永乐国际换热器管子管板胀接方法及质量控制

 

2020-04-03 20:48

  化工机械695换热器管子管板胀接方法及质量控制 (I.环境保护部核与辐射安全中心;2.中广核工程有限公司)摘要介绍了换热器管子管板胀接的多种方法、基本原理并进行比较、分析。提出了在胀接前、胀接 中与胀接后各环节有效控制质量的若干要点。 关键词 换热器 管子 中图分类号TQ051.5文献标识码A 文章编号0254—6094(2012)06-0695-05 换热器广泛应用在石油化工、电厂和核工业 工程中,类型与结构式样繁多,其中管壳式换热器 使用最为普遍。管壳式换热器有数百乃至数千根 换热管。工程实践数据显示,管子与管板的连接 是管壳式换热器制造中最为频繁的工序之一,也 是最容易发生质量问题的薄弱环节。胀接质量的 好坏直接影响到换热器设备的使用性能及寿命, 有时甚至影响整个换热系统的运行。 1换热器管子与管板的胀接方法 1.1 管子管板胀接原理 管壳式换热器管子管板的胀接,从根本上讲 是指对管子施以一定的载荷,其伸人管板孔内的 换热管直径扩张,产生塑性变形,而管板仍处于弹 性变形范围,载荷去除后,管子与管板孔形成过盈 配合,依靠两者间的残余压应力来达到固紧和密 封的连接作用。当管板材料的屈服强度大于管子 材料的屈服强度时,管子处于塑性变形状态,管板 处于弹性变形状态,管板的弹性力保证了管子管 板的残余压应力和密封性。“。 管子管板的胀接方式可分为贴胀和强度胀。 贴胀是为消除换热管与管板孔之间缝隙的轻度胀 接,其作用是消除缝隙的化学腐蚀和提高焊缝的 抗疲劳性能。强度胀是保证二者之间的密封性能 是贴胀后的4倍。无论贴胀还是强度胀,管子与管板的胀接主要分为非均匀胀接(机械滚珠胀) }郭德朋,男,1980年12月生,工程师。北京市,100082.= 和均匀胀接(液压胀接、橡胶胀接、爆炸胀接)两 大类。2:。 1.2机械滚珠胀接 机械滚珠胀接方法使用较早,又称为机械胀 接。胀管器是在构架上嵌入了3个小直径的滚 子,中间有一锥形胀杆,利用风动或电动带动锥形 胀杆旋转。其基本原理是:胀管器的锥形胀杆旋 转前进时挤迫胀珠径向扩张,并在换热管内壁上 反复碾压,使换热管产生塑性变形而径向扩大,管 板仍处于弹性变形范围内,卸载后因管孔回弹达 到管子管板胀紧的目的。机械滚珠胀结构如图I 所示。 机械胀接结构简图机械滚珠胀接方法的主要优点是操作简洁方 便、使用灵活、成本低,通常可适应于压力不高的 所有胀接状况,在维修中应用更普遍,目前在制造 厂中仍在大量使用。 较之其他胀接方法,机械滚珠胀接有以下不 足之处: 万方数据 696 化工机械2012钲 a.劳动强度大,工作效率低; b.需要用油润滑,油的污染使胀接后不能 保证焊接的质量; c.胀珠非均匀的碾轧使管径扩大会产生较 大的应力,不利于应力腐蚀的场合。 1.3 液压胀接 液压胀接技术有两个分支:0形环法和液袋 式液压胀接技术。 质分别设置在胀管器芯轴两端,胀管压力直接通过芯轴的中心孔施加到换热管的内表面,使换热 管发生塑性变形,达到与管板紧密贴合的目的。 0形环法对换热管的尺寸偏差要求比较高,国产 换热管精度较差,进口国外高精度换热管又会增 加设备制造成本,因而限制了该技术在我国的推 广使用”。。 液袋式液压胀接技术是江苏石油化工学院自 主开发的专利技术,解决了国产换热管尺寸偏差 压胀接的基本原理相同,都是通过高压液体的压力使管子变形,从而达到管子与管板紧密贴合的 目的。不同之处在于液袋胀接通过橡胶袋把液体 压力均匀地传给换热管使其扩张胀接。因此,液 袋胀接具有增压液体不外流的优点,其结构如图 2所示。 