與其他形式的不銹鋼換熱器相比，不(bu)銹鋼管(guan)殼式換熱器具有制造較簡單、換熱效率穩定、成本較低等特點，在高溫高壓環境中也可以使用，被廣泛應用于石油煉制、石油化工、煤化工、鹽化工、冶金、核能等工業領域，其結構如圖4-1(a)所示。固定管板式換熱器技術設計和制造工藝比較成熟，但在實際生產中，管子和管板連接處泄漏的現象較常見。不銹鋼換(huan)熱管與管板之間一般采用焊接、脹接或者兩者結合的連接方式，脹接的目的是消除兩者之間的縫隙。脹接＋焊接后的管板如圖4-1(b)所示。

  脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)方法(fa)主要有機(ji)械(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)、液(ye)壓脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)、橡膠脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)和爆炸(zha)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)。機(ji)械(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)的(de)(de)加(jia)工過程是(shi)：脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)器內的(de)(de)滾珠在(zai)(zai)換(huan)熱(re)管(guan)內壁(bi)(bi)周向旋(xuan)轉，碾壓管(guan)子(zi)內壁(bi)(bi)，使不銹鋼換(huan)熱(re)管(guan)因塑性變形(xing)而膨脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)，達到消(xiao)除(chu)縫(feng)隙的(de)(de)目的(de)(de)，示意圖(tu)如圖(tu)4-2所(suo)示。機(ji)械(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)的(de)(de)結構簡單，易于制(zhi)造。機(ji)械(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)的(de)(de)缺點是(shi): ①. 在(zai)(zai)整個脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)長(chang)度(du)內，各(ge)處脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)的(de)(de)程度(du)不一樣；②. 反復滾壓使換(huan)熱(re)管(guan)橫截面上(shang)的(de)(de)殘余應(ying)力不同，增加(jia)了應(ying)力腐蝕的(de)(de)可能性；③. 脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)扭(niu)矩難控(kong)制(zhi)，當管(guan)板厚度(du)較大時(shi)，很(hen)難在(zai)(zai)整個長(chang)度(du)范圍脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)緊，難以完全消(xiao)除(chu)縫(feng)隙；④. 對于雙管(guan)板的(de)(de)固定式管(guan)殼換(huan)熱(re)器，要考慮換(huan)熱(re)管(guan)因滾壓脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)而產生的(de)(de)長(chang)度(du)變化；⑤. 對管(guan)子(zi)有損傷。

  爆炸(zha)脹接是通過不銹(xiu)鋼換熱管(guan)內炸(zha)藥的(de)(de)爆炸(zha)產生的(de)(de)沖(chong)擊力(li)使管(guan)板和換熱管(guan)貼合，示意(yi)圖如圖4-3所示。該方法的(de)(de)優點(dian)是：工(gong)藝簡單；可(ke)多根(gen)脹管(guan)同(tong)時加(jia)工(gong)，效(xiao)率高；管(guan)子(zi)受(shou)力(li)比(bi)較(jiao)均勻，消除(chu)縫隙的(de)(de)效(xiao)果較(jiao)好。然(ran)而，該方法在操作過程(cheng)中具有一定的(de)(de)危險(xian)性，脹接過程(cheng)不易控制(zhi)。同(tong)時，爆炸(zha)脹接需要特定的(de)(de)場地。

  橡(xiang)(xiang)膠(jiao)脹接是利用橡(xiang)(xiang)膠(jiao)受軸向(xiang)壓縮(suo)產生(sheng)(sheng)的徑向(xiang)壓力，使換熱管發生(sheng)(sheng)塑(su)性變形，其工作示意圖(tu)如圖(tu)4-4所(suo)示。橡(xiang)(xiang)膠(jiao)脹接產生(sheng)(sheng)的脹接壓力比(bi)較柔和(he)，換熱管受力均勻(yun)。

  液壓(ya)脹(zhang)接(jie)以操作簡(jian)單、脹(zhang)接(jie)殘(can)余應(ying)力(li)小等優點而成為目前應(ying)用最為廣泛(fan)的脹(zhang)接(jie)方(fang)法。該方(fang)法是通過液壓(ya)脹(zhang)頭在均勻脹(zhang)接(jie)力(li)的作用下使換(huan)(huan)熱管(guan)變(bian)形(xing)(xing)，在脹(zhang)接(jie)力(li)的作用下換(huan)(huan)熱管(guan)發(fa)(fa)(fa)生(sheng)(sheng)塑性變(bian)形(xing)(xing)，管(guan)板(ban)主要發(fa)(fa)(fa)生(sheng)(sheng)彈性變(bian)形(xing)(xing)。隨著換(huan)(huan)熱管(guan)向外變(bian)形(xing)(xing)量的增(zeng)大，在接(jie)觸到管(guan)板(ban)之后(hou)繼(ji)續增(zeng)大脹(zhang)接(jie)壓(ya)力(li)，一直到預設的數(shu)值。此時，管(guan)板(ban)在換(huan)(huan)熱管(guan)的擠壓(ya)下產生(sheng)(sheng)變(bian)形(xing)(xing)。當(dang)脹(zhang)接(jie)力(li)去除(chu)后(hou)，換(huan)(huan)熱管(guan)和管(guan)板(ban)都會(hui)發(fa)(fa)(fa)生(sheng)(sheng)一定(ding)量的回(hui)(hui)彈，但(dan)是管(guan)板(ban)的回(hui)(hui)彈量較小，使得兩者即(ji)使在回(hui)(hui)彈后(hou)依然(ran)保持緊密貼合(he)。液壓(ya)脹(zhang)接(jie)示意(yi)圖如圖4-5所示。

  脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)壓力(li)(li)極(ji)大地影響著(zhu)接(jie)頭連接(jie)強(qiang)度(du)，其(qi)值(zhi)一(yi)般通(tong)(tong)過(guo)換熱(re)管(guan)外壁和(he)管(guan)板(ban)孔表面(mian)之間的(de)(de)(de)殘(can)(can)余接(jie)觸應(ying)力(li)(li)來確定(ding)。液壓脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)的(de)(de)(de)另一(yi)優點是(shi)可以(yi)通(tong)(tong)過(guo)理(li)論分析來控制脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)強(qiang)度(du)，因此(ci)，研究(jiu)人員(yuan)可以(yi)通(tong)(tong)過(guo)建(jian)立理(li)論公(gong)式(shi)(shi)(shi)來確定(ding)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)壓力(li)(li)和(he)殘(can)(can)余接(jie)觸應(ying)力(li)(li)的(de)(de)(de)數值(zhi)。假設(she)換熱(re)管(guan)和(he)管(guan)板(ban)同為(wei)理(li)想(xiang)彈塑性(xing)(xing)(xing)材料(liao)，Krips等首次給(gei)出了液壓脹(zhang)(zhang)(zhang)管(guan)殘(can)(can)余接(jie)觸壓力(li)(li)理(li)論解(jie)。Yokell把管(guan)板(ban)當成(cheng)無(wu)限壁厚的(de)(de)(de)圓筒(tong)，給(gei)出了更為(wei)簡(jian)單的(de)(de)(de)計算公(gong)式(shi)(shi)(shi)。Allam等在公(gong)式(shi)(shi)(shi)中(zhong)考(kao)慮了管(guan)板(ban)材料(liao)的(de)(de)(de)應(ying)變強(qiang)化(hua)特(te)性(xing)(xing)(xing)。文獻中(zhong)，作者根據材料(liao)的(de)(de)(de)冪強(qiang)化(hua)特(te)性(xing)(xing)(xing)，給(gei)出了更為(wei)完善(shan)的(de)(de)(de)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)壓力(li)(li)和(he)殘(can)(can)余接(jie)觸應(ying)力(li)(li)計算公(gong)式(shi)(shi)(shi)，由于公(gong)式(shi)(shi)(shi)比較復雜(za)，使(shi)得該(gai)式(shi)(shi)(shi)在工程實際應(ying)用中(zhong)受到一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)限制。

  通過理論(lun)公(gong)式(shi)(shi)(shi)可(ke)以(yi)很容易獲得制造時所(suo)需的(de)液(ye)壓(ya)脹(zhang)接壓(ya)力(li)值(zhi)(zhi)。但是，理論(lun)公(gong)式(shi)(shi)(shi)中考慮(lv)的(de)因(yin)素較少(shao)，與實際相比存在(zai)一定偏(pian)差(cha)。數值(zhi)(zhi)模(mo)擬(ni)(ni)技術的(de)應(ying)用(yong)，大(da)大(da)彌補了理論(lun)計(ji)算的(de)缺陷。有限(xian)(xian)元模(mo)擬(ni)(ni)已成為研(yan)究(jiu)脹(zhang)接性能的(de)重要方法(fa)，而(er)且模(mo)擬(ni)(ni)結果常用(yong)來驗(yan)證(zheng)或修正理論(lun)公(gong)式(shi)(shi)(shi)。Merah采用(yong)3-D有限(xian)(xian)元模(mo)擬(ni)(ni)研(yan)究(jiu)了初始徑(jing)向間隙和(he)材(cai)(cai)料(liao)的(de)應(ying)變(bian)強化(hua)(hua)對(dui)(dui)連(lian)接強度(du)(du)的(de)影響，指出(chu)對(dui)(dui)于高應(ying)變(bian)強化(hua)(hua)材(cai)(cai)料(liao)殘余(yu)接觸應(ying)力(li)隨間隙的(de)增(zeng)加而(er)線性減(jian)小(xiao)。Wang等(deng)采用(yong)有限(xian)(xian)元方法(fa)，先后研(yan)究(jiu)了管板上開槽的(de)幾何(he)尺寸(cun)、操作(zuo)壓(ya)力(li)以(yi)及(ji)操作(zuo)溫度(du)(du)對(dui)(dui)連(lian)接強度(du)(du)的(de)影響。Huang等(deng)在(zai)考慮(lv)間隙材(cai)(cai)料(liao)應(ying)變(bian)強化(hua)(hua)的(de)基礎上，推(tui)導出(chu)脹(zhang)接壓(ya)力(li)和(he)殘余(yu)接觸壓(ya)力(li)計(ji)算公(gong)式(shi)(shi)(shi)，并(bing)通過數值(zhi)(zhi)分析對(dui)(dui)公(gong)式(shi)(shi)(shi)的(de)計(ji)算結果進行(xing)了驗(yan)證(zheng)。

  脹接(jie)壓力(li)(li)的(de)(de)大小(xiao)受(shou)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼換(huan)熱(re)管(guan)和管(guan)板(ban)的(de)(de)材(cai)料(liao)性能、脹接(jie)強度、不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼換(huan)熱(re)管(guan)和管(guan)板(ban)孔(kong)尺寸及(ji)它們的(de)(de)偏差(cha)、表面粗糙度等因(yin)素的(de)(de)影(ying)響。浙(zhe)江至德鋼業有(you)限(xian)公(gong)司通(tong)過(guo)理論計算和有(you)限(xian)元分析，研究奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼換(huan)熱(re)管(guan)與管(guan)板(ban)孔(kong)連接(jie)時尺寸偏差(cha)對脹接(jie)壓力(li)(li)的(de)(de)影(ying)響，根據計算結(jie)果(guo)對原有(you)脹接(jie)壓力(li)(li)計算公(gong)式進行修正(zheng)，使其更加適合工程實(shi)際。