換熱器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計A

1、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)及焊接接頭設(shè)計管殼式換熱器結(jié)構(gòu)及焊接接頭設(shè)計設(shè)計室：高靜設(shè)計室：高靜2013.10主要內(nèi)容v管殼式換熱器主要結(jié)構(gòu)型式管殼式換熱器主要結(jié)構(gòu)型式v換熱器焊接接頭的設(shè)計原則換熱器焊接接頭的設(shè)計原則v換熱器常用焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計換熱器常用焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計 1、管殼式換熱器主要結(jié)構(gòu)型式、管殼式換熱器主要結(jié)構(gòu)型式vGB151中所列的管殼式換熱器（簡稱換熱器）主要有立式和臥式的固定管板式、浮頭式、U形管式、一般為臥式的填料函式和釜式重沸器五種型式。v1.1 固定管板換熱器的主要特點：v結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造成本低；v排管數(shù)比浮頭式、U形管式要多；v不能抽芯，無法進行機械清洗；v因不能單獨更換管束，所以維修

2、成本高。v1.2使用壓力和溫度的限制v由于換熱管、管板和殼體焊在一起，故換熱管和殼體間的金屬壁溫差引起的溫差應(yīng)力是設(shè)計中的控制因素，如果設(shè)計需設(shè)置膨脹節(jié)的話就有壓力的限制了，GB16749中規(guī)定最高使用壓力為6.4MPa，故帶膨脹節(jié)的固定管板換熱器使用壓力一般不高，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造也較復(fù)雜；在無需考慮溫差應(yīng)力時固定管板換熱器也有使用在很高壓力的場合，往往管板與管箱或管板與殼體做成整體型式，或者管板、管箱（頭蓋）和殼體三者成為一個整體，但一般高壓用得較少，而低壓力、大直徑固定管板換熱器用得很廣。 固定管板式換熱器固定管板式換熱器缺點：缺點： （1）殼程不能用機械方法清洗，）殼程不能用機械方法清

3、洗，應(yīng)走清潔流體。應(yīng)走清潔流體。 （2）不設(shè)膨脹節(jié)時，管、殼程）不設(shè)膨脹節(jié)時，管、殼程 可能產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力?？赡墚a(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力。(3)維修成本高。維修成本高。 優(yōu)點：優(yōu)點：（1）結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造成本低。）結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造成本低。（2）與其它類型換熱器相比，在）與其它類型換熱器相比，在相同殼體直徑下，排管數(shù)目最多。相同殼體直徑下，排管數(shù)目最多。 （3）管內(nèi)便于清洗。）管內(nèi)便于清洗。范圍：范圍：壓力壓力6.4Mpa,溫度溫度400.優(yōu)點：優(yōu)點：（1）殼體和管束熱變形自由，不產(chǎn)生熱應(yīng)力。）殼體和管束熱變形自由，不產(chǎn)生熱應(yīng)力。（2）管束可從殼體中抽出，便于殼程的檢修和清洗。）管束可從殼體中

4、抽出，便于殼程的檢修和清洗。缺點：缺點：（1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。（2）為使一端管板浮動，需增加一個內(nèi)浮頭蓋及相關(guān)連接件以保證密封，）為使一端管板浮動，需增加一個內(nèi)浮頭蓋及相關(guān)連接件以保證密封，操作時，如果內(nèi)浮頭蓋連接處泄漏將無法發(fā)現(xiàn)，所以應(yīng)嚴格保證其密封操作時，如果內(nèi)浮頭蓋連接處泄漏將無法發(fā)現(xiàn)，所以應(yīng)嚴格保證其密封性能。性能。（3）為使浮頭管板和管束檢修時能夠一起抽出，在管束外緣與殼壁之間）為使浮頭管板和管束檢修時能夠一起抽出，在管束外緣與殼壁之間形成寬度為形成寬度為1622mm的環(huán)隙，這樣不僅減少了排管數(shù)目，而且增加了旁的環(huán)隙，這樣不僅減少了排管數(shù)目，而且增加了旁路流路，