液袋胀接结构简图与机械滚珠胀接比较,液袋式液压胀接有以 下优点‘4: a.胀接不受深度和长度的限制,可以实现 整个管板厚度的全程胀接,使管子与管板整个形 成一体,大大提高管子的抗振能力; 13.液压胀接只有一种压力的作用,在液体 压力下管子发生塑性变形,小易对管子产生破坏 作用; c.通过电脑对管子的胀接力可精确控制,胀 接紧密程度均匀一致; d.对管子公差要求不高,操作轻便,生产效 1.4橡胶胀接 橡胶胀接是利用机械压力使特种橡胶长度缩 短,直径增大,从而带动管子扩张达到胀接目的。 橡胶胀接系统由液压装置、承载装置和橡胶胀头 组成,其结构如图3所示。当加载拉杆施加压力 时,造成胀管橡胶在轴向方向卜压缩,故而在径向 方向上发生扩展,该扩展力促使管子材料发生变 形进而实现管子与管板的贴合。同时,在胀管头 的两端装有特殊的硬橡胶密封环用以防止橡胶在 高压下轴向移动。通过高压水或者油加载于拉杆 组成了一个内压力系统。为保证稳定性,拉杆一 般用高强度钢材料,而胀管橡胶则采用弹性大,强 度高的材料制成1。 橡胶胀接的结构简图橡胶胀管的优点为: a.胀接区与未胀接的交界不明显,过度光 滑,残余应力小,抗腐蚀和抗疲劳的性能好; b.管径偏差要求不严,可以适用于椭圆管 c.适用范围大,对410~IOOmm的管径及1mm的薄壁管均可良好胀接; d.液压控制拉杆,易于控制胀管质量和调 1.5爆炸胀接爆炸胀接是利用炸药在管内胀接有效长度内 的爆炸,使管子贴紧管板孔而达到胀接目的,结构 如图4所示。爆炸胀接一般不用于u形管式换 爆炸胀接的优点有:万方数据 爆炸胀接结构简图a.由于爆炸时管子在L!大的压力下呈瞬时 超翅性状态,而能充分地挤满孔槽,因此爆炸胀管 具有较高的连接强度和可靠的密封性; b.胀接后的尺寸检查表明,爆炸胀管达到 的管子扩张量是相当均匀; c.因爆炸胀管有较好的材料可容性,故适用 不同材料各种管径的胀接; d.二I:艺工装简单,生产效率极高6。 2胀接方法的比较和分析选用科学的胀接方法和胀接:1:艺是保证胀接 质量的前提条件,常用的4种胀接方法及其特性 比较列于表1。 胀接方法特性比较机械胀管是目前使用最为普遍的胀接方法, 操作简单,使用灵活。但各管子间的胀度不一,连 接强度和紧密性不均,胀接口内表面产生的硬化 现象给补胀带来困难,劳动生产率也比较低。 爆炸胀管工艺工装简单,生产效率最高。但 对炸药的储藏及爆炸的场地有一定的要求,不利 于城市中的工厂使用和管理。 对比机械胀管和爆炸胀管,橡胶胀管的胀接 性能较好。但由于胀管橡胶与管内壁存在摩擦力 作用,导致胀管压力滑管子轴向分布不均匀,且目 前使用的聚氨酯胀管橡胶的摩擦系数较大,胀管 橡胶老化后性能会发生变化,摩擦系数会增大。 此外,胀管橡胶在胀接过程中会变短,因此实际的 胀接长度小于胀管橡胶的原始长度,不合理的胀 管橡胶原始长度和胀接间隙会直接影响到胀接的 质量。因此橡胶胀接目前使用很少,但仍足一种 具有发展前景的胀接方法。 液袋式液压胀管的胀接性能最好,生产效率 介于滚珠胀管和爆炸胀管之间。虽然设备初投资 比较大,但它具有使管壁受力均匀、管子无轴向延 伸、加工硬化小的特点。从电厂已投运的高压加 热器产品泄漏情况分析,多数泄漏为采用机械胀 管技术的产品,目前国内外一些高压加热器制造 厂家,管子与管板的胀接越来越多地采用了液袋 式液压胀管1。。同时,液袋式液压胀管又是一种 清洁无污染的胀接方法,有很大的发展潜力,故具 备生产条件时推荐优先选用液袋式液压胀接方 3胀接质量控制3.1 工艺评定要求 管子管板胀接前做胀接工艺评定是基本要 求,需要特别注意: a.