管殼式換熱管焊接工藝的探究

王柏興 王柳款 陳才綱

紹興市上虞聯豐壓力容器有限公司 浙江紹興 312300

1 管殼式換熱器

管殼式換熱器是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結構簡單、造價低、流通截面較寬、易于清洗水垢；管束是管殼式換熱器的核心，其中換熱管作為導熱元件，決定換熱器的熱力性能，管殼式換熱器是是一種通用的標準換熱設備。它具有結構簡單、堅固耐用、造價低廉、用材廣泛、清洗方便、適應性強等優點，應用最為廣泛，在換熱設備中占據主導地位，流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一次稱為一個殼程。

管殼式換熱器按結構分固定管板換熱器、浮頭式換熱器、U形管式換熱器、填料函式的浮頭換熱器等結構型式，各有優勢。

固定管板換熱器，其由殼體、管束、封頭、管板、折流擋板、接管等部件組成。結構特點為：兩塊管板分別焊于殼體的兩端，管束兩端固定在管板上。換熱管束可做成單程、雙程或多程。它適用于殼體與管子溫差小的場合，具有結構簡單、緊湊。在相同的殼體直徑內，排管數最多，旁路最少；每根換熱管都可以進行更換，且管內清洗方便。

浮頭式換熱器適用于殼體和管束壁溫差較大或殼程介質易結垢的場合。結構特點是兩端管板之一不與殼體固定連接，可在殼體內沿軸向自由伸縮，稱為浮頭，具有當換熱管與殼體有溫差存在，殼體或換熱管膨脹時，互不約束，不會產生溫差應力；管束可從殼體內抽出，便于管內和管間的清洗。

U形管式換熱器只有一個管板，換熱管為U型，管子兩端固定在同一管板上。管束可以自由伸縮，當殼體與U型換熱管有溫差時，不會產生溫差應力。可彌補浮頭式換熱器結構復雜的特點，同時又保留換熱管束可以抽出，熱應力可以消除的優點。

填料函式換熱器是浮頭式換熱器的一種改型結構，它把原置于殼程內部的浮頭移至體外，用填料函來密封殼程內介質的外泄。結構特點是管板只有一端與殼體固定連接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮，不會產生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應力。

2 換熱管與管板之間的焊接工藝

換熱器在使用過程中，經常出現管板與換熱管焊接處出現泄露現象，特別是還含有爆炸性、放射性或腐蝕性的物質泄露，不僅損失了產品和熱量，甚至還會威脅到人身安全。因此換熱管與管板之間的連接結構是否合理，焊接質量有無缺陷就顯得至關重要。

換熱管和管板之間的連接關系有強度脹接、強度焊接和脹焊結合，根據換熱器使用條件的不同，按需求選擇。

2.1 脹接

首先將脹管器放入管子內，使管子徑口變大，發生塑性形變，緊緊貼合在管板上。而與管口接觸的管板由于管口變大也會隨著變大，從而發生彈性形變。當脹管器拔出之后，管板的彈性形變會恢復之前的大小，但是發生塑性形變之后的管口仍然保持變大的狀態，不會恢復原狀，從而兩者緊緊連接在一起。

傳統的焊接工藝有滾柱脹管法、爆炸脹管工藝，新脹接工藝有液壓脹管工藝，通過對管子內表面施加高的液壓力，使管子塑性變形而脹接于板孔內表面的；橡膠脹管工藝，通過利用橡膠彈性體的軸向壓縮產生的徑向壓力將管子脹接于管板上的。

2.2 焊接分強度焊和密封焊兩種

焊接加工簡單、連接強度好，在高溫高壓時能保證連接處的緊密性與抗拉脫能力，管子與薄管板的固定更應采用焊接方法。當連接處焊接之后，管板與管子中存在的殘余熱應力與應力集中，在運行時可能引起應力腐蝕與疲勞破壞。

密封焊接指保證換熱管與管板連接密封性能的焊接。密封焊使換熱管與管板的連接有效密封，并以適當的焊接方法、焊接工藝參數加強焊縫熔深，使之具備一定的焊縫強度。

2.3 焊接加脹接

能夠有效地阻尼管束振動對焊縫的損傷，因此廣泛采用的是脹焊并用的方法。

3 結語

換熱管是換熱器的核心部分，不同的管徑、形狀、排列形式的換熱管等都會影響換熱器的效率，換熱管的排列形式有：三角形排列、正方形排列、正三角形排列和轉角正方形排列。

管殼式換熱器雖然在傳熱效率、結構緊湊性、金屬消耗量等方面不及其他結構的換熱器，但其在高溫、高壓和大型換熱器中占較大優勢。