管壳式换热管焊接工艺的探究

王柏兴 王柳款 陈才纲

绍兴市上虞联丰压力容器有限公司 浙江绍兴 312300

1 管壳式换热器

管壳式换热器是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构简单、造价低、流通截面较宽、易于清洗水垢；管束是管壳式换热器的核心，其中换热管作为导热元件，决定换热器的热力性能，管壳式换热器是是一种通用的标准换热设备。它具有结构简单、坚固耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点，应用最为广泛，在换热设备中占据主导地位，流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。

管壳式换热器按结构分固定管板换热器、浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式的浮头换热器等结构型式，各有优势。

固定管板换热器，其由壳体、管束、封头、管板、折流挡板、接管等部件组成。结构特点为：两块管板分别焊于壳体的两端，管束两端固定在管板上。换热管束可做成单程、双程或多程。它适用于壳体与管子温差小的场合，具有结构简单、紧凑。在相同的壳体直径内，排管数最多，旁路最少；每根换热管都可以进行更换，且管内清洗方便。

浮头式换热器适用于壳体和管束壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。结构特点是两端管板之一不与壳体固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，称为浮头，具有当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可从壳体内抽出，便于管内和管间的清洗。

U形管式换热器只有一个管板，换热管为U型，管子两端固定在同一管板上。管束可以自由伸缩，当壳体与U型换热管有温差时，不会产生温差应力。可弥补浮头式换热器结构复杂的特点，同时又保留换热管束可以抽出，热应力可以消除的优点。

填料函式换热器是浮头式换热器的一种改型结构，它把原置于壳程内部的浮头移至体外，用填料函来密封壳程内介质的外泄。结构特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。

2 换热管与管板之间的焊接工艺

换热器在使用过程中，经常出现管板与换热管焊接处出现泄露现象，特别是还含有爆炸性、放射性或腐蚀性的物质泄露，不仅损失了产品和热量，甚至还会威胁到人身安全。因此换热管与管板之间的连接结构是否合理，焊接质量有无缺陷就显得至关重要。

换热管和管板之间的连接关系有强度胀接、强度焊接和胀焊结合，根据换热器使用条件的不同，按需求选择。

2.1 胀接

首先将胀管器放入管子内，使管子径口变大，发生塑性形变，紧紧贴合在管板上。而与管口接触的管板由于管口变大也会随着变大，从而发生弹性形变。当胀管器拔出之后，管板的弹性形变会恢复之前的大小，但是发生塑性形变之后的管口仍然保持变大的状态，不会恢复原状，从而两者紧紧连接在一起。

传统的焊接工艺有滚柱胀管法、爆炸胀管工艺，新胀接工艺有液压胀管工艺，通过对管子内表面施加高的液压力，使管子塑性变形而胀接于板孔内表面的；橡胶胀管工艺，通过利用橡胶弹性体的轴向压缩产生的径向压力将管子胀接于管板上的。

2.2 焊接分强度焊和密封焊两种

焊接加工简单、连接强度好，在高温高压时能保证连接处的紧密性与抗拉脱能力，管子与薄管板的固定更应采用焊接方法。当连接处焊接之后，管板与管子中存在的残余热应力与应力集中，在运行时可能引起应力腐蚀与疲劳破坏。

密封焊接指保证换热管与管板连接密封性能的焊接。密封焊使换热管与管板的连接有效密封，并以适当的焊接方法、焊接工艺参数加强焊缝熔深，使之具备一定的焊缝强度。

2.3 焊接加胀接

能够有效地阻尼管束振动对焊缝的损伤，因此广泛采用的是胀焊并用的方法。

3 结语

换热管是换热器的核心部分，不同的管径、形状、排列形式的换热管等都会影响换热器的效率，换热管的排列形式有：三角形排列、正方形排列、正三角形排列和转角正方形排列。

管壳式换热器虽然在传热效率、结构紧凑性、金属消耗量等方面不及其他结构的换热器，但其在高温、高压和大型换热器中占较大优势。