评定用管板、管子材料必须与产品材料 相同; b.评定所选用工装及设备须与产品制造中 所需使用的j[装设备相同; C.评定中需要确定合适的胀管率范围; d.、与评定的重要参数发生变化时,须重新 调整评定内容或重新评定。 为了较好地控制管子管板胀接质量,在已完 成胀接工艺评定的基础上,提出以下管子管板胀 接前、过程中、胀接后的质量控制要求。 3.2胀接前的质量控制 3.2.1 管板管孑L质量检查 管板管孔的质量对胀接的质量影响很大,特 别是管孑L直径公差的控制和管孔表面质量。胀接 万方数据 698 化工机械 2012年 评定中管板管孔是一个重要参数,要确保管板管 孔直径在公差范围内。管孔表面对胀接质量同样 重要,管孔表面的任何缺陷都会导致胀接缺陷,可 能这些缺陷在进胀后的检查中不能被及时发现, 但它终会影响到设备的使用寿命。为了保证胀接 质量,除了在管板钻孔工序进行质量控制外,在胀 接前须对管板管孔进行抽检,以确保管板管孔符 合胀接要求。 3.2.2换热管验收要求 一般制造厂都会对换热管进行力学性能、化 学成分以及晶相分析等工作,往往忽视了管子的 外观检查和尺寸检查。通过对入厂换热管尺寸和 外观的复检,实际微调胀接的参数,可更好的保证 管子管板的胀管率要求。 3.2.3胀接规程 管子管板胀接前,制造厂需编制专用的操作 规程和检查规程。规程中应至少明确相关人员如 何操作、操作的流程、操作前和操作过程中要进行 的白检项,永乐国际明确检查人员检查的具体项目、检查时 机和记录项目,包括胀接后进行的检查项,明确胀 接合格与否的指标。编制了胀接规程后,车间技 术人员还需对胀接操作人员和检查人员进行专门 的培训和技术交底。 3.2.4操作工技能管理 所有胀接操作人员和检查人员须持证上岗。 胀接操作工和检查人员上岗前要进行严格的培训 和考核,只有考核合格并经质保认可发证后才能 进行胀接操作和胀接检查工作。 3.2.5试胀 鉴于胀接评定和产品的换热管材料、内外径 和壁厚存在细微的差别,实际的产品管板管孔与 管板图纸要求的管孔存在差别,从事胀接的操作 人员水平亦不同等原因,所以很有必要在正式胀 接前进行试胀。试胀一方面可以根据胀紧率的微 调实际胀接的参数,另一方面可使操作人员进一 步熟悉胀接设备和操作步骤,从而更好地保证了 产品管子管板的胀接质量。 根据相关标准要求、设备的重要程度、胀接设 备熟悉程度,以及制造厂家对产品设备管子管板 胀接性能的掌握程度,可进行不同层次的试胀。 有些试胀只需在产品上进行,试胀检查合格后,再 进行后续的胀接;有些试胀必须在专用的试样上 进行,试胀后检查胀接尺寸,有些胀接在专用试胀 试样上进行后,需检查胀接尺寸,同时尽快解剖试 样进行微观检查,以进一步验证胀接质量是否可 3.2.6胀接环境穿管和胀管工作都应在专用的清洁棚中进 行。穿管前应采用合适的方法清除管孔、换热管 上的油污、附锈和粘附的杂质及灰尘等,并且确保 穿管和胀管过程中不会对管孔和管热管表面造成 二次污染,否则将严重影响管子管板的胀接质量。 3.3’,胀接过程中的质量控制 3.3.1 工艺确定 胀接方法从结构形式一般情况分为强度胀+ 密封焊、强度焊+贴胀和强度胀+强度焊3种。 对这3种方法应注意胀接顺序,通常满胀时,应采 用先胀后焊的工艺方法,如距管端15mm处不胀 时,应采用先焊后胀的工艺方法等等。无论采用 那一种胀接方法,技术人员都应按照胀接工艺评 定编制胀接工艺,操作工人严格按照胀接工艺逐 步进行,不能省路其中的任何一步,更不能随意更 改操作顺序。胀接检查员亦按部就班做好所有的 检查和记录。 3.3.2胀接产品见证件 对不进行焊接的管子管板进行胀接,需要设 置产品见证件,以验证产品胀接的质量。