管壳式换热器中管与壳程的分析

管壳式换热器中管、壳程主要分隔界面为管板与换热管的接头，管接头是容易出现失效的一个部位，设计、制造中应加以重视。

载荷

管子和管板的接头所受载荷主要包括：管壳程压力差、热膨胀差而产生的应力、壳程流体产生的诱导振动。 

连接型式的选择

在换热管和管板的连接中，单纯胀接或焊接结构的使用受到了GB/T151的一些限制。而胀焊并用结构由于能有效地减轻管束振动对焊口的损伤，避免间隙腐蚀，并且比单纯胀接或焊接结构具有更高的强度和密封性，因而得到广泛采用。目前常规换热器较多地采用贴胀+强度焊，而重要的或使用条件苛刻的换热器则要求采用强度胀+强度焊。 

先胀后焊

对于贴胀+强度焊可采用先胀后焊的方法，而对于强度胀+强度焊则可宜采用先贴胀，再强度焊，最后强度胀的方法。原因如下：

1）管子与管板胀接后，在管端应留有15mm长的未胀管腔，以避免胀接应力与焊接应力的叠加，减少焊接应力对胀接的影响。

2）但15mm的未胀管段与管板管孔之间存在一个间隙，焊接时，由于高温熔化金属的影响，间隙内气体被加热而急剧膨胀、出现超高温高压状态。这些高温高压气体在外泄时对强度胀的密封性能造成致命的损伤，且焊缝收口处亦将留下肉眼难以觉察的针孔。（所以应重视管接头的焊接工艺及焊缝的无损检测）

3）虽然贴胀是不耐压的，但可以消除管子与管板管孔的间隙，所以能有效地减轻管束振动对管接头的影响。

另外，先胀后焊时不宜采用机械胀的方式，这是因为对焊接裂纹、气孔等很敏感的润滑油容易渗入，焊接时更容易产生缺陷。并且若要求均匀贴胀，宜采用由计算机控制的液袋式胀管机进行胀接。 

先焊后胀

考虑到制造误差，一些管板管孔与换热管之间不可避免地存在着较大的间隙，并且这些间隙沿周向有可能是不均匀的。

对于先焊后胀，当间隙很小时，15mm的未胀管段将可以减轻胀接变形对焊接的影响。当间隙较大时，由于管子的刚性较大，并且焊缝承受切向剪力的能力相对较差，过大的胀接变形将越过15mm未胀区的缓冲而对焊接接头产生损伤，甚至造成焊口脱焊。所以，对于先焊后胀，控制管子与管板孔的精度及其配合是相当重要的问题。




审核编辑：刘清