與其他形式的不銹鋼換熱器相比，不銹鋼管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(bu)銹(xiu)鋼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)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)方法主要(yao)有機械脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)、液壓脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)、橡(xiang)膠(jiao)脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)和爆(bao)炸脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)。機械脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的加工過(guo)程(cheng)是：脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)器內的滾(gun)(gun)珠在(zai)換(huan)熱管(guan)(guan)內壁周向旋(xuan)轉(zhuan)，碾壓管(guan)(guan)子內壁，使不銹(xiu)鋼換(huan)熱管(guan)(guan)因塑性變(bian)形而膨脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)，達到消(xiao)除縫(feng)隙的目的，示(shi)意圖如圖4-2所示(shi)。機械脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的結構簡單(dan)，易于制造。機械脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的缺點是: ①. 在(zai)整(zheng)(zheng)個脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)長(chang)度(du)內，各處脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)的程(cheng)度(du)不一樣；②. 反(fan)復滾(gun)(gun)壓使換(huan)熱管(guan)(guan)橫截面上的殘余應(ying)力不同，增(zeng)加了應(ying)力腐蝕的可能性；③. 脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)扭矩難(nan)控(kong)制，當管(guan)(guan)板厚度(du)較大時，很(hen)難(nan)在(zai)整(zheng)(zheng)個長(chang)度(du)范圍脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)緊，難(nan)以完全消(xiao)除縫(feng)隙；④. 對于雙管(guan)(guan)板的固(gu)定式(shi)管(guan)(guan)殼換(huan)熱器，要(yao)考慮換(huan)熱管(guan)(guan)因滾(gun)(gun)壓脹(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)而產生(sheng)的長(chang)度(du)變(bian)化；⑤. 對管(guan)(guan)子有損傷(shang)。

  爆炸(zha)(zha)脹接是(shi)通過不銹鋼換熱(re)管內(nei)炸(zha)(zha)藥的爆炸(zha)(zha)產生(sheng)的沖(chong)擊力(li)使管板和換熱(re)管貼合，示意圖(tu)如圖(tu)4-3所(suo)示。該方(fang)法(fa)的優點(dian)是(shi)：工(gong)藝簡單；可(ke)多根脹管同(tong)時加工(gong)，效率(lv)高；管子受力(li)比較均勻，消除(chu)縫隙的效果較好。然而，該方(fang)法(fa)在操作過程(cheng)中具有一定的危險性，脹接過程(cheng)不易控制。同(tong)時，爆炸(zha)(zha)脹接需要特定的場地。

  橡膠脹(zhang)接(jie)是利(li)用(yong)橡膠受軸向壓(ya)縮產生(sheng)(sheng)的徑(jing)向壓(ya)力，使換熱管發生(sheng)(sheng)塑性變形(xing)，其工(gong)作(zuo)示意圖(tu)如圖(tu)4-4所示。橡膠脹(zhang)接(jie)產生(sheng)(sheng)的脹(zhang)接(jie)壓(ya)力比較柔和，換熱管受力均勻。

  液壓(ya)(ya)脹接(jie)以操作簡(jian)單、脹接(jie)殘余(yu)應力(li)小(xiao)等(deng)優點(dian)而(er)成為(wei)目前(qian)應用最為(wei)廣泛的(de)(de)(de)脹接(jie)方法。該(gai)方法是通過液壓(ya)(ya)脹頭(tou)在(zai)(zai)(zai)(zai)均勻脹接(jie)力(li)的(de)(de)(de)作用下使換熱(re)管變(bian)形，在(zai)(zai)(zai)(zai)脹接(jie)力(li)的(de)(de)(de)作用下換熱(re)管發生(sheng)塑性變(bian)形，管板主要發生(sheng)彈性變(bian)形。隨著換熱(re)管向外(wai)變(bian)形量的(de)(de)(de)增大，在(zai)(zai)(zai)(zai)接(jie)觸(chu)到管板之后(hou)繼續(xu)增大脹接(jie)壓(ya)(ya)力(li)，一直到預設(she)的(de)(de)(de)數值。此時(shi)，管板在(zai)(zai)(zai)(zai)換熱(re)管的(de)(de)(de)擠壓(ya)(ya)下產生(sheng)變(bian)形。當脹接(jie)力(li)去除后(hou)，換熱(re)管和管板都(dou)會發生(sheng)一定(ding)量的(de)(de)(de)回(hui)彈，但(dan)是管板的(de)(de)(de)回(hui)彈量較小(xiao)，使得兩者(zhe)即使在(zai)(zai)(zai)(zai)回(hui)彈后(hou)依然保持緊密貼合。液壓(ya)(ya)脹接(jie)示意圖如圖4-5所示。

  脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)壓力(li)(li)極大地影響著接(jie)(jie)(jie)(jie)頭連接(jie)(jie)(jie)(jie)強(qiang)度，其值(zhi)一(yi)般通(tong)過(guo)換熱管(guan)(guan)(guan)外壁和(he)(he)管(guan)(guan)(guan)板孔(kong)表(biao)面之間的(de)(de)殘余(yu)(yu)(yu)接(jie)(jie)(jie)(jie)觸應(ying)力(li)(li)來確(que)定(ding)(ding)。液壓脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)另一(yi)優點是可(ke)以通(tong)過(guo)理(li)(li)論(lun)分(fen)析來控制脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)強(qiang)度，因(yin)此，研究人員(yuan)可(ke)以通(tong)過(guo)建立理(li)(li)論(lun)公(gong)式(shi)(shi)來確(que)定(ding)(ding)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)壓力(li)(li)和(he)(he)殘余(yu)(yu)(yu)接(jie)(jie)(jie)(jie)觸應(ying)力(li)(li)的(de)(de)數值(zhi)。假(jia)設換熱管(guan)(guan)(guan)和(he)(he)管(guan)(guan)(guan)板同為(wei)理(li)(li)想彈塑性材料(liao)，Krips等(deng)首次給出(chu)了液壓脹(zhang)(zhang)(zhang)管(guan)(guan)(guan)殘余(yu)(yu)(yu)接(jie)(jie)(jie)(jie)觸壓力(li)(li)理(li)(li)論(lun)解。Yokell把管(guan)(guan)(guan)板當成無限壁厚的(de)(de)圓筒(tong)，給出(chu)了更為(wei)簡單(dan)的(de)(de)計(ji)算(suan)公(gong)式(shi)(shi)。Allam等(deng)在公(gong)式(shi)(shi)中考慮了管(guan)(guan)(guan)板材料(liao)的(de)(de)應(ying)變強(qiang)化特(te)性。文(wen)獻中，作者(zhe)根(gen)據材料(liao)的(de)(de)冪(mi)強(qiang)化特(te)性，給出(chu)了更為(wei)完(wan)善(shan)的(de)(de)脹(zhang)(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)(jie)壓力(li)(li)和(he)(he)殘余(yu)(yu)(yu)接(jie)(jie)(jie)(jie)觸應(ying)力(li)(li)計(ji)算(suan)公(gong)式(shi)(shi)，由于公(gong)式(shi)(shi)比較(jiao)復雜，使得(de)該式(shi)(shi)在工程實(shi)際應(ying)用中受(shou)到一(yi)定(ding)(ding)的(de)(de)限制。

  通過(guo)理論公式(shi)可(ke)以(yi)很容(rong)易獲得(de)制造時所需(xu)的(de)(de)(de)(de)液壓(ya)(ya)(ya)脹接(jie)(jie)壓(ya)(ya)(ya)力值。但是(shi)，理論公式(shi)中(zhong)考慮的(de)(de)(de)(de)因素較少，與實際相(xiang)比存(cun)在一定偏差。數(shu)值模擬技術(shu)的(de)(de)(de)(de)應(ying)用，大(da)大(da)彌補了(le)(le)理論計算的(de)(de)(de)(de)缺陷。有(you)限元模擬已成(cheng)為研(yan)究脹接(jie)(jie)性能的(de)(de)(de)(de)重要方(fang)法，而且模擬結果常用來(lai)驗證(zheng)或修(xiu)正理論公式(shi)。Merah采(cai)用3-D有(you)限元模擬研(yan)究了(le)(le)初始(shi)徑向間(jian)隙(xi)和材料的(de)(de)(de)(de)應(ying)變強(qiang)化(hua)對(dui)(dui)(dui)連(lian)接(jie)(jie)強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)影響，指出對(dui)(dui)(dui)于高應(ying)變強(qiang)化(hua)材料殘余(yu)接(jie)(jie)觸應(ying)力隨間(jian)隙(xi)的(de)(de)(de)(de)增加而線性減小。Wang等采(cai)用有(you)限元方(fang)法，先后研(yan)究了(le)(le)管板上開槽的(de)(de)(de)(de)幾(ji)何尺(chi)寸、操作壓(ya)(ya)(ya)力以(yi)及操作溫度(du)(du)對(dui)(dui)(dui)連(lian)接(jie)(jie)強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)影響。Huang等在考慮間(jian)隙(xi)材料應(ying)變強(qiang)化(hua)的(de)(de)(de)(de)基礎上，推(tui)導出脹接(jie)(jie)壓(ya)(ya)(ya)力和殘余(yu)接(jie)(jie)觸壓(ya)(ya)(ya)力計算公式(shi)，并通過(guo)數(shu)值分析對(dui)(dui)(dui)公式(shi)的(de)(de)(de)(de)計算結果進(jin)行了(le)(le)驗證(zheng)。

  脹(zhang)接(jie)壓力(li)的(de)(de)大小受(shou)不(bu)銹鋼(gang)(gang)換熱(re)(re)管(guan)和(he)(he)管(guan)板(ban)的(de)(de)材料(liao)性能(neng)、脹(zhang)接(jie)強度、不(bu)銹鋼(gang)(gang)換熱(re)(re)管(guan)和(he)(he)管(guan)板(ban)孔尺寸(cun)及它們的(de)(de)偏差(cha)、表面粗(cu)糙度等因素的(de)(de)影響。浙江至德鋼(gang)(gang)業有(you)限公(gong)司通過理(li)論計(ji)算(suan)和(he)(he)有(you)限元分析，研究奧(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)換熱(re)(re)管(guan)與管(guan)板(ban)孔連接(jie)時(shi)尺寸(cun)偏差(cha)對(dui)(dui)脹(zhang)接(jie)壓力(li)的(de)(de)影響，根據計(ji)算(suan)結果對(dui)(dui)原有(you)脹(zhang)接(jie)壓力(li)計(ji)算(suan)公(gong)式進行修正(zheng)，使其更(geng)加適(shi)合工程實際。