與其他形式的不銹鋼換熱器相比，不(bu)銹(xiu)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。不銹鋼換熱管(guan)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)(jie)(jie)方法主(zhu)要有(you)機(ji)械(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)、液壓脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)、橡(xiang)膠脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)和爆炸脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)。機(ji)械(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)加工過程是：脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)器內(nei)(nei)的(de)(de)滾(gun)珠在換熱(re)(re)管(guan)(guan)內(nei)(nei)壁周向旋轉(zhuan)，碾壓管(guan)(guan)子內(nei)(nei)壁，使(shi)不銹(xiu)鋼換熱(re)(re)管(guan)(guan)因塑性(xing)變(bian)形而膨(peng)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)，達到消除縫隙的(de)(de)目的(de)(de)，示(shi)意(yi)圖(tu)如圖(tu)4-2所示(shi)。機(ji)械(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)結(jie)構簡(jian)單，易于制造。機(ji)械(xie)(xie)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)缺點是: ①. 在整個脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)長度(du)內(nei)(nei)，各(ge)處脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)程度(du)不一樣；②. 反復滾(gun)壓使(shi)換熱(re)(re)管(guan)(guan)橫截面上的(de)(de)殘(can)余應力不同，增加了(le)應力腐蝕的(de)(de)可(ke)能(neng)性(xing)；③. 脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)扭矩難控(kong)制，當管(guan)(guan)板厚度(du)較大(da)時，很難在整個長度(du)范圍脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)緊，難以完全消除縫隙；④. 對(dui)于雙管(guan)(guan)板的(de)(de)固定(ding)式管(guan)(guan)殼換熱(re)(re)器，要考慮(lv)換熱(re)(re)管(guan)(guan)因滾(gun)壓脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)而產生的(de)(de)長度(du)變(bian)化；⑤. 對(dui)管(guan)(guan)子有(you)損傷。

  爆(bao)(bao)炸脹(zhang)接是通過不銹(xiu)鋼(gang)換熱管內炸藥(yao)的(de)爆(bao)(bao)炸產生的(de)沖擊(ji)力使管板(ban)和(he)換熱管貼合，示(shi)意(yi)圖如(ru)圖4-3所示(shi)。該(gai)方(fang)法的(de)優點是：工藝(yi)簡單；可多根脹(zhang)管同時加工，效(xiao)率高；管子(zi)受力比(bi)較均勻，消除縫隙的(de)效(xiao)果較好(hao)。然而，該(gai)方(fang)法在操(cao)作(zuo)過程中(zhong)具有一定的(de)危險性，脹(zhang)接過程不易控制。同時，爆(bao)(bao)炸脹(zhang)接需要(yao)特定的(de)場地。

  橡膠(jiao)脹接是利用(yong)橡膠(jiao)受(shou)軸向壓縮(suo)產生的徑向壓力(li)，使換(huan)熱(re)管發生塑性變形(xing)，其工作示意圖如圖4-4所示。橡膠(jiao)脹接產生的脹接壓力(li)比較(jiao)柔和(he)，換(huan)熱(re)管受(shou)力(li)均勻。

  液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)以操作簡單、脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)殘余應(ying)(ying)力小(xiao)等優點而成為目前應(ying)(ying)用最為廣泛的(de)(de)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)方法。該方法是(shi)通過液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)頭(tou)在(zai)均勻脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)力的(de)(de)作用下(xia)使換(huan)熱管(guan)(guan)變形(xing)，在(zai)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)力的(de)(de)作用下(xia)換(huan)熱管(guan)(guan)發生(sheng)塑性變形(xing)，管(guan)(guan)板(ban)(ban)主要發生(sheng)彈性變形(xing)。隨著換(huan)熱管(guan)(guan)向外變形(xing)量的(de)(de)增大(da)，在(zai)接(jie)(jie)(jie)觸到管(guan)(guan)板(ban)(ban)之后(hou)繼續增大(da)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)(ya)力，一直到預設的(de)(de)數值。此(ci)時，管(guan)(guan)板(ban)(ban)在(zai)換(huan)熱管(guan)(guan)的(de)(de)擠壓(ya)(ya)下(xia)產(chan)生(sheng)變形(xing)。當脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)力去除后(hou)，換(huan)熱管(guan)(guan)和管(guan)(guan)板(ban)(ban)都會發生(sheng)一定量的(de)(de)回(hui)彈，但是(shi)管(guan)(guan)板(ban)(ban)的(de)(de)回(hui)彈量較小(xiao)，使得兩者即使在(zai)回(hui)彈后(hou)依然保(bao)持緊密貼合(he)。液(ye)壓(ya)(ya)脹(zhang)接(jie)(jie)(jie)示意圖(tu)如(ru)圖(tu)4-5所示。

