换热器管板与管子的连接方法与原理
换热器管板与管子的连
接方法与原理
Revised at 2 pm on December 25, 2020.
管板与换热管的连接方式主要胀接、焊接、胀焊结合。
胀接分强度胀和贴胀两种，胀接的方法主要有机械滚胀法、液压胀管、爆破胀管，胀接是利用电动或风动等动力使心轴旋转并挤入管内迫使管子扩张产生塑性变形而与管板贴合，为了提高胀管的质量，管端材料的硬度应比管板低。
若单一使用胀接，一般使用条件为压力不超过
4MPa，温度不超过350℃。
带槽孔的结构用于抗拉脱能力与密封性要求高的场合，管板中开的环形小槽深为～，管子材料被胀挤进槽内，可防止介质外泄，管板厚度小于30mm时，槽数为1，厚度大于30mm时，槽数为2。
液压胀、爆破胀具有劳动强度低、密封性能好，一般推荐在高温高压的工况下采用液压胀和爆破胀。
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，此外，管子与管板孔之间的间隙中存在的不流动的液体与间隙外的液体有着浓度上的差别，还容易产生间隙腐蚀，目前在工况要求较高的场合推荐采用内孔焊。
采用胀焊结合的方法，不仅能提高连接处的抗疲劳性能，还可消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高使用寿命。
采用强度胀+密封焊的结合方式，胀接承受拉脱力，焊接保证紧密性，采用强度焊+贴胀的结合方式，焊接承受拉脱力，胀接消除管子与管板间的间隙。
换热器管子与管板的5种连接结构形式
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。
Ol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°Co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Ral2.5o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。
期炸既接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50m∏b胀接深度e一般取50 mm,管端伸出长度2~3 mmo 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。
管壳式换热器胀管工艺
1 胀管工艺规程编制审核2管子与管板“焊、胀”连接工艺一、原理及适用条件本工艺的实施步骤是焊-胀。
它巧妙地运用胀接过程的超压过载技术通过对管与管板的环形焊缝进行复胀造成应变递增而应力不增加即让该区域处于屈服状态在焊缝的拉伸残余应力场中留下一个压缩残余应力体系。
两种残余应力相互叠加的结果使其拉伸残余应力的峰值大减二次应变又引起应力的重新分布结果起到调整和均化应力场的效果最终将残余应力的峰值削弱到预定限度以下。
本工艺适用于管子与管板的胀、焊并用连接型列管式换热器的工厂或现场加工。
管板厚度范围为16100mm材质为碳钢者就符合GB150-98第二章2.2条的规定若采用16Mn时就分别符合GB3247—88和GBI51—99中的有关规定换热管束应符合GB8163、GB9948-88、GB6479-86、GB5310-85的规定。
二、焊、胀工艺一准备工作1、对换热管和管板的质量检查1管子内外表面不允许有重皮、裂纹、砂眼及凹痕。
管端头处不得有纵向沟纹横向沟纹深度不允许大于壁厚的1/10。
管子端面应与管子轴线垂直其不垂直度不大于外径的2。
2换热管的允许偏差应符合表1-1要求。
3管孔表面粗糙度Ra不大于12.5μm表面不允许纵向或螺旋状刻痕。
管孔壁面不得有毛刺、铁屑、油污。
4管孔的直径允许偏差应符合表1-2规定。
3 换热管的允许偏差表1-1 Ⅰ级换热器Ⅱ级换热器材料标准外径×厚度mm 外径偏差mm ?诤衿 頼m 外径偏差mm 壁厚偏差mm19×2 25×2 25×2.5 ±0.2 ±0.4 32×3 38×3 45×3 ±0.3 12 10 ±0.45 15 10 碳钢GB8163-87 57×3.5 ±0.8 ±10 ±1 12 10 抽查区域应不小于管板中心角60。