5、降低了換熱器的熱效率。路流路，降低了換熱器的熱效率。（4）壓力試驗時的試壓胎具復(fù)雜。）壓力試驗時的試壓胎具復(fù)雜。浮頭式換熱器浮頭式換熱器優(yōu)點：優(yōu)點：（1）結(jié)構(gòu)簡單，省去一塊管板和一個管箱，造價相對低。）結(jié)構(gòu)簡單，省去一塊管板和一個管箱，造價相對低。（2）管束和殼體分離，熱膨脹時互不約束，消除了熱應(yīng)力。）管束和殼體分離，熱膨脹時互不約束，消除了熱應(yīng)力。（3）管束可以從殼體中抽出，管外清洗方便。）管束可以從殼體中抽出，管外清洗方便。 缺點：缺點：（1）彎管必須保持一定曲率半徑，管束中央會存在較大的空隙，流體）彎管必須保持一定曲率半徑，管束中央會存在較大的空隙，流體易走短路，對傳熱不利。易走短路，對

6、傳熱不利。（2）管內(nèi)不能用機械方法清洗，宜走清潔流體。）管內(nèi)不能用機械方法清洗，宜走清潔流體。（3）管子泄漏損壞時，只有最外層管子可以更換，其他管子只能堵死，）管子泄漏損壞時，只有最外層管子可以更換，其他管子只能堵死，會減小換熱面積。會減小換熱面積。（4 4）管程流速太高時，將會對）管程流速太高時，將會對U U形彎管段產(chǎn)生嚴重的沖蝕，影響壽命形彎管段產(chǎn)生嚴重的沖蝕，影響壽命。U形管式換熱器：形管式換熱器：優(yōu)點：優(yōu)點：（1）結(jié)構(gòu)比浮頭式換熱器簡單，殼體和管束熱變形）結(jié)構(gòu)比浮頭式換熱器簡單，殼體和管束熱變形自由，不產(chǎn)生熱應(yīng)力。自由，不產(chǎn)生熱應(yīng)力。 （2）管束可從殼體中抽出，殼程的檢修和清洗方）管束

7、可從殼體中抽出，殼程的檢修和清洗方便便。 缺點：缺點： 填料函處形成動密封，殼程介質(zhì)易泄漏，填料函處形成動密封，殼程介質(zhì)易泄漏，要求殼程介質(zhì)溫度和壓力不能過高，且無毒、非易要求殼程介質(zhì)溫度和壓力不能過高，且無毒、非易燃和易爆。燃和易爆。填料函式換熱器通常只適用于低壓和小直徑場合。填料函式換熱器通常只適用于低壓和小直徑場合。填料函式換熱器填料函式換熱器釜式重沸器釜式重沸器釜式重沸器v釜式重沸器的管程采用U形或浮頭管束，殼程為單（或雙）斜錐具有蒸發(fā)空間的殼體，一般為管程介質(zhì)加熱殼程介質(zhì)，所以管程的溫度和壓力比殼體的高，但設(shè)計壓力一般不會高于6.4MPa。換熱器焊接接頭的設(shè)計原則換熱器焊接接頭的設(shè)計

8、原則焊接接頭的設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：v1) 合理選擇接頭型式。v2) 焊縫填充金屬應(yīng)盡量少。v3) 合理選擇坡口角度、鈍邊高和根部間隙等結(jié)構(gòu)尺寸，使之有利于坡口加工和焊透，以最大限度地減少焊接缺陷。v4) 按等強度要求，接頭的強度應(yīng)不低于母材標準規(guī)定的強度下限值。v5) 焊縫外形應(yīng)盡量連續(xù)、圓滑過渡，以減少應(yīng)力集中。換熱器常用焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計換熱器常用焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計換熱器的焊接接頭的設(shè)計的合理性是保證其制造、運行安全可靠的基本條件。換熱器焊接結(jié)構(gòu)較常見的典型接頭型式有：v1）主體的焊接結(jié)構(gòu)v2）接管與殼體的焊接結(jié)構(gòu)v3）接管與法蘭的焊接結(jié)構(gòu)v4）管板與筒體及管子的焊接結(jié)構(gòu)v3.1主體的焊接結(jié)構(gòu)主體的焊

9、接結(jié)構(gòu)v容器主體多為A、B類對接接頭。v1) 筒體和封頭縱、環(huán)焊縫的焊接結(jié)構(gòu)，結(jié)合受壓容器的特點，應(yīng)注意以下原則：v采用全焊透的焊接坡口，當筒體內(nèi)徑600mm時，一般采用單面焊；筒體內(nèi)徑600mm時，可采用雙面焊。v筒體內(nèi)徑為300-500mm，且長度4MPa。管板不兼作法蘭時與筒體的連接可采用圖39所示結(jié)構(gòu)，其中(a)、(b)結(jié)構(gòu)宜用于Ps4MPa的場合，(c)、(d)、 (e)結(jié)宜用于Ps6.4MPa的場合。 圖3-8 管板兼作法蘭時與筒體的連接 圖3-9 管板不兼作法蘭時與筒體的連接結(jié)構(gòu)v2、管板與管子的焊接接頭v管子與管板的連接，在管殼式換熱器的設(shè)計中，是一個比較重要的結(jié)構(gòu)部分。它不僅

