換熱管與管板的常用連接方法
摘要:換熱器中管子與管板的焊接直接影響換熱器的制造和使用。連接強度和密封性能又直接關系到使用時間和是否泄漏。對常用的強度脹接、強度焊接和脹焊并用等3種方法進行了介紹。
關鍵詞:換熱器;管板;脹接;焊接;內孔焊
在化工、石油、醫藥、原子能和核工業中,換熱器的應用十分廣泛,其類型與結構也很多。其中管殼式換熱器是使用最普遍的。在管殼式換熱器的設計、制造過程中,換熱管與管板之間的連接問題直接影響工藝操作的正常進行,也是整個生產制造的重點之一。因此,換熱器管子與管板的接頭型式的技術研究一直是國內外技術人員關注的焦點。
1 換熱管與管板常用連接方法
換熱管與管板的連接方法主要有強度脹接、強度焊接和脹焊并用。
1.1 強度脹接
強度脹接是為保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強度的脹接。利用脹管器插入管口旋轉,將穿入管板孔內的管端部脹大,使管子達到塑性變形,同時管板孔被脹大,產生彈性變形。脹管器退出后,管板彈性恢復,管子與管板的接觸表面產生很大的擠壓力,使管子與管板牢固地結合在一起,達到既密封又能抗拉脫力兩個目的。管板上的管孔,有孔壁開槽和孔壁不開槽2種, 目前采用的脹管工藝主要有滾壓、水壓脹接、爆炸脹接3種。
脹接適用于設計壓力≤4 MPa,設計溫度≤300℃,無劇烈振動,無過大的溫度變化,無明顯的應力腐蝕的場合。由于管子與管孔緊密貼合,可使管接頭減少介質腐蝕,且能承受拉脫力。
1.2 強度焊接
換熱管和管板之間的焊接有端面焊接和內孔焊接兩種結構類型 管束與管板焊接連接的適用場合主要是: (1)管間距太小或薄管板無法采用脹接時; (2)熱循環劇烈和溫差較高時; (3)壓力較高或連接緊密性有嚴格要求時。它能保證焊接接頭達到抗拉脫強度;(4)維護有困難時,像原子能過程和某些化工過程中的換熱器。
端面焊屬于不完全熔焊,按其使用要求不同,其施焊深度分為: (1)強度焊接(保證換熱管和管板之間的連接強度); (2)密封焊接(僅在于起到密封作用)。
端面焊接接頭具有焊接、外觀檢查與維修方便等優點,應用最為廣泛。但管子與管板之間存在間隙,不適用于有較大振動及有間隙腐蝕的場合。
1.3 脹焊并用
當密封性能要求較高、承受振動或疲勞載荷或有間隙腐蝕、采用復合管板時應該選擇脹焊并用。
溫度和壓力較高,且在熱變形、熱沖擊、熱腐蝕和流體壓力的作用下,換熱管與管板連接處極易被破壞,采用脹接或焊接均難以保證連接強度和密封性的要求。目前較廣泛采用的是脹焊并用的方法。試驗證明,脹焊并用提高了接頭的抗疲勞性能,可以有效地消除應力腐蝕和間隙腐蝕,提高其使用壽命。另外脹焊結合,管程介質對管板的傳熱面積比殼程介質對管板的傳熱面積大許多倍,尤其是厚管板的情況。這可減少管板兩側的溫度差,減少管板翹曲,利于管板密封的可靠性。
脹焊連接按脹接和焊接要求不同,可分為強度焊+貼脹、強度焊+強度脹、強度脹+密封焊、強度脹+貼脹+密封焊、強度焊+強度脹+貼脹等。
2·換熱器換熱管與管板內孔焊
內孔焊將換熱管與管板的端部焊接改為管束內孔焊接。國外在20世紀60年代末開始研究內孔焊,并于20世紀70年代開始應用于核設備上。國內在20世紀70年代中期開始對內孔焊進行試驗研究,并于70年代末期開始應用于核設備、電站設備上。
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