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换热器管子与管板的5种连接结构形式管子与管板的连接,在管壳式换热器的设计中,是一个比较重要的结构部分。它不仅加工工作量大,而且必须使每一个连接处在设备的运行中,保证介质无泄漏及承受介质压力能力。
对于管子与管板的连接结构形式,主要有以下三种,(1)胀接,(2)焊接,(3)胀焊结合。这几种形式除本身结构所固有的特点外,在加工中,对生产条件,操作技术都有一定的关系。
01胀接
用于管壳之间介质渗漏不会引起不良后果的情况下,胀接结构简单,管子修补容易。由于胀接管端处在胀接时产生塑性变形,存在着残余应力,随着温度的上升,残余应力逐渐消失,这样使管端处降低密封和结合力的作用。所以此胀接结构,受到压力和温度的一定限制。一般适用压力P0≤4MPa,管端处残余应力消失的极限温度,随材料不同而异,对碳钢、低合金钢当操作压力不高时,其操作温度可用到300℃。为了提高胀管质量,管板材料的硬度要求高于管子端的硬度,这样才能保证胀接强度和紧密性。
对于结合面的粗糙度,管孔与管子间的孔隙大小,对胀管质量也有一定的影响,如结合面粗糙,可以产生较大的摩擦力,胀接后不易拉脱,若太光滑则易拉脱,但不易产生泄漏,一般粗糙度要求为Ra12.5。为了保证结合面不产生泄漏现象,在结合面上不允许存在纵向的槽痕。
管孔有光孔和带环形槽孔两种,管孔的形式和胀接强度有关,在胀口所受拉脱力较小时,可采用光孔,在拉脱力较大时可采用带环形槽的结构。
光孔结构用于物料性质较好的换热器,胀管深度为管板厚度减3mm,当管板厚度大于50mm,胀接深度e一般取50 mm,管端伸出长度2~3 mm。
当胀接时,将管端胀成圆锥形,由于翻边的作用,可使管子与管板结合得更为牢固,抗拉脱力的能力更高。当管束承受压应力时,则不采用翻边的结构形式。
管孔开槽的目的,与管口翻边相似,主要是提高抗拉脱力及增强密封性。其结构形式是在管孔中开一环形小槽,槽深一般为0.4~0.5 mm,当胀管时,管子材料被挤入槽内,所以介质不易外泄。在管孔中开槽数根据管板厚度而定,当管板小于30 mm时,开一个槽,管板厚度≥30 mm时,开二个槽。
胀接深度按全胀型与不胀型决定,对于管板采用不全胀型时,当管板厚度大于50 mm,其胀接深度仍采用50 mm。
管板为复合钢板,开槽位置分两种情况,覆层较薄时,开槽位置均在基层上,如覆层较厚时,则一个槽可开在复层上,但不允许将槽开在覆层与基层之间。
02焊接
管子与管板的焊接,目前应用较为广泛,由于管孔不需开槽,而且管孔的粗糙度要求不高,管子端部不需退火和磨光,因此制造加工简便。焊接结构强度高,抗拉脱力强,当焊接部分渗漏时,可以补焊,如须调换管子,可采用专用刀具拆卸焊接破漏管,反而比拆卸胀管方便。
管子与管板的焊接,其焊缝的剪切断面应不低于管子断面的1.25倍。
不锈钢管与管板,一般采用焊接结构,不管其压力大小,温度高低。为了在停车后,避免管板上有流体停滞,并补偿管子入口处压力损失的特殊情况,减少管口阻力,可将管子缩在管板孔内部一定位置,但这种结构焊接技术要求较高,一般需用自动氩弧焊机,质量才能得到保证,在焊接过程中管口易堵死,尤其对于小直径的管子,在焊接时应引起注意。有时为了减小焊接应力,可以在管板孔口处向下加工出凹形槽面,该结构一般都用于不锈钢和管板的焊接。在管孔周围开沟槽,加工麻烦,工作量大,在目前施工中已将沟槽革除。
03胀焊结合
对于压力高、渗透性强,或在一侧有腐蚀性的介质,为保证不致泄漏后污染另一侧物料,这就要求管子与管板的连接处绝对不漏,或为了避免在装运及操作过程中的振动对焊缝的影响,或避免缝隙腐蚀的可能性等。
胀焊结合的结构,从加工工艺过程来看,有先胀后焊,先焊后胀,焊后胀接及贴胀等几种形式。