換熱器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)A

管殼式換熱器結(jié)構(gòu)及焊接(hànjiē)接頭設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)室：高靜(ɡāojìnɡ)2013.10精品資料主要(zhǔyào)內(nèi)容管殼式換熱器主要(zhǔyào)結(jié)構(gòu)型式換熱器焊接接頭的設(shè)計(jì)原則換熱器常用焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精品資料1、管殼式換熱器主要(zhǔyào)結(jié)構(gòu)型式GB151中所列的管殼式換熱器（簡(jiǎn)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。1.1固定管板換熱器的主要特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，制造成本低；排管數(shù)比浮頭式、U形管式要多；不能抽芯，無(wú)法進(jìn)行機(jī)械清洗；因不能單獨(dú)更換管束，所以維修成本高。1.2使用壓力(yālì)和溫度的限制由于換熱管、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(jì)中的控制因素，如果設(shè)計(jì)需設(shè)置膨脹節(jié)的話就有壓力(yālì)的限制了，GB16749中規(guī)定最高使用壓力(yālì)為6.4MPa，故帶膨脹節(jié)的固定管板換熱器使用壓力(yālì)一般不高，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造也較復(fù)雜；在無(wú)需考慮溫差應(yīng)力時(shí)固定管板換熱器也有使用在很高壓力(yālì)的場(chǎng)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(gè)整體，但一般高壓用得較少，而低壓力(yālì)、大直徑固定管板換熱器用得很廣。精品資料固定(gùdìng)管板式換熱器缺點(diǎn)：

（1）殼程不能用機(jī)械方法清洗，應(yīng)走清潔流體。（2）不設(shè)膨脹節(jié)時(shí)，管、殼程可能產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力。(3)維修成本高。