固定管板式换热器工作原理
固定管板式换热器工作原理固定管板式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、石油、电力、制药等工业领域。
它通过管道中的流体与外界介质之间的换热，将热量传递到管道中的流体中，以实现物料的加热或冷却。
下面我们将详细介绍固定管板式换热器的工作原理及其结构特点。
一、固定管板式换热器的工作原理固定管板式换热器是通过管道中的流体与流经管道外表面的介质之间的热量传递实现热交换的设备。
其工作原理主要包括传热传质原理和流体动力学原理两个方面。
1. 传热传质原理固定管板式换热器的传热传质主要通过管道中的流体和管子外表面的介质之间的热量传递来实现。
当热源流体从入口流入换热器，流体中的热量会通过管壁传递到外部的介质中，实现热量的传递。
冷却介质也会流经管子的外表面，吸收热量，以实现冷却或加热的目的。
2. 流体动力学原理流体在换热器中流动时，会形成流场，其流动状态会影响热传递效率。
通过设计合理的管板结构和流体分布方式，可以优化流场，使流体在换热器内部均匀流动，从而提高换热效率。
固定管板式换热器通过流体与介质之间的热量传递和优化流动状态，实现热量的传递和能源的有效利用。
二、固定管板式换热器的结构特点固定管板式换热器具有以下几个显著的结构特点：1. 管板结构合理固定管板式换热器中的管板结构设计合理，能够保证管道布置合理，使流体与介质之间的热量传递效率最大化。
2. 热交换效率高相比其他类型的换热器，固定管板式换热器能够实现高效的热量传递，热交换效率高，能够满足工业生产对换热效率的要求。
3. 维护方便固定管板式换热器的结构简单，维护方便，能够降低维护成本和维护难度。
4. 适用范围广泛固定管板式换热器可以适用于各种介质的热交换，包括液体、气体等不同形式的流体，适用范围广泛，适合不同的工业应用。
固定管板式换热器具有结构合理、热交换效率高、维护方便和适用范围广泛等特点，是一种非常重要的工业换热设备。
通过对其工作原理和结构特点的深入了解，可以更好地应用于工业生产实践中，提高生产效率和资源利用率。
换热器管子和管板焊接接头浅见分析
换热器管子和管板焊接接头浅见分析史建涛(江苏省特种设备安全监督检验研究院苏州分院,江苏苏州215128)摘要:通过对管板换热器设计参数、介质特性、使用环境以及承载情况的分析研究,比较不同焊缝接头形式以及焊接工艺过程的选择对最终焊接质量的影响,同时阐述了合理的焊缝检验工艺对于确保在焊接前、焊接过程中以及焊接完成之后保证焊接质量的重要意义,总结出管板换热器管子和管板焊接接头在制造过程中的关键控制点。
关键词:管板换热器;焊接接头;焊接质量;焊接检验工艺管板换热器是利用传热原理,通过对冷、热物料与被加热或冷却的介质进行逆向流动,即热交换,从而达到物料被冷却或加热作用[1]。
由于其结构简单,制造成本低,能得到较小的壳体直径,管程可分成多样,壳程也可用纵向隔板分成多程,规格范围广,可用作蒸发器、加热器、冷凝器和冷却器等,在工程中应用十分广泛。
作者在参与某德国U公司石化项目过程中,有幸作为现场监造到广东省茂名重力石化机械制造厂进行制造过程的质量监检。
由于此项目合同中要求设计由德国公司负责,图纸细化则由CPM(重力石化机械制造厂简称)完成,且CPM负责全程的制造质量,而且该德国公司此次采购的主要设备为管板式换热器, 设计中采用了德国公司的企业标准,因此对于制造厂而言,要准确理解德国公司的企业标准,并且利用现有的设备及人员完成不同于国标要求的石化设备相应难度加大。
而在管板换热器的制造过程中,换热管与管板的连接是整个制造过程中的关键环节。
1 管子-管板连接型式换热管与管板的连接方式有胀接、焊接、胀焊并用等型式。
常用的工艺制造方法有强度胀接、贴胀、强度焊以及密封焊。
强度胀接指为保证换热管与管板连接的密封性能以及抗拉脱强度的胀接;贴胀指为消除换热管与管孔之间缝隙的轻度胀接;强度焊指保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的焊接; 密封焊指保证换热管与管板连接密封性能的焊接[2]。
