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(gang)換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)接(jie)方法主(zhu)要有機械脹(zhang)(zhang)接(jie)、液壓(ya)脹(zhang)(zhang)接(jie)、橡(xiang)膠脹(zhang)(zhang)接(jie)和爆炸脹(zhang)(zhang)接(jie)。機械脹(zhang)(zhang)接(jie)的(de)(de)(de)加工(gong)過(guo)程是：脹(zhang)(zhang)接(jie)器(qi)內的(de)(de)(de)滾珠在(zai)換(huan)熱(re)管(guan)內壁(bi)周向旋轉，碾壓(ya)管(guan)子(zi)內壁(bi)，使不(bu)銹鋼換(huan)熱(re)管(guan)因(yin)(yin)塑性(xing)變(bian)形而(er)膨脹(zhang)(zhang)，達到消(xiao)除縫(feng)隙(xi)的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)，示意(yi)圖如圖4-2所示。機械脹(zhang)(zhang)接(jie)的(de)(de)(de)結(jie)構簡單，易于制(zhi)造。機械脹(zhang)(zhang)接(jie)的(de)(de)(de)缺(que)點是: ①. 在(zai)整個脹(zhang)(zhang)接(jie)長度內，各處脹(zhang)(zhang)接(jie)的(de)(de)(de)程度不(bu)一樣(yang)；②. 反復(fu)滾壓(ya)使換(huan)熱(re)管(guan)橫(heng)截(jie)面上的(de)(de)(de)殘余(yu)應力不(bu)同，增加了應力腐蝕(shi)的(de)(de)(de)可能性(xing)；③. 脹(zhang)(zhang)接(jie)扭矩難(nan)控制(zhi)，當管(guan)板厚度較大時，很難(nan)在(zai)整個長度范圍脹(zhang)(zhang)緊(jin)，難(nan)以完(wan)全消(xiao)除縫(feng)隙(xi)；④. 對于雙管(guan)板的(de)(de)(de)固定式管(guan)殼換(huan)熱(re)器(qi)，要考慮換(huan)熱(re)管(guan)因(yin)(yin)滾壓(ya)脹(zhang)(zhang)接(jie)而(er)產生的(de)(de)(de)長度變(bian)化；⑤. 對管(guan)子(zi)有損(sun)傷。

  爆(bao)炸(zha)脹接是(shi)通過不(bu)(bu)銹鋼(gang)換(huan)熱管(guan)(guan)內炸(zha)藥的(de)爆(bao)炸(zha)產(chan)生的(de)沖擊(ji)力(li)使管(guan)(guan)板和換(huan)熱管(guan)(guan)貼合，示意圖如圖4-3所示。該方法的(de)優點是(shi)：工(gong)藝簡單；可多(duo)根脹管(guan)(guan)同時加工(gong)，效率高；管(guan)(guan)子受力(li)比較均勻，消除(chu)縫隙(xi)的(de)效果(guo)較好。然而，該方法在操作過程中具(ju)有一定的(de)危險性，脹接過程不(bu)(bu)易控制。同時，爆(bao)炸(zha)脹接需要特定的(de)場地(di)。

  橡(xiang)膠(jiao)脹接(jie)(jie)是利用(yong)橡(xiang)膠(jiao)受(shou)(shou)軸(zhou)向壓縮產生(sheng)的(de)徑向壓力，使換(huan)熱管發生(sheng)塑性變形，其(qi)工作示意圖如圖4-4所示。橡(xiang)膠(jiao)脹接(jie)(jie)產生(sheng)的(de)脹接(jie)(jie)壓力比較柔和，換(huan)熱管受(shou)(shou)力均勻。

  液(ye)(ye)壓脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)以(yi)操作(zuo)簡單、脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)殘(can)余應力(li)小(xiao)等(deng)優點而成為目前(qian)應用(yong)最(zui)為廣泛的(de)(de)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)方(fang)法(fa)。該方(fang)法(fa)是(shi)通(tong)過液(ye)(ye)壓脹(zhang)(zhang)(zhang)頭在均勻脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)力(li)的(de)(de)作(zuo)用(yong)下使(shi)換(huan)(huan)熱(re)管(guan)變形(xing)，在脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)力(li)的(de)(de)作(zuo)用(yong)下換(huan)(huan)熱(re)管(guan)發(fa)生塑性變形(xing)，管(guan)板(ban)主(zhu)要發(fa)生彈(dan)(dan)(dan)性變形(xing)。隨著換(huan)(huan)熱(re)管(guan)向(xiang)外變形(xing)量的(de)(de)增大，在接(jie)(jie)(jie)觸到管(guan)板(ban)之后繼續增大脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓力(li)，一(yi)直(zhi)到預(yu)設(she)的(de)(de)數值。此時，管(guan)板(ban)在換(huan)(huan)熱(re)管(guan)的(de)(de)擠壓下產(chan)生變形(xing)。當脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)力(li)去(qu)除后，換(huan)(huan)熱(re)管(guan)和管(guan)板(ban)都會發(fa)生一(yi)定量的(de)(de)回彈(dan)(dan)(dan)，但是(shi)管(guan)板(ban)的(de)(de)回彈(dan)(dan)(dan)量較小(xiao)，使(shi)得兩者即使(shi)在回彈(dan)(dan)(dan)后依然保持緊密貼合。液(ye)(ye)壓脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)示(shi)意圖(tu)如圖(tu)4-5所示(shi)。

