换热管与管板焊接接头的设计

案例一：曾经遇到一台高压U型管换热器，管程压力高，温差大，换热管与管板焊接接头采用如下的结构形式

2017年3月11日大修，第一次故障：

2018年初大修：第二次故障：

2018年7月初，第三次故障：

均是换热管与管板的焊接接头开裂。

案例二：某立式固定管板换热器管壳程直径3500mm，管程压力3.5MPa，壳程压力0.7MPa，管程设计温度350℃，壳程设计温度300℃，换热管长度9m，材料均为碳钢，在使用过程中出现换热管与管板焊接接头开裂泄漏。换热管与管板焊缝详图如上所示，通过应力分析计算，在管程压力和自重作用下管板变形见下图：泄漏的位置就在管板外边缘凸起变形的位置。在温差应力的作用下变形会更大。

分析：GB/T151-2014《热交换器》中给出了常用的换热管与管板焊接接头形式，其中的强度焊接如下：

为了保证焊接的连接强度，标准要求焊脚高度L值要不低于换热管壁厚，某技术文件中规定如下，要求焊缝厚度r值不能低于换热管壁厚，这个规定与焊缝受力是一致的。但这个焊缝的厚度能否保证压力和温差应力满足强度要求，就需要进行计算了。

标准中对拉脱力的评定如下：看图可知，标准仅对A线的剪切进行了评定，但没有对B线进行评定，B线往往成了薄弱的盲区，按照标准进行计算通过，但B线却不合格，一样存在安全隐患。这就是应力分析和理论计算的区别。

为了满足强度计算的要求，我们对上述接头进行了完善，PD5500标准很友好，请看下图，加大了D值，加大了W值，这是为什么呢？就不用我再说了。

改进的接头如下，通过计算和实际的应用，一直没出现问题，应用良好