專利名稱：換熱管與管板的連接結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及壓力容器(鋼制)中管殼式換熱器的制造技術(shù)，尤其是一種將換熱管、管板連接在一起的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
管殼式換熱器設(shè)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(chǎn)生泄漏，則兩種(介質(zhì))流體會滲漏在一起，引發(fā)事故；有足夠的抗拉脫力，否則在溫差應(yīng)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?，F(xiàn)有的管殼式換熱器換熱管與管板現(xiàn)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(nèi)的管子端部和管板孔脹大， 使管子達到塑性變形，管板孔發(fā)生彈性變形，管板彈性恢復(fù)力將管子與管板牢固地結(jié)合在一起，達到既密封又能抗拉脫力兩個目的，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。脹接的加工過程較為復(fù)雜， 并且管板長期在溫差應(yīng)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(chǎn)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(yōu)點是管板孔內(nèi)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(qū))，在間隙內(nèi)流體沒有流動，容易產(chǎn)生電化腐蝕，當(dāng)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(jié)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(yīng)采用脹焊并用法，焊接部位的結(jié)構(gòu)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(lǐng)域技術(shù)人員在生產(chǎn)實施過程中還逐步對脹焊并用法進行了改進，例如中國發(fā)明專利201010197217. 8，一種雙管板換熱器設(shè)備的焊制工藝中公開的脹焊并用法，采用這種結(jié)構(gòu)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(chǎn)生的腐蝕和應(yīng)力腐蝕，所以使用壽命比單純脹接或焊接長得多。當(dāng)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(shè)備結(jié)構(gòu)原因不能在設(shè)備上設(shè)置膨脹節(jié)時，上述的連接結(jié)構(gòu)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(shè)計制造的難題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供不同于常規(guī)連接的另一種換熱管與管板的連接結(jié)構(gòu)， 用于解決管殼式換熱器設(shè)備中在管板兩端的介質(zhì)相同且壓力基本相等，壓力差只是由于流經(jīng)管道而產(chǎn)生的阻力降，其阻力降很小，大約在0. 2MPa以內(nèi)；管板兩端允許有微量泄漏情況的使用工況下，并且由于設(shè)備結(jié)構(gòu)原因不能在設(shè)備上設(shè)置膨脹節(jié)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。1、 一種換熱管與管板的連接結(jié)構(gòu)，包括管板和換熱管，其特征在于在管板上的換熱管孔內(nèi)壁有一段環(huán)形密封槽和一段內(nèi)螺紋，其中內(nèi)螺紋比環(huán)形密封槽離換熱管口的位置近，環(huán)形密封槽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,內(nèi)螺紋的長度大于等于20mm ；在換熱管位于換熱管孔內(nèi)段上套有“0”型密封環(huán)，“0”型密封環(huán)放在環(huán)形密封槽內(nèi)與環(huán)形密封槽和換熱管配合，本連接結(jié)構(gòu)還包括一個螺紋堵頭，螺紋堵頭外壁有與管板上的管孔內(nèi)螺紋相配合的螺紋，螺紋堵頭內(nèi)部有一中空的孔，孔的內(nèi)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，螺紋堵頭的材料硬度比管板低。本實用新型的附加技術(shù)方案如下優(yōu)選地，環(huán)形密封槽的寬度比“0”型密封環(huán)的外徑大3mm以上。本實用新型的有益效果是該連接結(jié)構(gòu)用螺紋堵頭和“0”型密封環(huán)配合的連接結(jié)構(gòu)連接換熱管和管板，由于螺紋堵頭可以最后安裝，使得環(huán)形密封槽加工和“0”型密封環(huán)組裝過程變得更為方便，保證加工和裝配精度，可以保證換熱管和管板的良好密封性能，解決了單獨采用“0”型密封環(huán)無法達到密封要求的問題，并且換熱管的熱膨脹量不會影響管板和換熱管的連接。