10、加工量大，而且必須使每一個連接處在設(shè)備的運行中，保證介質(zhì)無泄漏且具有承受介質(zhì)壓力的能力。v管板與管子的連接形式有:v（1）強度脹接，（2）強度焊接，（3）脹焊并用形式。v（1）脹接形式 貼脹主要是為消除換熱管與管孔之間縫隙的輕度脹接；強度脹是指管板與換熱管連接處的密封和抗拉強度均由脹接來保證的連接。它適用于設(shè)計壓力小于等于4PMa，設(shè)計溫度小于等于300，操作中無劇烈的振動，無過大的溫度變化及無明顯的應(yīng)力腐蝕的場合。v（2）焊接形式 管子與管板的焊接結(jié)構(gòu)，因管孔不需要開槽，管孔的粗糙度要求不高，加工制作方便，抗拉脫力強，結(jié)構(gòu)強度高，補焊、拆卸都比脹管方便，應(yīng)用較廣泛。通常稱強度焊，若管子僅高處

11、管板1mm，焊角高度可以小于1.4倍的管子壁厚，但一般不宜小于管子的壁厚，這種焊接稱為密封焊，密封焊只保證管子與管板連接的密封性能，不能保證其拉脫強度，典型結(jié)構(gòu)如圖310所示。(a)為最常用的焊接結(jié)構(gòu)形式； (c)結(jié)構(gòu)可避免停車后管板上積有殘液，同時減少流體進管口時的阻力。 (b) 結(jié)構(gòu)在管孔周圍開溝槽，能減少焊接應(yīng)力，適用于管板經(jīng)焊接后(氬弧焊)不允許產(chǎn)生變形的場合，不銹鋼管與管板的焊接多采用此結(jié)構(gòu)，但加工麻煩，工作量大。小直徑管子不能脹接時，常采用(d)結(jié)構(gòu)。圖3-10 管板與管子的焊接形式優(yōu)點優(yōu)點：（1）強度高，抗拉脫力強。）強度高，抗拉脫力強。（2）修理、更換方便。）修理、更換方便。另

12、外：焊縫高度應(yīng)另外：焊縫高度應(yīng)1.4x管子管子壁厚壁厚缺點缺點：（1）焊接殘余應(yīng)力可能導(dǎo)致應(yīng)力）焊接殘余應(yīng)力可能導(dǎo)致應(yīng)力 腐蝕和疲勞破壞。腐蝕和疲勞破壞。（2）間隙腐蝕問題。）間隙腐蝕問題。v（3）脹焊并用 高溫高壓下，管端接頭面臨著極其苛刻的工作環(huán)境，無論是焊接，或是脹接，都難以保證滿足要求。脹接法雖可以承受較高的壓力，但當溫度升到300-400以上時，蠕變造成脹接殘余應(yīng)力的松弛，將很快使脹口失效。焊接法雖然可以耐更高的溫度，但高溫循環(huán)應(yīng)力易使焊口發(fā)生疲勞裂紋，故需考慮脹焊并用。v對于密封要求較高的場合，或承受振動，疲勞載荷的場合，及有間隙腐蝕和采用復(fù)合管板的場合，先脹后焊可提高焊縫抗疲勞的性能，且管壁貼合于管板孔壁，可防止焊接時產(chǎn)生裂紋。但脹管殘留的潤滑油易在焊接過程中產(chǎn)生氣孔，嚴重影響焊縫質(zhì)量。而先焊后脹可不必清理脹管后殘留的油污，但對焊后脹接時的脹管位置要求較高，必須保1015mm的范圍內(nèi)不進行脹接，否則損壞焊縫。在脹焊結(jié)合結(jié)構(gòu)中，常用的是強度脹加密封焊，如圖3-11，和強度焊加貼脹如圖3-12。前者用脹接來承受作用力，用密封焊保證密封性，而后者是用焊接來承受作用力，用貼脹來消除管子與管板之同的間隙。 圖3-11 強度脹加密封焊 圖3-12強度焊加貼脹 v焊接管接頭的檢測：v目前普遍采用