式为动力供电小车运行模式，将转换开关旋转至单动模式状态后，小车主动轮组上的锥形制动电机接通电源运行。联动模式为动力供电小车与工件车两车联接后运行模式，将转换开关旋转至联动状态后，小车上的防爆主电机接通电源带动从车上的减速机运行。

2 板片矫形机

板片在压型结束后会存在不同程度翘曲变形现象，当扣压或者粘接完胶垫后，通常由人工将待矫形板片叠摞在一起，周边对齐，上下用一压紧工装板压紧，用预拉螺栓将叠摞放置一起的板片组固定，放置一段时间后，以消除板片残余应力，使得板片变得平整无翘曲变形现象。为了减轻工人的劳动强度，优化后此工位采用板片矫形机。

板片矫形机由两部分组成：用来实现板片叠摞后进出的移运小车；实现板片叠摞后的矫形加力的龙门压机。

移运系统由移运小车和导轨构成。移运小车由上体和下体组成，上体用来放置叠摞的待矫形板片，下体上具有可移动的V形导槽和水平导轨。上体上布置有双排可以向中心移动的导柱，以适应大小不同的板片。通过旋转安装于平台上的手轮，使联结于导柱上的丝杠旋转，从而带动导柱向中心移动或向外移动，这样就实现了板片大小的调节。宽度方向的调节由4组导柱来完成，长度方向的调节由一组导柱实现。移运小车的运动是由布置于小车侧面的齿轮齿条来完成的。通过齿轮的旋转可以实现小车在轨道上的运动。

当移运小车将叠摞好的待矫形板片送入矫形工位后，由控制系统发出指令，龙门门架上的液压油缸推动矫形压头向下移动，直到需要矫形板片组压到所需要的高度为止，这时人工将矫形叠摞板片组用螺栓联接牢固，升起矫形压头，移运小车将叠摞固定后的板片组送出矫形工位，完成一次板片叠摞矫形，与此同时，另一个移运小车将另一侧叠摞好的待矫形板片组送入矫形工位，如此一进一出，完成了板片叠摞的高效矫形固定工作。

3 板片快速装配机

以往当板片时效完成后，采用人工的方法将一片片镶嵌有密封胶条的板片挂在板式换热器的导轨梁上，再由工人旋转压紧板拉紧螺柱螺母或采用较省力的螺栓拉拔器，单独对板片两个对角螺柱拉拔，直到螺柱的拉伸长度达到拉拔器的行程后，就相应的上紧另两个对角螺柱螺母，在另两个对角螺柱拉紧后，再把两个拉拔油缸复位，如此反复使用，便可以完成可拆式板式换热器的生产组装。

以上方式比较耗时和费力，为了减轻工人的劳动强度，提高可拆式换热器装配效率，设备工艺优化后采用板片快速装配机以适应快速的装配需要，其工作原理为：将一片片挂好板片的换热器放置于装配机上，开动装配机液压泵站，按动液压油缸推出按钮，压缩悬挂的板片组和压紧板，直到换热器板片组到达合适的尺寸，上紧联接压紧板联接螺柱的螺母，松开液压油缸直到尾部，便于换热器吊走，整个压紧过程结束。

板片快速装配机结构为一箱型底座，上部为一固定的立柱和可移动的立柱组成。可移动的立柱上安装有两个可以伸长的液压油缸，液压油缸的行程为2000 mm，两个油缸的推力可以达到2000 kN，两个推力油缸在4个导向柱的导向下前后运动。另外，为了适应不同规格的可拆式换热器，可移动的立柱可以左右移动，当调节好规格后就固定移动立柱，直到这一批换热器装配完毕。

4 板片试压系统

当板片装配完成后，用天车吊起可拆式换热器至板片试压平台，接上快速拆卸的试压管线接头，开动自动水压打压试验机，这个过程会自动进行，等到压力上升到预先设置好的试验压力时，系统就会切断打压泵，进入保压模式，等到系统保压结束，控制系统就会控制高压卸荷阀卸荷，等到卸荷完毕，控制系统再启动抽水泵进行板式换热器内剩余试压水的抽吸排干。通过设置排水时间来控制板式换热器内剩余试压水的排干与否。待排水时间到时，控制系统会将所有的动作和电源切断，试压过程结束。这时可以人工拆卸快卸接头，吊离试压结束的板式换热器，系统等待另一台换热器的就位。

板片试压系统由试压平台、控制系统、灌注低压系统、试压高压系统、数据采集及检测系统等构成。灌注低压系统与抽吸排干系统合二为一，节省了资金，简化了结构。通过水阀切换达到灌注与抽吸排干的目的。

5 控制系统优化

（1）控制系统有手动和自动操作。手动功能完成调试及故障处理，并能自动报警。自动功能运行由PLC及电气控制元件完成。PLC采用国外先进成熟产品，集中控制各动力设备、执行机构及水压水路阀的动作。PLC的输出均加中间继电器隔离，每块开关量模板的点数不大于16点。

（2）各种传感器为各个动作的执行、各种压力控制、显示提供依据。检测信号包括模拟信号（高压水压力信号）及开关信号。

（3）控制系统上位工控机动态显示设备的运行状态，由上位工控机来完成试压资料的汇总、统计及查询，具有多级保护功能。

优化过程技术难点包括以下3个方面：

（1）板片压紧板烤漆房尺寸，在调研国内多个板式换热器生产企业后，根据目前生产板片的常规尺寸，结合本企业产品供货用户特点，来确定喷漆烤漆房的尺寸，以及喷漆烤漆时间，烤漆温度等参数，都要经过多方论证计算来完成，为此做了烤漆房热温度场模型，预测烤制时间，最后确定烤漆房的设计方案。

（2）板片矫形机，技术难点在于小车导轨的加工、传动方式的选择，方案优化借鉴了龙门刨床等加工设备导轨移动结构。对于矫形压力的确定也是根据以往经验及现场多轮试验测试，生产过程中不断调整。

（3）板片快速装配机，其难点也在于确定合适的试验压力。根据以往单缸拉力测算，经过现场多轮试验，确定的板片快速装配机的最大推力为2000 kN,完全可以满足大部分规格的换热器装配需求。

6 应用效果

本优化方案对于生产规模不大、生产过程相对零散的企业来说，是迅速改善企业生产状态的有效方法，可大大提高产能、节约人力成本、提高一次性组装成功率，而且前期投入相对比较低，是介于人工组装和全自动智能化生产组装的折中方案，目前在江苏、浙江、山东等地规模较小的企业广泛应用。