本實用新型將通過例子并參照附圖的方式說明，其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)中脹接結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)中焊接結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3是現(xiàn)有技術(shù)中脹焊并用法連接結(jié)構(gòu)的示意圖。圖4是采用本發(fā)明方法一個具體實施例中換熱管與管板連接的部分示意圖。
具體實施方式
本實用新型的具體實施例1，換熱管與管板的連接結(jié)構(gòu)，如圖4所示，主體由管板 1、換熱管2、螺紋堵頭5、“0”型密封環(huán)4組合而成，在管板1上的換熱管孔內(nèi)壁有一段環(huán)形密封槽和一段內(nèi)螺紋，其中內(nèi)螺紋距離換熱管口(亦即管板端面)的位置比環(huán)形密封槽距換熱管口的位置近，在換熱管2位于換熱管孔內(nèi)段上套有“0”型密封環(huán)4，“0”型密封環(huán)4與環(huán)形密封槽和換熱管配合，本連接結(jié)構(gòu)還包括一個螺紋堵頭5，螺紋堵頭5外壁有與管板上的管孔內(nèi)螺紋相配合的螺紋，螺紋堵頭內(nèi)部有一中空的孔，孔的內(nèi)壁與換熱管2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。以下將結(jié)合組合氨冷器中換熱管板的具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進行闡述選取管板，管板1的材料要求管板材料主要由設(shè)備的使用條件(包括設(shè)計溫度、 設(shè)計壓力、介質(zhì)特性和操作特點)、材料的焊接性能、制造工藝的可行性以及經(jīng)濟合理性等因素來確定。用于組合氨冷器的介質(zhì)為殼程出塔氣、管程循環(huán)氣；管板兩端介質(zhì)操作溫度熱端為38°C，冷端為-6°C;管板兩端的設(shè)計溫度均為-20 66°C;管板兩端的操作壓力均為14. IMPa,管板兩端的設(shè)計壓力均為15. 5MP，而該管板的設(shè)計壓力按0. 25MPa的壓差確定；所選管板材料為16MnDIV，鍛件的化學(xué)成分和機械性能應(yīng)符合JB4727《低溫壓力容器用低合金鋼鍛件》中的規(guī)定。管板1的厚度要求管板厚度按照設(shè)備的使用工況進行強度計算確定需要的厚度，以及在管板上管孔需要加工的環(huán)形密封槽和內(nèi)螺紋連接結(jié)構(gòu)確定的連接長度(即需要的結(jié)構(gòu)厚度)，取其上述二者厚度之和作為管板的最終厚度，本例中管板厚度為75mm。在管板1上加工換熱管孔，管板1的換熱管孔排列形式按照GB151中要求換熱管的排列方式有正三角形、正方形、轉(zhuǎn)角正三角形、轉(zhuǎn)角正方形四種排列方式；本例中的排
管方式為正三角形，換熱管孔為267-Φ 19. 25 :5，換熱管規(guī)格Φ 19 X 2，管板鉆孔后(終
鉆側(cè))》96%的允許孔橋?qū)挾缺仨?gt; 19. 75mm,允許的最小孔橋?qū)挾?彡4%的孔橋數(shù))為 10. 48mm。管板1的換熱管孔要求為減小介質(zhì)的流動，對管板管孔的大小及公差要求根據(jù)換熱管規(guī)格按照GB151中規(guī)定進行確定。環(huán)形密封槽的要求槽的外徑按照“0”型密封環(huán)的規(guī)格進行選取，其槽的直徑比 “0”型密封環(huán)略大。本例中的孔為(3^8. 7 + °_°5°，“0”型密封環(huán)的外徑(3^8.65 + °1, “0”型密封環(huán)的內(nèi)徑為Φ 18.65 + °1,比換熱管外徑略??；槽的寬度比“0”型密封環(huán)大3mm，槽在管孔的位置按照實驗結(jié)果確定好螺紋長度后確定。