  脹(zhang)(zhang)接壓(ya)(ya)力(li)極大地影(ying)響著接頭連(lian)接強(qiang)度(du)，其值一般通過(guo)換熱(re)管外(wai)壁和(he)(he)(he)(he)管板孔表面之間的(de)(de)(de)(de)(de)殘(can)余(yu)接觸(chu)應(ying)(ying)力(li)來(lai)確(que)(que)定。液壓(ya)(ya)脹(zhang)(zhang)接的(de)(de)(de)(de)(de)另一優點是可以通過(guo)理(li)(li)論(lun)分析來(lai)控制(zhi)脹(zhang)(zhang)接強(qiang)度(du)，因此(ci)，研究(jiu)人員可以通過(guo)建(jian)立理(li)(li)論(lun)公(gong)式(shi)(shi)來(lai)確(que)(que)定脹(zhang)(zhang)接壓(ya)(ya)力(li)和(he)(he)(he)(he)殘(can)余(yu)接觸(chu)應(ying)(ying)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)數值。假設換熱(re)管和(he)(he)(he)(he)管板同為理(li)(li)想彈(dan)塑(su)性材(cai)料，Krips等首次給出(chu)了(le)液壓(ya)(ya)脹(zhang)(zhang)管殘(can)余(yu)接觸(chu)壓(ya)(ya)力(li)理(li)(li)論(lun)解。Yokell把管板當成無限壁厚的(de)(de)(de)(de)(de)圓筒，給出(chu)了(le)更為簡單的(de)(de)(de)(de)(de)計(ji)算公(gong)式(shi)(shi)。Allam等在(zai)公(gong)式(shi)(shi)中考慮了(le)管板材(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)變(bian)強(qiang)化特(te)性。文獻中，作者根(gen)據材(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)冪強(qiang)化特(te)性，給出(chu)了(le)更為完善的(de)(de)(de)(de)(de)脹(zhang)(zhang)接壓(ya)(ya)力(li)和(he)(he)(he)(he)殘(can)余(yu)接觸(chu)應(ying)(ying)力(li)計(ji)算公(gong)式(shi)(shi)，由(you)于(yu)公(gong)式(shi)(shi)比較復雜，使得該式(shi)(shi)在(zai)工程(cheng)實際應(ying)(ying)用中受到一定的(de)(de)(de)(de)(de)限制(zhi)。

  通過理論(lun)(lun)公(gong)式可(ke)以很容易(yi)獲得(de)制造時所需的液壓(ya)脹接(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)值(zhi)。但(dan)是，理論(lun)(lun)公(gong)式中(zhong)考(kao)慮的因素較少，與(yu)實際相比存在一定偏差。數值(zhi)模(mo)(mo)擬技術的應(ying)(ying)(ying)用，大大彌補了(le)理論(lun)(lun)計(ji)算的缺陷。有限元模(mo)(mo)擬已成為研究脹接(jie)(jie)(jie)性(xing)能的重要方法(fa)，而且模(mo)(mo)擬結果(guo)常用來驗證或(huo)修正理論(lun)(lun)公(gong)式。Merah采用3-D有限元模(mo)(mo)擬研究了(le)初始徑向間(jian)隙和材料(liao)的應(ying)(ying)(ying)變(bian)強(qiang)化(hua)對(dui)連(lian)(lian)接(jie)(jie)(jie)強(qiang)度(du)(du)的影響，指出對(dui)于高應(ying)(ying)(ying)變(bian)強(qiang)化(hua)材料(liao)殘余(yu)接(jie)(jie)(jie)觸應(ying)(ying)(ying)力(li)隨間(jian)隙的增加而線性(xing)減小。Wang等(deng)采用有限元方法(fa)，先后研究了(le)管板上開(kai)槽(cao)的幾何尺寸、操作壓(ya)力(li)以及操作溫度(du)(du)對(dui)連(lian)(lian)接(jie)(jie)(jie)強(qiang)度(du)(du)的影響。Huang等(deng)在考(kao)慮間(jian)隙材料(liao)應(ying)(ying)(ying)變(bian)強(qiang)化(hua)的基礎(chu)上，推導出脹接(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)和殘余(yu)接(jie)(jie)(jie)觸壓(ya)力(li)計(ji)算公(gong)式，并通過數值(zhi)分析對(dui)公(gong)式的計(ji)算結果(guo)進行了(le)驗證。

  脹(zhang)接壓力的大小(xiao)受不(bu)銹鋼(gang)換熱管和管板的材料性能、脹(zhang)接強度、不(bu)銹鋼(gang)換熱管和管板孔(kong)尺(chi)寸(cun)及它們的偏差(cha)、表(biao)面粗糙度等因素的影響(xiang)。浙江至德鋼(gang)業有限公司通過理(li)論計(ji)算和有限元分析，研(yan)究奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)換熱管與管板孔(kong)連接時尺(chi)寸(cun)偏差(cha)對(dui)脹(zhang)接壓力的影響(xiang)，根據(ju)計(ji)算結果對(dui)原有脹(zhang)接壓力計(ji)算公式(shi)進行修正，使其(qi)更(geng)加適(shi)合工程實際。