废热锅炉换热管和管板连接方式研究.pdf

第9期 废热锅炉换热管与管板连接方式研究 李云福 ，陶昌勤 ，秦宗川 ，李腾蛟 (1．合肥通用机械研究院，安徽 合肥 230031) (2．合肥通用特种材料设备有限公司，安徽 合肥 230011) [摘 要]本文对新型高效废热锅炉研制中换热管与管板的连接方式进行 了研究，目的是得出用于新型高效废热锅炉换热管与 热端管板连接的最佳方式，避免或减少换热管与热端管板连接处发生失效，确保研制的新型高效废热锅炉安全可靠稳定长周 期运行。 [关键词]废热锅炉；换热管；管板；焊接；胀接；接头；连接方式 废热锅炉是热交换设备的一类，因其用途而 体温度高很多，两者受管板约束的膨胀差产生的 得名 。结构型式分为烟道 (水管)式和管壳 (火 应力通过接头也将作用于管板上 。因此为确保废 管)式。管壳式较烟道式结构紧凑、传热效率 锅运行的安全可靠，避免发生失效，管板本身的 高、外型尺寸小、耐火材料用量少、清灰方便、 设计和接头的设计都极为重要 。 一 次性投资少 。在我国，管壳式废热锅炉属压力 废锅管板的结构设计分为刚性和柔性两种 。 容器行业，烟道式废热锅炉属锅炉行业 。 刚性管板完全依靠 自身强度承受高温、高压、温 新 型 高 效 废 热 锅 炉 是 高 温 过 程 气 差等多种载荷 ，因此管板必须具有足够厚度才能 (1000～1300℃)余热和硫资源 回收设备 ，主要 满足刚性及强度要求 。在管板刚性的限制下，较 应用于石油、化工、钢铁、冶金等领域，结构型 大的压力载荷、温差载荷等都将作用于接头，使 式为管壳式。运行时管程高温烟气的部分热量通 接头承受的应力水平大大提高，大量实践经验证 过换热管传递给壳程 的水介质，使壳程部分饱和 明，废锅失效的案例多发生在接头。从承受温差 水沸腾产生蒸汽；同时在水循环作用下，壳程水介 应力载荷上看，在满足压力载荷的前提下，管板 质不断得到补充并带走沸腾产生的蒸汽，从而使废 厚度应越薄越好，利用管板变形协调来适应 由温 热锅炉持续稳定地工作。换热管、管板、壳体是废 差引起的换热管的伸缩，能使接头的应力水平大 热锅炉的三大核心部件，管板又是加工制造周期最 大减小。由于柔性薄管板的变形协调理念 ，能很 长、生产过程最复杂的部件 ，而换热管与管板的连 好地解决管板承受温差应力的难题，同时利用拉 接是制约废热锅炉制造质量的关键。本文针对新型 撑结构又能很好地承受高压载荷 的作用，因此柔 高效管壳式废热锅炉 (以下简称废锅)的换热管与 性薄管板在废锅设计上得 以逐步应用。 热端管板连接方式进行分析研究。 刚性管板按GB l50．1～150．4—2011 《压力容 l废锅热端管板及接头的受力分析 器》和GB 151—1999 《管壳式换热器》进行设计和 计算，管板厚度较厚，依靠管板 自身强度和刚性 管板作为废锅三大核心部件之一，既要承受 承受载荷，管板及接头应力水平较高。柔性薄管 高温、高压及温差载荷 ，又要承受换热管作用于 板按JB4732．1995 《钢制压力容器一分析设计标 管板的载荷 ，工作条件极其苛刻。由于管板材料 准》进行分析设计和应力评定，管板厚度较薄， 使用温度的限制，为降低热端管板金属的温度，