管壳式换热器中拉杆与管板连接形式探讨

[ 字号: ] [ 关闭 ] 2008-11-23 17:33:35 来自网络 作者:admin 浏览次数: 发表评论

关键词:换热器

换热器广泛应用于化工、医药、农药、食品等工业领域中,其中管壳式换热器最为普遍。而管壳式换热器主要有壳程筒体、管程筒体、封头、管板和换热管等五大件组成,为强化传热效果往往在壳程筒体内设置折流板,而拉杆是折流板定位不可或缺的元件。其中,拉杆又是通过固定到管板中的方法来确保其连接可靠性的。通常情况下,拉杆与管板的连接是在管板的壳程侧钻螺纹盲孔或无螺纹盲孔,在换热管与管板采用胀接时,管板较厚,从而管板中拉杆孔的深度较易保证。但是,当换热管与管板采用焊接时,若管壳程设计压力又较低时,按GB151[1]设计管板较薄(往往< 30 mm),在管板上开设符合 GB151 规定尺寸的拉杆孔就成为不可能,这是在设计制药行业所用换热器时普遍存在的问题。为此,笔者对通过拉杆与管板常规连接形式的分析,提出了拉杆与管板连接形式的改进设计,这种改进的设计在实际应用中得到了满意的效果。

   2 拉杆与管板常规连接形式的分析

   拉杆与管板连接的常规形式有两种:螺纹连接和焊接,这两种连接形式也是 GB151 所规定的形式。采用此两种形式时,必须要保证螺纹和光孔的深度,否则不能保证换热器在运行过程中拉杆与管板连接的可靠性。拉杆一旦从管板上脱落,折流板也就可能在壳程筒体内作轴向窜动,从而恶化传热效果,甚至破坏换热管。而要保证标准规定的尺寸则有时又必须增加管板设计厚度,管板厚度的增加又改变了管板和管束的受力状况,甚至有时必须在壳程增加膨胀节才能协调管壳程的受力,这样不论从材料角度还是从制造角度都明显增加了成本和难度。

   由于管板设计厚度不能满足螺纹连接要求,设计者在设计时往往采取以下解决方法:将所采用的螺纹连接方式改为焊接、缩短螺纹孔螺纹长度和螺纹孔非螺纹部分长度等形式。笔者认为这两种方法都不正确,原因在于:

      (1)与标准规定不符;

      (2)当由螺纹改为焊接时,因拉杆直径未改变,焊脚大于定距管直径而影响定距管的装配;

      (3)当缩短连接尺存时,将直接影响拉杆与管板连接的寿命,特别是在壳程腐蚀较严重时,更不可取;

       (4)当同时缩短非螺纹部分的长度和螺纹长度时,实际最后获得的有效螺纹长度更短,同样也不可取。

       图 1、图 2 和表 1 为文献[1]规定的连接形式和尺寸以及按照加工工艺要求[2]应保证的相应最小管板厚度。

         

表 2 是一常见的固定管板式换热器的设计参数和设计结果,本设计用(SW6-1998)完成。

            

    3 拉杆与管板连接形式的改进

     针对上述问题,曾有人采取了如图 3 和图 4 的结构,此两种结构确实解决了可能钻穿管板和拉杆与管板连接不可靠性的缺点,但对制造方法提出了更高的要求,而其收到效果并没得到相应的提高。

          

     为此,笔者采取了如图 5 和图 6 的连接形式,即在管板上钻通孔,拉杆与管板焊接,焊接在管程侧,视具体情况焊接可采用填角焊或塞焊形式。当拉杆材质与管板材质相同时,宜采用填角焊;当拉杆材质与管板材质不同时,宜采用塞焊。当壳程不存在间隙腐蚀时,拉杆孔径最大可为 dn+1 mm。当壳程有间隙腐蚀或易振动时,拉杆孔可加工成锥孔或较紧配合的圆柱孔,以尽可能消除间隙。

     此结构的优点在于:(1)适用范围广,既适用于厚管板又适用于薄管板;(2)既适用于带定距管的场合,也适用于不带定距管的场合;(3)加工方便,不必担心管板被钻穿,也省去了攻丝的麻烦;(4)装配方便,不必担心定距管定位不好,使折流板受力不均;(5)检验方便,可以很方便地在壳程做压力试验时对焊接质量进行检验,重要场合也可很容易完成表面无损检测。此结构被推荐给某制造厂后深得欢迎,并在多台设备上使用。

         

 



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