管板1與螺紋堵頭5裝配之間預(yù)留一定的間隙，主要是為了保證換熱管由于熱膨脹而需要的空間長度尺寸，因為換熱管和換熱器殼體的材質(zhì)不一樣，在操作工況下其熱膨脹量也不一樣，在換熱器中常采用在殼程筒體上加膨脹節(jié)的方法，而組合氨冷器工藝的特殊性不能采用在殼程筒體上加膨脹節(jié)的方法，此間隙就是為換熱管的熱膨脹預(yù)留的空間，組合氨冷器預(yù)留熱膨脹長度為4mm，即在安裝完成后，螺紋堵頭5的臺階的內(nèi)側(cè)面與換熱管開口端部之間的距離為4mm。管板1的換熱管內(nèi)螺紋孔要求內(nèi)螺紋孔的長度是換熱管和管板密封效果的重要因數(shù)之一，本例中內(nèi)螺紋長度為22mm。螺紋尺寸公差按GB/T196-2003，公差按 GB/197-2003。換熱管2的要求選取按照高精度級冷拔管，不允許拼接，要求逐根進行超探及水壓試驗，換熱管外徑及壁厚偏差按GB151及換熱管材料標(biāo)準(zhǔn)兩者的嚴(yán)者進行控制，為保證管板和管子的密封性，管子的內(nèi)外表面必須光滑、光亮平直，不允許彎曲現(xiàn)象存在，不能有壓痕、麻點、裂紋、折疊、結(jié)疤、分層、拉傷和凹凸等影響穿管的任何缺陷存在，內(nèi)外表面的氧化皮必須清除干凈。用于組合氨冷器的換熱管的管內(nèi)流動介質(zhì)為循環(huán)氣、管外流動介質(zhì)為出塔氣，介質(zhì)溫度為-6 38°C，所選換熱管為材料20鋼，鋼管材料標(biāo)準(zhǔn)必須符合材料標(biāo)準(zhǔn) GB6479-2000。螺紋堵頭5的材料的硬度必須比管板低，本例中用于組合氨冷器的螺紋堵頭材料為 16Mn?！?”型密封環(huán)4的材質(zhì)必須滿足介質(zhì)特性(溫度、壓力、腐蝕性)，外形尺寸、材質(zhì)及性能指標(biāo)按照“GB-1235-76”標(biāo)準(zhǔn)進行選材。用于組合氨冷器的“0”型密封環(huán)4的材質(zhì)為氟橡膠，其膠料組別為111-1。本例中選取的螺紋堵頭5與換熱管孔配合螺紋長度大于22mm，經(jīng)過試驗證明，可以達到無泄漏的效果。本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。本實用新型并不局限于前述的具體實施方式
。本實用新型擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權(quán)利要求1.一種換熱管與管板的連接結(jié)構(gòu)，包括管板和換熱管，其特征在于在管板上的換熱管孔內(nèi)壁有一段環(huán)形密封槽和一段內(nèi)螺紋，其中內(nèi)螺紋比環(huán)形密封槽離換熱管口的位置近，環(huán)形密封槽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,內(nèi)螺紋的長度大于等于20mm ；在換熱管位于換熱管孔內(nèi)段上套有“0”型密封環(huán)，“0”型密封環(huán)放在環(huán)形密封槽內(nèi)與環(huán)形密封槽和換熱管配合，本連接結(jié)構(gòu)還包括一個螺紋堵頭，螺紋堵頭外壁有與管板上的管孔內(nèi)螺紋相配合的螺紋，螺紋堵頭內(nèi)部有一中空的孔，孔的內(nèi)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，螺紋堵頭的材料硬度比管板低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管與管板的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于環(huán)形密封槽的寬度比“0”型密封環(huán)的外徑大3mm以上。
專利摘要本實用新型公開了一種換熱管與管板的連接結(jié)構(gòu)，包括管板和換熱管，其特征在于在管板上的換熱管孔內(nèi)壁有一段環(huán)形密封槽和一段內(nèi)螺紋，其中內(nèi)螺紋距離換熱管口的位置比環(huán)形密封槽距換熱管口的位置近，在換熱管位于換熱管孔內(nèi)段上套有“O”型密封環(huán)，“O”型密封環(huán)放在環(huán)形密封槽內(nèi)與環(huán)形密封槽和換熱管配合，本連接結(jié)構(gòu)還包括一個螺紋堵頭，螺紋堵頭外壁有與管板上的管孔內(nèi)螺紋相配合的螺紋，螺紋堵頭內(nèi)部有一中空的孔，孔的內(nèi)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，螺紋堵頭的材料硬度比管板低。本實用新型的連接結(jié)構(gòu)在換熱管的熱膨脹量不會影響管板和換熱管的連接情況下具有良好密封性能。
文檔編號F28F9/26GK202057236SQ201120155330
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者張澤順, 梅奇, 秦國安 申請人:四川藍星機械有限公司