如何消除不銹鋼管殼式換熱器中管板與換熱管間縫隙

  不銹鋼管板式換熱器中，換熱管與管板之間的連接非常重要，一般采用脹接+焊接的方式。脹接的目的是消除不銹鋼管板和換熱管之間的縫隙。其中，脹接壓力的確定至關重要，如果脹接壓力過小，則管板與不銹鋼換熱管之間存有縫隙，使介質在縫隙內殘留，容易引起縫隙腐蝕，乃至點蝕；如果脹接壓力過大，則換熱管的殘余應力過大，加大應力腐蝕傾向。浙江至德鋼業有限公司采用理論計算和有限元數值模擬的方法，計算了液壓貼脹時所需的最小脹接壓力，分析了奧氏體不銹鋼換熱管和管板孔尺寸偏差對最小脹接壓力的影響。結果發現，由于常用的液壓脹接壓力理論計算公式沒有考慮尺寸偏差的影響，計算所獲得的脹接壓力無法保證換熱管和管板孔之間的貼合，即使把偏差值直接帶入理論計算公式，也不能得到正確的脹接壓力值。有限元分析表明，脹接壓力不但受換熱管壁厚偏差的影響，而且受換熱管外直徑偏差和管板孔直徑偏差，即初始徑向間隙的影響也較大。通過擬合有限元分析結果，提出了適合于奧氏體不銹鋼換熱管與管板孔連接的最小脹接壓力理論計算公式的修正系數。

 浙江至德鋼業有限公司采用理論公式和有限元模擬，對最小液壓脹接壓力進行計算，研究了不銹鋼換熱管和管板孔直徑的尺寸偏差對最小脹接壓力的影響，主要結論總結如下：

   ①. 考慮換熱管和管板孔直徑的尺寸偏差時，采用式（4-1)計算得到最小脹接壓力，與有限元模擬得到的最小脹接壓力相比相差甚遠，說明簡單地直接將尺寸偏差值填加到式（4-1)中的相關幾何量中，得到的結果是不正確的。

   ②. 對于奧氏體不銹鋼換熱管，管外直徑偏差和管板孔直徑偏差之差，即初始徑向間隙，對最小脹接壓力影響較大，與初始徑向間隙呈線性關系；最小脹接壓力隨換熱管壁厚偏差增大而增大，也呈線性關系。

   ③. 通過有限元模擬和對結果回歸分析，提出利用綜合偏差系數f對最小脹接壓力理論公式（4-1)進行修正；更寬范圍地選取換熱管和管板孔幾何尺寸及其偏差，進行有限元模擬，模擬結果與采用修正的式（4-10)計算得到的最小脹接壓力吻合得非常好。