目前对常规的换热管通常采用“贴胀+强度焊”的模式;而重要的或使用条件苛刻的换热器则要求采用“强度胀+密封焊”的模式。
换热器管子与管板焊接方法
换热器管子与管板焊接方法:1、管板管孔加工：。
孔径、孔距符合图纸要求，孔内坡口1x45o，所有管孔内表面粗糙度6.32、管子装配：管头、管孔除油和清洁，管端伸出管板4mm（管外径19.05），加工到等高并用TIG焊进行管子固定。
3、自动GTAW焊接：(1).第一道自熔不加丝封底.(2).然后两道自动GTAW加焊丝，连续两道以确认焊加强高2mm（管外径19.05），自动GTAW 操作使用24V，150～90A，矩形脉冲直流电流。
(3).最后一道不加丝焊收口，保证焊缝外观光滑，自动GTAW外观上要有足够的加强高度2～2.5mm，对伸出管端头没有任何切口或破坏。
(4).所有管子和管板焊缝最终要进行100％PT，（根部和层间PT不推荐使用，由于可能引入染料的外部污染影响焊接质量）。
(5).在所有焊接和PT结束后，对每根管子进行贴胀。
(6).所有管子和管板连接自动GTAW焊缝在水压试验之前，应进行1％NH3，0.7MPA的气体渗透试验（壳侧），所有焊缝应保持干燥状态并且如果发现缺陷可以进行修理。
(7).如果自动管子管板连接的GTAW焊缝发现泄漏或缺陷，禁止使用手工补焊，正确返修方法如下：(a).首先用转动工具切掉缺陷焊缝(b).用此工具加工孔内部1x45o坡口(c).依据自动GTAW程序重新焊接。
关于换热器管板与换热管联接质量问题的探讨本讨论话题很好，也是我们工作中所遇到的一个重要而普遍实际具体问题，从中受益匪浅，在此感谢大家！单位里实际生产中，不太重视这个问题，相关工艺欠缺或不完善不详细，很盲目不科学一味凭经验操作，事先不做相关焊接工艺评定，不做胀管试验，随便胀焊，特别是在胀接时没有什么顺序，质量很难以保证的。
请教大家以下问题:1、胀管率怎么确定？顺序怎么为好？2、MOCK—UP模拟产品怎么做？胀焊前是否不同型每台产品都要做？3、是否有完善的胀管工艺提供可学习参考一下？。
换热器管板与管子的连接方法与原理
换热器管板与管子的连
接方法与原理
WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】
管板与换热管的连接方式主要胀接、焊接、胀焊结合。
胀接分强度胀和贴胀两种，胀接的方法主要有机械滚胀法、液压胀管、爆破胀管，胀接是利用电动或风动等动力使心轴旋转并挤入管内迫使管子扩张产生塑性变形而与管板贴合，为了提高胀管的质量，管端材料的硬度应比管板低。
若单一使用胀接，一般使用条件为压力不超过
4MPa，温度不超过350℃。
带槽孔的结构用于抗拉脱能力与密封性要求高的场合，管板中开的环形小槽深为～，管子材料被胀挤进槽内，可防止介质外泄，管板厚度小于30mm时，槽数为1，厚度大于30mm时，槽数为2。
液压胀、爆破胀具有劳动强度低、密封性能好，一般推荐在高温高压的工况下采用液压胀和爆破胀。
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，此外，管子与管板孔之间的间隙中存在的不流动的液体与间隙外的液体有着浓度上的差别，还容易产生间隙腐蚀，目前在工况要求较高的场合推荐采用内孔焊。
采用胀焊结合的方法，不仅能提高连接处的抗疲劳性能，还可消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高使用寿命。
采用强度胀+密封焊的结合方式，胀接承受拉脱力，焊接保证紧密性，采用强度焊+贴胀的结合方式，焊接承受拉脱力，胀接消除管子与管板间的间隙。
换热管和管板连接通用工艺规程
换热管与管板连接通用工艺规程1主题内容与适应范围1.本1规程规定了钢制管壳式换热器换热管与管板连接的方法和要求。
1.本2规程适用于本公司制造的碳素钢、低合金钢、不锈钢等材料制管壳式换热器的换热管与管板的连接。
其它材料制造的换热器的换热管与管板的连接亦可参照执行。