  脹接(jie)壓力(li)(li)極(ji)大地影響著接(jie)頭連(lian)接(jie)強(qiang)度(du)，其(qi)值一(yi)般(ban)通過(guo)(guo)換熱管(guan)(guan)(guan)外壁(bi)和(he)管(guan)(guan)(guan)板(ban)孔表面之間的(de)(de)殘(can)余(yu)接(jie)觸應(ying)力(li)(li)來確(que)定(ding)。液(ye)壓脹接(jie)的(de)(de)另一(yi)優點是可以通過(guo)(guo)理(li)(li)論(lun)分析來控(kong)制(zhi)脹接(jie)強(qiang)度(du)，因此，研究人(ren)員可以通過(guo)(guo)建立理(li)(li)論(lun)公(gong)式(shi)來確(que)定(ding)脹接(jie)壓力(li)(li)和(he)殘(can)余(yu)接(jie)觸應(ying)力(li)(li)的(de)(de)數值。假設換熱管(guan)(guan)(guan)和(he)管(guan)(guan)(guan)板(ban)同為(wei)理(li)(li)想彈塑性材料，Krips等首(shou)次給出了(le)液(ye)壓脹管(guan)(guan)(guan)殘(can)余(yu)接(jie)觸壓力(li)(li)理(li)(li)論(lun)解(jie)。Yokell把管(guan)(guan)(guan)板(ban)當成無限壁(bi)厚的(de)(de)圓筒，給出了(le)更為(wei)簡單的(de)(de)計算(suan)公(gong)式(shi)。Allam等在公(gong)式(shi)中(zhong)考慮了(le)管(guan)(guan)(guan)板(ban)材料的(de)(de)應(ying)變(bian)強(qiang)化(hua)特性。文獻中(zhong)，作者根(gen)據材料的(de)(de)冪強(qiang)化(hua)特性，給出了(le)更為(wei)完善(shan)的(de)(de)脹接(jie)壓力(li)(li)和(he)殘(can)余(yu)接(jie)觸應(ying)力(li)(li)計算(suan)公(gong)式(shi)，由于公(gong)式(shi)比較復雜(za)，使得(de)該(gai)式(shi)在工程實際應(ying)用(yong)中(zhong)受到(dao)一(yi)定(ding)的(de)(de)限制(zhi)。

  通過理(li)論(lun)(lun)公式可以很容易獲得(de)制造時所需的(de)(de)(de)(de)液壓脹(zhang)接壓力(li)值。但是，理(li)論(lun)(lun)公式中考(kao)慮的(de)(de)(de)(de)因素較少，與實際(ji)相比存在一定偏差。數(shu)值模(mo)(mo)擬(ni)技術的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)用(yong)，大(da)大(da)彌補了(le)理(li)論(lun)(lun)計(ji)算的(de)(de)(de)(de)缺陷(xian)。有(you)限元模(mo)(mo)擬(ni)已(yi)成(cheng)為(wei)研究(jiu)脹(zhang)接性(xing)能的(de)(de)(de)(de)重要方法(fa)，而且模(mo)(mo)擬(ni)結果(guo)常用(yong)來驗(yan)證或(huo)修正理(li)論(lun)(lun)公式。Merah采(cai)用(yong)3-D有(you)限元模(mo)(mo)擬(ni)研究(jiu)了(le)初始(shi)徑向間隙(xi)和(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)變強(qiang)化(hua)對連(lian)接強(qiang)度的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)，指出(chu)對于高(gao)應(ying)(ying)(ying)變強(qiang)化(hua)材(cai)料(liao)(liao)殘(can)余接觸應(ying)(ying)(ying)力(li)隨間隙(xi)的(de)(de)(de)(de)增加而線性(xing)減小。Wang等采(cai)用(yong)有(you)限元方法(fa)，先后研究(jiu)了(le)管板上開槽的(de)(de)(de)(de)幾何尺寸、操作壓力(li)以及操作溫度對連(lian)接強(qiang)度的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)。Huang等在考(kao)慮間隙(xi)材(cai)料(liao)(liao)應(ying)(ying)(ying)變強(qiang)化(hua)的(de)(de)(de)(de)基礎上，推導出(chu)脹(zhang)接壓力(li)和(he)(he)殘(can)余接觸壓力(li)計(ji)算公式，并(bing)通過數(shu)值分析(xi)對公式的(de)(de)(de)(de)計(ji)算結果(guo)進(jin)行(xing)了(le)驗(yan)證。

  脹接(jie)壓力的(de)(de)(de)(de)大(da)小受不銹鋼(gang)換熱管(guan)和(he)管(guan)板(ban)的(de)(de)(de)(de)材料(liao)性能、脹接(jie)強度、不銹鋼(gang)換熱管(guan)和(he)管(guan)板(ban)孔(kong)尺(chi)寸及(ji)它們的(de)(de)(de)(de)偏差、表面粗糙度等因素的(de)(de)(de)(de)影(ying)響。浙(zhe)江至德(de)鋼(gang)業有限公司(si)通過理論(lun)計算(suan)(suan)和(he)有限元分析，研(yan)究奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)換熱管(guan)與管(guan)板(ban)孔(kong)連接(jie)時尺(chi)寸偏差對脹接(jie)壓力的(de)(de)(de)(de)影(ying)響，根據(ju)計算(suan)(suan)結果對原(yuan)有脹接(jie)壓力計算(suan)(suan)公式進行修正，使其更加(jia)適合工程實際。