论插入式和安放式外伸接管的优缺点

论插入式和安放式外伸接管的优缺点

王 敏

阿法拉伐（江阴）设备制造有限公司 无锡 214000

摘要：板式换热器外伸接管与框架板焊接存在两种形式，分别是安放式和插入式。本文从结构、计算、焊接及装配工艺、成本方面进行讨论，对比板式换热器插入式和安放式两种外伸接管的优缺点，以指导生产实际中外伸接管形式的选用。

关键词：板式换热器；外伸接管；插入式；安放式；

0 引言

根据国际与国内行业标准，接管与壳体连接方式主要分为插入式，嵌入式，安放式三种形式。板式换热器由于承压要求不高，因此通常采用插入式或者安放式的结构。在实际生产中，作为一名设计人员，必须清楚两种外伸接管各自的优缺点，以针对不同的订单及设备，采用不同的接管形式，为客户提供更优质、更经济的产品。本文从结构、计算、焊接及装配工艺、成本方面进行讨论，对比板式换热器插入式和安放式两种外伸接管的优缺点，以指导生产实际中外伸接管形式的选用。

2 插入式与安放式接管定义

插入式接管顾名思义就是将接管插入设备，接管一端在设备外，一端在设备内或者与设备内壁平齐。同理，安放式就是将接管放在设备安放在设备外壁上，接管两端都在设备以外。如图2，样是是Φ114.3×12.7的接管，伸出设备外100mm。未保证装配与实际流通截面积，插入式接管开孔直径约需Φ117；安放式接管开孔直径为Φ88.9。插入式外伸接管长度需125mm；安放式外伸接管长度需100 mm。

图2 插入式与安放式接管结构

3 插入式与安放式接管优缺点

3.1 结构方面

阿法拉伐标准板式换热器基本都是在框架板上安装螺栓与客户端管道法兰直接连接。但是由于客户现场操作环境限制或者其它因素，某些客户也会要求定制化的外伸接管形式。

从新产品开发的角度看，安放式接管可以直接采用标准非外伸接管的框架板尺寸，同一块框架板可以实现在接管和非外伸接管两种选项中自由切换。而插入式接管则需要改变框架板开孔尺寸，无法实现与非外伸接管框架板自由切换。

3.2 计算方面

按照ASME BPVC.VIII.1-2019附录46规定，只有安放式接管形式可采用该附录给定的方法进行计算^【2】。根据实际计算，阿法拉伐某新产品采用安放式接管设计，通过附录46方法得出的框架板厚度比采用插入式接管，通过常规计算方法得出的框架板厚度减薄率约10%。

3.3 焊接及装配工艺方面

3.3.1插入式接管的特点

插入式接管与框架板组对方便，尤其对于板式换热器外伸接管需要加衬里的情况，接管插入框架板内，可避免因接管与框架板组对缺陷造成错边，影响衬里安装。

插入式接管需在框架板内外侧各焊接一道角焊缝，焊接残余应力高，对于一些框架板较薄的情况，容易引起框架板变形翘曲，严重的会导致框架板无法压紧板片，换热器成品在水压试验时出现泄漏。

对T35及以上的大型号产品，单个框架板重量可达2吨以上，由于插入式接管需要焊接内外两道焊缝，则需要借用大型起吊设备对框架板进行翻转，并且需要专门的焊接操作平台放置框架板组件。在实际操作过程中，操作十分不便，不仅影响生产效率，还会带来安全隐患。

3.3.2 安放式接管的特点

安放式接管只需要焊接一道焊缝，不需要翻转框架板，但接管与框架板组对和焊接难度大。安放式接管与框架板组对时，需要专用工装对齐焊接面。由于安放式接管与框架板角接接头为全焊透结构，因此需要焊接经验丰富的焊工进行操作，以防产生未焊透的缺陷。

GB150.3规定，采用安放式结构时，壳体开孔处的钢板表面应无分层现象^【3】。为满足这一要求，通常需要原材料板出厂前做超声检测，并标记在材质证明书中。对于阿法拉伐板式换热器常用框架板材料SA-516 Gr.70钢板，市面上绝大多数现货板材质证明书中均满足超声检测要求，因此不需要专门订货，所以此要求对实际生产无影响。

安放式焊接接管焊接完成后，一般会采用焊后镗孔的方式来保证焊缝处的平整。阿法拉伐板式换热器外伸接管会内衬与板片材质相符的薄层金属衬里，为了设备在使用过程中，薄层金属衬里不会变形失效，需要使衬里与外伸接管内壁贴合紧密，这就需要外伸接管在焊接完成后需要将内壁焊缝余高打磨平整。为避免焊缝余高对衬里安装地影响，减少浪费在余高打磨上浪费的工时，我们设计了一种焊接坡口形式（见图3），在接管和框架板焊端内侧加工2mm深的沟槽，避免焊缝余高凸出接管内壁。设计计算时，需要将槽深考虑在内，以确保开槽后的接管及接头强度满足规范要求。

图3 安放式接管焊接坡口-开槽

3.4 生产成本方面

1.安放式接管可采用应力分析的方法进行计算，相同型号、压力的框架板采用应力分析算得的设计厚度较传统计算方法所得的设计厚度约小10%。形状相同的框架板，厚度越厚，所需采购成本越大。采用安放式接管，可节省框架板原材料采购成本。

2.如本文图2所示，同样的外伸长度，采用安放式接管，所需接管材料长度比插入式接管短一个框架版的厚度。因此采用安放式接管，可节省接管采购成本。

3.采用安放式接管，不需要翻转框架板，避免了大型起吊设备的使用，节约了生产工时。且采用图3的坡口形式焊接省去了镗孔和坡口打磨的费用。

据对大型号T45板式换热器框架板组件的调研结果显示，按当前市场价格，采用插入式接管的成品框架板总价比采用安放式接管的框架板贵8%左右。因此就价格方面来讲，安放式接管比插入式接管也有着较大的优势。

4 结论

本文通过对板式换热器外伸接管框架板设计、制造等环节的分析，论证了插入式外伸接管和安放式外伸接管各自的优缺点。由于安放式外伸接管无论是在制造工艺方面还是成本方面都有较大的优势，因此除客户特殊要求或者受实际生产条件限制的情况外，设计人员应优先选用安放式外伸接管，以实现设备轻量化，节约资源，为客户节省成本。

参考文献

[1]郑津洋,董其伍,桑芝富.过程设备设计[M].北京:化学工业出版社,2010,6.

[2] ASME BPVC.VIII.1-2019, ASME Boiler and Pressure Vessel Code[S]

[3]GB 150.1~150.4,压力容器[S]

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