2总则2.换1热管与管板连接接头的制造除符合本规程的规定外，还应遵守国家颁布的有关法令、法规、标准、本公司其它相应规程和图样及专用工艺文件的要求。
3.换2热管与管板连接的连接方式有胀接、焊接、胀焊并用等型式。
具体连接方式在图样或公司技术部门在制造专用工艺中规定。
3一般要求4.当1换热管与管板采用胀接连接时，换热管材料的硬度值一般须低于管板材料的硬度值〜除换热管材料为不锈钢或有应力腐蚀场合外，可采用管端局部退火的方式来降低换热管材料的硬度。
5.管2孔表面粗糙度当换热管与管板焊接连接时，管孔表面粗糙度值不大于M m且符合图样要求；当换热管与管板胀接连接时，管孔表面粗糙度值不大于M5且符合图样要求,同时管孔表面不得有影响胀接紧密性的缺陷，如贯通的纵向或螺旋状刻痕等。
3.连3接前，连接部位的换热管与管板表面应采用机械或化学方法清理干净，不应留有影响胀接或焊接连接质量的毛刺、铁屑、锈斑、油污等。
穿管前，应对换热管进行机加工平头，平管公差L+mrn。
穿管前，应采用钢丝刷、钢丝轮、砂纸将换热管管头（包括管口端部）毛刺、铁屑、锈斑、油污去除干净，至呈金属光泽。
用于焊接时，换热管刷管范围不小于换热管外径尺寸，且不小于2mm；用于胀接时，换热管应呈现金属光泽，其长度应不小于二倍的管板厚度。
刷管后，换热管应放置在干燥通风处，已经刷管处理的换热管必须在7天内与管板进行胀接或焊接连接，否则应重新进行刷管处理。
c）换热管的外伸长度，按产品焊接工艺规程执行。
对需打磨的管头要求打磨平整，不得有卷边现象，并用机械或化学方法清除管板、管端表面残留的砂轮灰等杂物。
d）当换热管与管板定位后实施焊接或胀接前（不超过4小时），应采用钢丝刷将连接部位的换热管与管板表面的锈斑、油污清理干净。
双管板换热器下管板与管束连接方法
双管板换热器下管板与管束连接方法1概述在化工生产中为了防腐蚀、防污垢,或出于工艺和劳动保护、安全等方面的要求,对一些换热设备常采用双管板结构来解决问题。
目前国内设计、制造此类设备的下管板与管束的连接方式基本上都是采用强度胀接。
但在实际使用中一旦产生应力松弛,常常在此部位引发泄漏,而且无法修复,影响生产。
另外,在制造时也有诸多不利因素:(1)由于双管板之间的距离大,给胀管器的设计和制造带来一定的困难。
(2)强度胀接时要求换热管的硬度小于管板的硬度HB30左右,当管子和管板采用同一材质,但又不能用管端局部退火的方式来降低管子硬度时,这一硬度差很难达到,胀接质量也就难以保证。
(3)管板加工槽时,虽然有特定的专用刀具,但生产中经常出现排屑不畅,很费时。
(4)采用胀接时,管板的最小厚度除满足结构设计和制造的要求外,用于易燃、易爆及有毒介质工况时,应不小于换热管的外径,这对于压力不高、直径较小、管板计算厚度较薄时显然是增加了设备的成本,至于复合管板的厚度更是高于采用焊接时的要求。
(5)强度胀接时管子的外径和管孔的内径之间的配合要较紧,这样管子外径尺寸的精度和管孔的精度都要提高,增加了制造难度。
(6)强度胀接完全靠试胀、经验而成,容易使管子产生过胀,严重时只能重新制造,造成材料的损失、工时的浪费;而强度焊接时,有合格的焊工、严格的工艺规程,焊接质量易于保证,即使不合格也方便返修。
此外,GB151-1999《管壳式换热器》还规定了不能采用强度胀接的某些特定的工况。
因此我们在设计、制造时尝试将下管板与管束的连接由传统的强度胀接改为焊接,通过一段时间的运行来看,效果较为理想。
2双管板换热器的制造特点该类换热器的上下管板在加工时,一般采用重叠钻孔。
钻头在管板上钻孔时,上下管板相同位置上的管孔可能会发生位移而产生错孔现象;另外由于相邻两管板上的温度不同,管板径向变形也不同,这就会在管板上产生横向剪切力和弯曲力,影响管子与管板连接处的强度及密封性能,甚至引起泄漏现象。
管壳式换热器中换热管与管板连接的工艺
管壳式换热器中换热管与管板连接的工艺换热器作为将物料之间热流体的部分热量传递给冷流体的传热设备，在人们日常生活及石油、化工、动力、医药、原子能和核工业等行业中有着广泛的应用。
它可作为独立的设备，如加热器、凝汽器、冷却器等；也可作为某些工艺设备的组成部分，如一些化工设备中的热交换器等。