優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，制造成本低。（2）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。（3）管內(nèi)便于清洗。精品資料范圍：壓力≤6.4Mpa,溫度≤400℃.優(yōu)點(diǎn)：（1）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。缺點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。（2）為使一端管板浮動(dòng)，需增加一個(gè)內(nèi)浮頭蓋及相關(guān)連接件以保證密封，操作時(shí)，如果內(nèi)浮頭蓋連接處泄漏將無(wú)法發(fā)現(xiàn)，所以應(yīng)嚴(yán)格保證其密封性能。（3）為使浮頭管板和管束檢修時(shí)能夠一起抽出，在管束外緣與殼壁之間形成(xíngchéng)寬度為16~22mm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，降低了換熱器的熱效率。（4）壓力試驗(yàn)時(shí)的試壓胎具復(fù)雜。浮頭(fútóu)式換熱器精品資料優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省去一塊管板和一個(gè)管箱，造價(jià)相對(duì)低。（2）管束和殼體分離，熱膨脹時(shí)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。缺點(diǎn)：（1）彎管必須保持一定曲率半徑，管束中央會(huì)存在較大的空隙，流體易走短路，對(duì)傳熱不利。（2）管內(nèi)不能用機(jī)械方法清洗，宜走清潔流體。（3）管子泄漏損壞(sǔnhuài)時(shí)，只有最外層管子可以更換，其他管子只能堵死，會(huì)減小換熱面積。（4）管程流速太高時(shí)，將會(huì)對(duì)U形彎管段產(chǎn)生嚴(yán)重的沖蝕，影響壽命。U形管式換熱器：精品資料優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)比浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，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，殼程的檢修和清洗方便。缺點(diǎn)：填料函處形成動(dòng)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(guò)高，且無(wú)毒、非易燃和易爆。填料函式換熱器通常只適用于低壓(dīyā)和小直徑場(chǎng)合。填料函式換熱器精品資料釜式重沸器精品資料釜式重沸器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(yībān)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(jì)壓力一般(yībān)不會(huì)高于6.4MPa。精品資料換熱器焊接接頭的設(shè)計(jì)(shèjì)原則焊接接頭的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：1)合理選擇接頭型式。2)焊縫填充金屬應(yīng)盡量少。3)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(jiǎnshǎo)焊接缺陷。4)按等強(qiáng)度要求，接頭的強(qiáng)度應(yīng)不低于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的強(qiáng)度下限值。5)焊縫外形應(yīng)盡量連續(xù)、圓滑過(guò)渡，以減少(jiǎnshǎo)應(yīng)力集中。精品資料換熱器常用(chánɡyònɡ)焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)換熱器的焊接接頭的設(shè)計(jì)(shèjì)的合理性是保證其制造、運(yùn)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：1）主體的焊接結(jié)構(gòu)2）接管與殼體的焊接結(jié)構(gòu)3）接管與法蘭的焊接結(jié)構(gòu)4）管板與筒體及管子的焊接結(jié)構(gòu)精品資料3.1主體的焊接結(jié)構(gòu)容器主體多為A、B類對(duì)接接頭。1)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(diǎn)，應(yīng)注意以下原則：①采用全焊透的焊接坡口，當(dāng)筒體內(nèi)徑≤600mm時(shí)，一般采用單面焊；筒體內(nèi)徑＞600mm時(shí)，可采用雙面焊。②筒體內(nèi)徑為300-500mm，且長(zhǎng)度<500mm時(shí)，其縱焊縫可用雙面焊。③為改善勞動(dòng)條件，應(yīng)在容器壁內(nèi)側(cè)用小坡口。④不等厚鋼板(gāngbǎn)對(duì)接時(shí)，當(dāng)薄板厚度δ2≤10mm，兩板厚度差（δ1-δ2）＞3mm，或當(dāng)薄板厚度δ2＞10mm，（δ1-δ2）＞30%δ1，或超過(guò)5mm時(shí)，均需按圖3-1的要求削薄厚板的邊緣，削薄的長(zhǎng)度L1≥3（δ1-δ2）。精品資料L1,L2≥3(δ1-δ2)圖3-1不等厚對(duì)接(duìjiē)結(jié)構(gòu)精品資料2)筒體與封頭的焊接結(jié)構(gòu)筒體與封頭的對(duì)接接頭的等厚、不等厚連接結(jié)構(gòu)，按圖3-2所示的要求(yāoqiú)。其中(a)~(e)為對(duì)接接頭，這是最常用的連接形式；圖3-2筒體與封頭的連接結(jié)構(gòu)精品資料3.2接管與殼體的焊接結(jié)構(gòu)由于操作、測(cè)試和檢修的需要，殼體上需開孔接管。開孔不僅削弱了器壁，而且在開孔接管附近區(qū)域會(huì)產(chǎn)生很高的峰值應(yīng)力。接管與殼體的連接大多為角焊縫，焊透性差，探傷也困難。所以接管與殼體連接焊縫的質(zhì)量對(duì)于確保容器安全運(yùn)行是致關(guān)重要的。按接管與殼體的連接方式不同，對(duì)其有不同的要求。常見的為插入式連接結(jié)構(gòu)。插入式結(jié)構(gòu)：如圖3-3，3-4，3-5所示。插入式接管與殼體的連接要求：1.接管與殼體之間的間隙應(yīng)≤3mm；2.在下列使用條件下，接管內(nèi)徑邊角處應(yīng)倒圓，圓角半徑取R=δnt/4或R=19mm兩者中的較小值。①承受疲勞載荷的壓力容器；②低溫壓力容器；③鋼材的標(biāo)準(zhǔn)常溫抗拉強(qiáng)度σb≥540MPa的容器。插入式結(jié)構(gòu)分類：1.平齊式和內(nèi)伸式。圖3-3中(b)、(d)、(e)，圖3-4中(a)、(b)、(d)，圖3-5中(b)、(c)所示結(jié)構(gòu)，接管端與主體內(nèi)表面平齊，稱為(chēnɡwéi)平齊插入式接管。其余圖中所示接管端伸入主體內(nèi)表面稱為(chēnɡwéi)內(nèi)伸插入式接管。精品資料2.插入式接管按其補(bǔ)強(qiáng)形式又分為無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈的接管結(jié)構(gòu)和帶補(bǔ)強(qiáng)圈的接管結(jié)構(gòu)。①無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈的接管焊接結(jié)構(gòu)接管與殼體間連續(xù)焊縫按其是否熔透，又分為非全熔透的T型接頭和全熔透的T型接頭。其中非全熔透的焊縫，不適用于有急劇溫度梯度的場(chǎng)合。無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈的接管焊接結(jié)構(gòu)可分單面坡口焊縫形式和雙面坡口焊縫形式。單面坡口焊縫形式適用于直徑(zhíjìng)≤500或不能直接進(jìn)入內(nèi)部焊接的容器，壁厚約在6~20mm之間，操作壓力P≤1.6MPa。雙面焊接的容器直徑(zhíjìng)必須大于500mm。精品資料圖3-3無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈、非全熔透焊縫(hànfénɡ)的T型接頭K≥δnt/2且不小于6mm,K≥δnt/2且不小于6mm,K≥δnt/2且不小于6mm,S=2/3δntS=2/3δntS1=δntb=3mm,R=6~10精品資料圖3-4無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈，全熔透焊縫(hànfénɡ)的T型接頭精品資料②有補(bǔ)強(qiáng)圈的接管焊接結(jié)構(gòu)有補(bǔ)強(qiáng)圈接管與殼體的連接如圖3-5所示。這些結(jié)構(gòu)不適用于有急劇溫度梯度的場(chǎng)合。要求(yāoqiú)補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體緊密貼合，并應(yīng)有M10的訊號(hào)孔。圖3-5有補(bǔ)強(qiáng)圈的T型接頭(jiētóu)精品資料3.3接管(jiēguǎn)與法蘭的焊接接頭鋼制法蘭與接管(jiēguǎn)的連接，有角接和對(duì)接兩種，如圖3-6所示。角接結(jié)構(gòu)主要用于工作壓力≤2.5MPa的容器，對(duì)接一般用于較高工作壓力容器。鋁、銅制容器，主要采用活套法蘭如圖3-7所示。圖3-6接管與法蘭的焊接接頭(jiētóu)圖3-7活塞法蘭結(jié)構(gòu)精品資料3.4管板與筒體及管子的焊接接頭1)管板與筒體的焊接接頭換熱器的型式?jīng)Q定了管板與筒體的連接形式。固定管板換熱器的管板與筒體的連接，當(dāng)無(wú)人孔時(shí)，采用一端或兩端單面焊形式。①管板兼作法蘭時(shí)與筒體的連接如圖3-8所示。(a)為不焊透單面焊接接頭，只適用于筒體壁厚δ≤12mm,工作壓力Ps≤1MPa的場(chǎng)合，不能用于易燃、易爆、易揮發(fā)及有毒介質(zhì)的場(chǎng)合。對(duì)于Ps≥1MPa的容器可選用(xuǎnyòng)帶襯環(huán)或帶鎖口的接頭形式，其中(b)、(c)結(jié)構(gòu)可用于Ps≤4MPa；(d)、(e)結(jié)構(gòu)可用于Ps>4MPa。②管板不兼作法蘭時(shí)與筒體的連接可采用圖3—9所示結(jié)構(gòu)，其中(a)、(b)結(jié)構(gòu)宜用于Ps≤4MPa的場(chǎng)合，(c)、(d)、(e)結(jié)宜用于Ps≥6.4MPa的場(chǎng)合。精品資料