一般情 况下,应设置15个产品见证件,或者取进行热交 换器胀接操作的0.5//1000中的较大值。产品见 证件胀接应随产品胀接操作同时进行,且产品见 证件的胀接应按照热交换器的相应胀接来标记, 此标记也应指明所使用的胀接设备编号。同时, 应尽快的进行见证件的检验和试验,其结果记录 在试验报告中,试验项目和试验结果与胀接工艺 评定试验的要求应相同。 3.3.3胀接过程的标识 胀接操作过程中必须对已胀管孔和未胀管孔 做出明确的标记,以防止漏胀和重胀。有些情况 下,操作工人通过目视查看管子端头内径处胀前 ’和胀后的光泽差别来判断和区分,这种方法容易 发生漏胀和重胀的情况。因此,采用对已胀管孔 和未胀管孔进行明显标识的方法才是稳妥的。 3.3.4胀接工具检查 对胀接工具,制造厂的操作人员及Qc检验 人员除了要在胀接前检查,在胀接过程中还需定 期进行检查,及时更换有问题的胀接工具。胀接 万方数据 化工机械699 操作和检查规程中,应明确规定对胀接工具的检 查,以及胀接工具需要更换的条件。 3.4胀接后的质量控制 3.4.1尺寸检查 尺寸检查是对实际胀接质量符合性验证的重 要手段之一,也是对潜在胀接问题进行补救的重 要检查工序,以确保没有隐藏的胀接质量问题。 胀后尺寸检查至少需检查胀接长度、胀接位置和 胀管率是否符合图纸和技术规范的要求。 3.4.2密封检查 管子管板胀接后的密封性检查主要是对胀接 设计、胀接工艺实施效果的检验,也是控制胀接质 量的最后一道屏障。工程实践证明,很多胀接质 量问题都是在这一道工序中发现的,进而做了最 后的补救。胀接后的密封性检查一般只需进行气 密性试验,试验压力根据设计确定。 4结束语 管壳式换热器管子与管板的连接是换热器制 造过程中质量控制的重要部分,运行期间换热器 泄漏等诸多质量问题的发生均与此相关。在换热 管与管板的胀接过程中,工艺人员+应当根据管子 管板材料特性,换热器运行环境等因素科学采用 适当的胀接方法制定细致的胀接操作规程。质量 管理人员应当根据胀接工具、环境因素、制造厂自 身技术特点和人文等因素,制定合理的胀接质量 控制手段,并在实际胀接过程中得以有效的实施。 科学的胀接方法、严格的胀接操作必定能够确保 换热器设备胀接的质量,确保换热器设备安全、高 效运行。 参考文 陈春雄,朱建伟.浅析机械胀管评定[J].电站辅机,2Q00,21(3):6—9. 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Key WOrds heat exchanger,tube,tube sheet,expanded connection 《化工机械》合订本消息 2011年《化工机械》合订本每册定价110元。如需邮购,可直接汇款至兰州西固合水北路3号《化工机 械》编辑部(收款人:张志远),邮编:730060。请在附言栏内说明书名及所需册数。另外,尚有少量1995年 (50元)、1996年(50元)、1997年(50元)、1998年(60元)、1999年(60元)、2000年(60元)、2001年(70 元)、2002年(70元)、2003年(70元)、2004年(70元)、2005年(70元)、2006年(70元)、2007年(70元)、 2008年(70元)、2009年(70元)及2010年(90元)合订本,如需购买,请按上述地址和汇款方法邮购。 地址:兰州西固合水北路3号 邮编:730060、一 电话(传线 万方数据

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