尤其在耗能用量较大的化工行业中，换热器在化工生产的热量交换和传递过程中是不可缺少的设备，在整个化工生产设备中也占有相当的比例。
换热器从其功能上来看，一方面是保证工业过程对介质所要求的特定温度，另一方面也是提高能源利用率的主要设备。
按其结构形式主要有板式换热器、浮头式换热器、固定管板式换热器和U形管式换热器等等。
其中除板式换热器外，其余几种属于管壳式换热器。
由于管壳式换热器具有单位体积上较大的换热面积，而且换热效果好，同时具有结构坚固、适应性强、制造工艺成熟等优点，已成为最为普遍使用的一种典型的换热器。
管壳式换热器中换热管与管板的连接在管壳式换热器中换热管和管板是换热器管程和壳程之间的惟一屏障，换热管与管板之间的连接结构和连接质量决定了换热器的质量优劣和使用寿命，是换热器制造过程中至关重要的一个环节。
大多数换热器的破坏及失效都发生在换热管与管板的连接部位，其连接接头的质量也直接影响着化工设备及装置的安全可靠性，因此对于管壳式换热器中换热管与管板的连接工艺就成为了换热器制造质量保证体系中最关键的控制环节。
目前在换热器制造过程中，换热管与管板的连接主要有：焊接、胀接、胀接加焊接以及胶接加胀接等方法。
1.焊接换热管与管板采用焊接连接时，由于对管板加工要求较低，制造工艺简单，有较好的密封性，并且焊接、外观检查、维修都很方便，是目前管壳式换热器中换热管与管板连接应用最为广泛的一种连接方法。
在采用焊接连接时，有保证焊接接头密封性及抗拉脱强度的强度焊和仅保证换热管和管板连接密封性的密封焊。
对于强度焊其使用性能有所限制，仅适用于振动较小和无间隙腐蚀的场合。
固定管板式换热器
固定管板式换热器一、什么是固定管板式换热器？固定管板式换热器的两端管板采用焊接方法与壳体连接固定。
换热管可为光管或低翅管。
适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行溶解清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。
二、它的工作原理是什么？固定管板换热器管程和壳程中，流过不同温度的流体，通过热交换完成换热。
当两流体的温度差较大时，为了避免较高的温差应力，通常在壳程的适当位置上，增加一个补偿圈（膨胀节）。
当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。
三、它有哪些结构特点？固定管板换热器主要由外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构成。
在圆形外壳内，装入平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两块管板与外管直接焊接，装有进口或出口管的顶盖用螺栓与外壳两端法兰相连。
它的特点是结构简单，没有壳侧密封连接，相同的壳体内径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数，因两个管板由管子互相支撑,故在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造价最低，因而得到广泛应用。
四、它有哪些优点和缺点？固定管板换热器的特点是：1、旁路渗流较小；2、锻件使用较少，造价低；3、无内漏;4、传热面积比浮头式换热器大20%〜30%。
固定管板换热器的缺点是：1、壳体和管壁的温差较大，一般壳体和管子壁温差tW50°C,当t>50"C时必须在壳体上设置膨胀节；2、易产生温差应力，管板与管头之间易产生温差应力而损坏；3、壳程无法机械清洗；4、管子腐蚀后连同壳体报废，设备寿命较低。
五、固定管板换热器的设计固定管板换热器的机械设计除了最关键的换热板片以外，还有两块墙板，我们称为框架板和压力板。
框架板为外侧不可活动的墙板，压力板为换热板片另一侧的可用拉杆螺栓调整位置的墙板；数根拉杆螺栓，用来加紧框架板和压力板；上下导杆连接在框架板和立柱之间，用来支撑并给压力板和换热板片导向；框架板和立柱上可安装底脚，用于固定机器。