圖3-8管板兼作法(zuòfǎ)蘭時(shí)與筒體的連接精品資料

圖3-9管板不兼作法(zuòfǎ)蘭時(shí)與筒體的連接結(jié)構(gòu)精品資料2、管板與管子的焊接接頭管子與管板的連接，在管殼式換熱器的設(shè)計(jì)中，是一個(gè)比較重要的結(jié)構(gòu)部分。它不僅加工量大，而且必須使每一個(gè)連接處在設(shè)備的運(yùn)行中，保證介質(zhì)無(wú)泄漏且具有承受介質(zhì)壓力的能力。管板與管子的連接形式有:（1）強(qiáng)度脹接，（2）強(qiáng)度焊接，（3）脹焊并用形式。（1）脹接形式貼脹主要是為消除(xiāochú)換熱管與管孔之間縫隙的輕度脹接；強(qiáng)度脹是指管板與換熱管連接處的密封和抗拉強(qiáng)度均由脹接來(lái)保證的連接。它適用于設(shè)計(jì)壓力小于等于4PMa，設(shè)計(jì)溫度小于等于300℃，操作中無(wú)劇烈的振動(dòng)，無(wú)過(guò)大的溫度變化及無(wú)明顯的應(yīng)力腐蝕的場(chǎng)合。精品資料（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(qiáng)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，補(bǔ)焊、拆卸都比脹管方便，應(yīng)用較廣泛。通常稱強(qiáng)度焊，若管子僅高處管板1mm，焊角高度可以小于1.4倍的管子壁厚，但一般不宜(bùyí)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(qiáng)度，典型結(jié)構(gòu)如圖3—10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(shí)減少流體進(jìn)管口時(shí)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(chǎng)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(shí)，常采用(d)結(jié)構(gòu)。圖3-10管板與管子的焊接(hànjiē)形式精品資料優(yōu)點(diǎn)(yōudiǎn)：（1）強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)。（2）修理、更換方便。另外：焊縫高度應(yīng)≥1.4x管子壁厚缺點(diǎn)(quēdiǎn)：（1）焊接殘余應(yīng)力可能導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕和疲勞破壞。（2）間隙腐蝕問(wèn)題。精品資料（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(wú)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(dāng)溫度升到300-400℃以上時(shí)，蠕變?cè)斐擅浗託堄鄳?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。對(duì)于密封要求較高的場(chǎng)合，或承受振動(dòng)，疲勞載荷的場(chǎng)合，及有間隙腐蝕和采用復(fù)合管板的場(chǎng)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(shí)產(chǎn)生裂紋。但脹管殘留的潤(rùn)滑油易在焊接過(guò)程中產(chǎn)生氣孔，嚴(yán)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(duì)焊后脹接時(shí)的脹管位置要求較高，必須保10~15mm的范圍內(nèi)不進(jìn)行脹接，否則損壞(sǔnhuài)焊縫。在脹焊結(jié)合結(jié)構(gòu)中，常用的是強(qiáng)度脹加密封焊，如圖3-11，和強(qiáng)度焊加貼脹如圖3-12。前者用脹接來(lái)承受作用力，用密封焊保證密封性，而后者是用焊接來(lái)承受作用力，用貼脹來(lái)消除管子與管板之同的間隙。精品資料圖3-11強(qiáng)度(qiángdù)脹加密封焊圖3-12強(qiáng)度(qiángdù)焊