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換熱器換熱管與管板連接知識

文章出處:換熱器     發布時間 :2020/8/17 12:40:35     瀏覽量:273
      換熱器作為將物料之間熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的傳熱設備,在人們日常生活及石油、化工、動力、醫藥、原子能和核工業等行業中有著廣泛的應用。它可作為獨立的設備,如加熱器、凝汽器、冷卻器等;也可作為某些工藝設備的組成部分,如一些化工設備中的熱交換器等。尤其在耗能用量較大的化工行業中,換熱器在化工生產的熱量交換和傳遞過程中是不可缺少的設備,在整個化工生產設備中也占有相當的比例。
換熱器從其功能上來看,一方麵是保證工業過程對介質所要求的特定溫度,另一方麵也是提高能源利用率的主要設備。按其結構形式主要有板式換熱器、浮頭式換熱器、固定管板式換熱器和U形管式換熱器等等。其中除板式換熱器外,其餘幾種屬於管殼式換熱器。由於管殼式換熱器具有單位體積上較大的換熱麵積,而且換熱效果好,同時具有結構堅固、適應性強、製造工藝成熟等優點,已成為普遍使用的一種典型的換熱器。
管殼式換熱器中換熱管與管板的連接

   大多數換熱器的破壞及失效都發生在換熱管與管板的連接部位,其連接接頭的質量也直接影響著化工設備及裝置的安全可靠性,因此對於管殼式換熱器中換熱管與管板的連接工藝就成為了換熱器製造質量保證體係中關鍵的控製環節。目前在換熱器製造過程中,換熱管與管板的連接主要有:焊接、脹接、脹接加焊接以及膠接加脹接等方法。

                換熱器

在管殼式換熱器中換熱管和管板是換熱器管程和殼程之間的惟一屏障,換熱管與管板之間的連接結構和連接質量決定了換熱器的質量優劣和使用壽命,是換熱器製造過程中至關重要的一個環節。
1、膠接加脹接
采用膠接和脹接的工藝有助於解決換熱器中換熱管與管板連接處經常出現的泄漏和滲漏的問題,重要的是根據被膠接件的工作條件正確選擇膠接劑。在工藝實施過程中要結合換熱器的結構、尺寸選擇好工藝參數,主要包括固化壓力、固化溫度、脹緊力等,並在生產過程中嚴格進行控製。此工藝簡單、易行、可靠,在企業的實際使用中已得到了認可,具有推廣價值。
2、焊接
換熱管與管板采用焊接連接時,由於對管板加工要求較低,製造工藝簡單,有較好的密封性,並且焊接、外觀檢查、維修都很方便,是目前管殼式換熱器中換熱管與管板連接應用最為廣泛的一種連接方法。在采用焊接連接時,有保證焊接接頭密封性及抗拉脫強度的強度焊和僅保證換熱管和管板連接密封性的密封焊。對於強度焊其使用性能有所限製,僅適用於振動較小和無間隙腐蝕的場合。
采用焊接連接時,換熱管間距離不能太近,否則受熱影響,焊縫質量不易得到保證,同時管端應留有一定的距離,以利於減少相互之間的焊接應力。換熱管伸出管板的長度要滿足規定的要求,以保證其有效的承載能力。在焊接方法上,根據換熱管和管板的材質可以采用焊條電弧焊、TIG焊、CO2焊等方法進行焊接。對於換熱管與管板間連接要求高的換熱器,如設計壓力大、設計溫度高、溫度變化大,以及承受交變載荷的換熱器、薄管板換熱器等宜采用TIG焊。
常規的焊接連接方法,由於管子與管板孔之間存在間隙,易產生間隙腐蝕和過熱,並且焊接接頭處產生的熱應力也可能造成應力腐蝕和破壞,這些都會使換熱器失效。目前在國內核工業、電力工業等行業使用的換熱器中,換熱管與管板的連接已開始使用內孔焊接技術,這種連接方法將換熱管與管板的端部焊接改為管束內孔焊接,采用全熔透形式,消除了端部焊的縫隙,提高了抗間隙腐蝕和抗應力腐蝕的能力,其抗振動疲勞強度高,能承受高溫、高壓,焊接接頭的力學性能較好;對接頭可進行內部無損探傷,焊縫內部質量可得到控製,提高了焊縫的可靠性。但內孔焊接技術裝配較難,對焊接技術要求高,製造和檢驗複雜,並且製造成本相對較高。隨著換熱器向高溫、高壓和大型化發展,對其製造質量要求越來越高,內孔焊接技術將會得到更加廣泛的應用。
3、脹接
脹接是一種傳統的換熱管與管板的連接方法,利用脹管器械使管板與管子產生彈塑性變形而緊密貼合,形成牢固連接,達到即密封又能抗拉脫的目的。在換熱器的製造過程中,脹接適用於無劇烈的振動,無過大的溫度變化,無嚴重的應力腐蝕的場合。目前采用的脹接工藝主要有機械滾脹和液壓脹接。機械滾脹脹接不勻,一旦管子與管板連接失效再用脹管來修複十分困難;采用液袋式液壓脹接由電腦控製操作,精度較高,並能保證脹接緊密程度均勻一致,連接的可靠性比機械脹接要好。但對加工精度要求嚴格,對密布的接頭要保證脹接成功也有一定困難,如果失效再脹接修複也較為困難。
4、脹接加焊接
當溫度和壓力較高,且在熱變形、熱衝擊、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。目前廣泛采用的是脹焊並用的方法。脹接加焊接結構能夠有效地阻尼管束振動對焊縫的損傷,可以有效地消除應力腐蝕和間隙腐蝕,提高了接頭的抗疲勞性能,從而提高了換熱器的使用壽命,比單純脹接或強度焊具有更高的強度和密封性。對普通的換熱器通常采用“貼脹%強度焊”的形式;而使用條件苛刻的換熱器則要求采用“強度脹%密封焊”的形式。脹接加焊接按脹接與焊接在工序中的先後次序可分為先脹後焊和先焊後脹兩種。
(1)先脹後焊脹接時使用的潤滑油會滲透進入接頭間隙,而它們對焊接裂紋、氣孔等有很強的敏感性,從而使焊接時產生缺陷的現象更加嚴重。這些滲透進入間隙的油汙很難清除幹淨,所以采用先脹後焊工藝,不宜采用機械脹接的方式。采用貼脹雖不耐壓,但可以消除管子與管板管孔的間隙,所以能有效的阻尼管束振動到管口的焊接部位。但是采用常規手工或機械控製的脹接方法無法達到均勻的貼脹要求,而采用由電腦控製脹接壓力的液袋式脹接方法可方便、均勻地實現貼脹要求。在焊接時,由於高溫熔化金屬的影響,間隙內氣體被加熱而急劇膨脹,這些具有高溫高壓的氣體在外泄時對強度脹的密封性能會造成一定的損傷。
(2)先焊後脹對於先焊後脹工藝,首要的問題是控製管子與管板孔的精度及其配合。當管子與管板管孔的間隙小到一定值後,脹接過程將不至於損傷焊接接頭的質量。但是焊口承受剪切力的能力相對較差,所以強度焊時,若控製達不到要求,可能造成過脹失效或脹接對焊接接頭的損傷。在製造過程中,換熱管的外徑與管板管孔之間存在著較大的間隙,且每根換熱管的外徑與管板管孔間隙沿軸向是不均勻的。當焊接完成後脹接時,管子中心線必須與管板管孔中心線相重合,才能保證接頭質量,若間隙較大,由於管子的剛性較大,過大的脹接變形將對焊接接頭產生損傷,甚至造成焊口脫焊。