[發明專利]換熱管與管板的連接結構及連接方法

有效

• 申請號: 201110125812.5
• 申請日: 2011-05-16
• 公開（公告）號: CN102305572A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 秦國安;張澤順;梅奇;羅曉成;李華;梁洪明;曾興亮;張繼云;汪益均
• 申請（專利權）人: 四川藍星機械有限公司
• 主分類號: F28F9/26
• 分類號: F28F9/26;B23P11/00
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 王蕓

技術領域

本發明涉及壓力容器（鋼制）中管殼式換熱器的制造技術，尤其是一種將換熱管、管板連接在一起的結構和方法。

背景技術

管殼式換熱器設計及制造中，管子與管板間的連接是十分重要的。對連接的一般要求是：密封性好，如果在連接處產生泄漏，則兩種（介質）流體會滲漏在一起，引發事故；有足夠的抗拉脫力，否則在溫差應力和管程與殼程壓差的作用下，會將管子與管板的連接拉脫，或者將換熱管拉斷裂。

現有的管殼式換熱器換熱管與管板現有的連接方式有脹接、焊接、脹焊并用。

脹接是用脹管器或者通過爆炸脹管，將穿入管板孔內的管子端部和管板孔脹大，使管子達到塑性變形，管板孔發生彈性變形，管板彈性恢復力將管子與管板牢固地結合在一起，達到既密封又能抗拉脫力兩個目的，其結構如圖1所示。脹接的加工過程較為復雜，并且管板長期在溫差應力和管程與殼程壓差的作用下工作，脹口容易失效，在連接處產生縫隙或拉脫。

焊接法就是把換熱管直接焊在管板上，如圖2所示。焊接法的優點是：管板孔內不開槽，所以制造較簡單；連接可靠，高溫下仍能保持密封性；焊接對管板起一定的加強作用。其缺點是：管子與管板間存在一定的間隙（形成死區），在間隙內流體沒有流動，容易產生電化腐蝕，當兩端管子采用焊接的情況下，如果熱膨脹量大，且因為工藝原因又不能采用膨脹節進行熱補償，則很容易將管板和管子拉脫或者將管子拉斷。

在高溫高壓下或有間隙腐蝕的場合、密封性能要求較高的場合、承受震動、疲勞載荷等工作場合的換熱器，由于管端工作條件惡劣，為了獲得更好的連接效果，在連接換熱管與管板時應采用脹焊并用法，焊接部位的結構如圖3所示，包括管板1、換熱管2和膨脹段3，換熱管的端部與管板1焊接在一起。本領域技術人員在生產實施過程中還逐步對脹焊并用法進行了改進,例如中國發明專利201010197217.8，一種雙管板換熱器設備的焊制工藝中公開的脹焊并用法，采用這種結構和方法連接的管板能夠提高管子與管板接頭的抗疲勞性能，消除間隙產生的腐蝕和應力腐蝕，所以使用壽命比單純脹接或焊接長得多。

當需要保證管板和換熱管不受換熱管的熱膨脹量影響并且由于設備結構原因不能在設備上設置膨脹節時，上述的連接結構和方法就不再適用了。?因此，在不允許進行焊接和脹接的特定工藝條件下的管子和管板的連接，就成為管殼式換熱器設計制造的難題。

發明內容

本發明的目的是提供不同于常規連接的另一種換熱管與管板的連接結構和連接方法，用于解決管殼式換熱器設備中在管板兩端的介質相同且壓力基本相等，壓力差只是由于流經管道而產生的阻力降，其阻力降很小，大約在0.2MPa以內；管板兩端允許有微量泄漏情況的使用工況下，并且由于設備結構原因不能在設備上設置膨脹節時，不允許采用脹接或者焊接的方法來連接管殼式換熱器的管板和換熱管以保證管板和換熱管不受換熱管的熱膨脹量影響。

本發明的技術方案如下：

一種換熱管與管板的連接結構，包括管板和換熱管，其特征在于：在管板上的換熱管孔內壁有一段環形密封槽和一段內螺紋，其中內螺紋距離換熱管口（亦即管板端面）的位置比環形密封槽距換熱管口的位置近，在換熱管位于換熱管孔內段上套有“O”型密封環，“O”型密封環放在環形密封槽內與環形密封槽和換熱管配合；本連接結構還包括一個螺紋堵頭，螺紋堵頭外壁有與管板上的管孔內螺紋相配合的螺紋，螺紋堵頭內部有一中空的孔，孔的內壁與換熱管外壁配合，并且在孔中有一個收縮的臺階，該臺階和換熱管口之間留有間隙，此間隙是為了保證換熱管自由膨脹所需要的空間，螺紋堵頭的材料硬度比管板低。

一種換熱管與管板的連接方法，包括如下步驟：

A.????對管板進行加工，管板面應與換熱管軸線垂直，并在管板上加工換熱管孔；

B.????在換熱管孔中加工環形密封槽，該槽上距離管板開口最近的端面與管板開口之間的距離大于20?mm，并且槽的寬度比“O”型密封環的外徑大3mm以上；

C.????在換熱管孔中加工內螺紋，內螺紋的長度大于等于20mm；

D.????選取換熱管，換熱管為高精度級冷拔管，且不允許拼接，要求換熱管應逐根進行超探及水壓試驗，對管子的內外表面進行處理，使管子內、外表面光滑、平直，清理內外表面的氧化皮；

E.????將換熱管穿入換熱管孔，并在穿入段上套裝“O”型密封環，將螺紋堵頭套在換熱管外，旋轉裝入管板上的換熱管孔中。

優選地，在B步驟前增加試壓步驟，確定換熱管孔內螺紋和螺紋堵頭的最小長度，包括如下步驟：