趙子亮

(秦皇島東燕節(jié)能技術(shù)有限公司 秦皇島 066206)

關(guān)于連接式雙管板換熱器強(qiáng)度脹接工藝研究

趙子亮

(秦皇島東燕節(jié)能技術(shù)有限公司 秦皇島 066206)

針對(duì)連接式雙管板冷凝器制造中的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)---換熱管與殼程管板(即內(nèi)管板)強(qiáng)度脹接工藝，進(jìn)行了試驗(yàn)與研究。確定了合理的脹管率、脹接遍數(shù)等工藝參數(shù)，并應(yīng)用在某公司氯甲烷冷凝器產(chǎn)品的制造中，達(dá)到了預(yù)期的效果。

試件 雙管板 強(qiáng)度脹接工藝 換熱器

《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(2009)[1]4.10規(guī)定：換熱器管板與換熱管的脹接，在施脹前，應(yīng)當(dāng)制定脹接工藝規(guī)程，操作人員按照脹接工藝規(guī)程施脹。為了保證脹接質(zhì)量，在沒有成熟的脹接工藝時(shí)，在脹管前應(yīng)做脹接工藝試驗(yàn)[2]。由于雙管板換熱器內(nèi)層管板與換熱管的強(qiáng)度脹接，是壓力容器制造單位公認(rèn)的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)。所以，在制造氯甲烷冷凝器前對(duì)該脹接工藝參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)與研究。

1 氯甲烷冷凝器的主要參數(shù)(見表1)

表1 氯甲烷冷凝器設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

氯甲烷冷凝器采用雙層管板U型換熱管結(jié)構(gòu)，雙層管板的材料均采用16MnⅢ，管、殼程的管板厚度均為83mm；換熱管材料為10#鋼管，規(guī)格為φ19mm×2.0mm，數(shù)量為794支U型管。換熱管與殼程管板(即內(nèi)管板)的連接為強(qiáng)度脹接，與管程管板(即外管板)的連接為強(qiáng)度焊+貼脹。

2 脹接方法的選擇

鑒于機(jī)械脹接操作簡(jiǎn)單方便、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合筆者單位的實(shí)際情況，采用機(jī)械脹。

3 強(qiáng)度脹接工藝試驗(yàn)的目的[3]

1)確定合適的脹管率；

2)確定脹接的遍數(shù)；

3)確定脹管機(jī)設(shè)定值大?。?/p>

4)檢驗(yàn)脹管器和脹接工具的質(zhì)量；

5)檢驗(yàn)脹接接頭的外觀質(zhì)量和密封性能；

6)對(duì)脹接接頭進(jìn)行拉脫力試驗(yàn)，檢驗(yàn)脹接接頭是否達(dá)到規(guī)定的拉脫強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到4MPa以上)[4]；

7) 為制定正確的脹接工藝提供技術(shù)支持。

4 試驗(yàn)工具

強(qiáng)度脹用可調(diào)節(jié)脹管器、貼脹用脹管器、挖槽器、天瑞 DZJ-Ⅲ型雙路電動(dòng)脹管機(jī)、外徑千分尺、壁厚千分尺、10～18mm內(nèi)徑百分表、18～35mm內(nèi)徑百分表。

5 試件制備

5.1 結(jié)構(gòu)

參照注[5]脹接試件制作的原則，本次采用的脹接試件與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式相一致，如圖1所示：

圖1 脹接試件圖

5.2 試件、技術(shù)要求、試驗(yàn)及數(shù)據(jù)

●5.2.1 管板

1）管板：對(duì)內(nèi)外管板進(jìn)行標(biāo)記，并測(cè)定內(nèi)管板(表面)的硬度值，數(shù)據(jù)見表2；

表2 內(nèi)管板、與內(nèi)管板連接的換熱管管端硬度值

2）內(nèi)、外管板要求配鉆，保證所有管孔同心；

3）管孔采用鉆孔+絞孔工藝，以確保表面粗糙度和尺寸公差達(dá)到要求值，內(nèi)管板按圖2尺寸開槽；

圖2 管孔要求

4）加工完孔后，內(nèi)、外管板標(biāo)記好序號(hào)(1～16)，并按序號(hào)測(cè)量和記錄內(nèi)管板管孔內(nèi)徑值，見表3。

●5.2.2 換熱管

1）規(guī)格為φ19mm×2.0mm，長(zhǎng)度L=280mm，材料10#，數(shù)量16支，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) GB9948-2006，外徑偏差為±0.1，壁厚偏差為±0.2。

2）來料后在換熱管中間位置標(biāo)記好序號(hào)(1～16)，并分別測(cè)定其與內(nèi)管板連接部位的硬度值，見表2。管板的硬度值應(yīng)大于換熱管的fz度值，其差值為HB30左右，如果二者相差很小時(shí)應(yīng)對(duì)管子端部進(jìn)行退火熱處理[3]。由表2可知管板的硬度值高于換熱管的硬度值，其值也符合要求，所以換熱管管端不需要進(jìn)行退火熱處理。

3）序號(hào)1～16用砂紙把換熱管兩端打磨光滑，打磨長(zhǎng)度為90mm，打磨時(shí)須均勻，除去表面氧化層即可，打磨后，注意打磨時(shí)應(yīng)環(huán)向打磨以免出現(xiàn)縱向劃痕，保護(hù)管頭，測(cè)量外徑、壁厚，見表3。

4）穿管，換熱管按序號(hào)分別穿入管板孔中；

5）換熱管伸出外管板端面長(zhǎng)度為3～4mm，將試件固定在試驗(yàn)臺(tái)上，為脹接做準(zhǔn)備。

●5.2.3 換熱管與管板連接

1)內(nèi)管板與換熱管強(qiáng)度脹：

（1）序號(hào)1～8，強(qiáng)度脹接一遍，脹管機(jī)設(shè)定值為2.03；

（2）序號(hào)9～16，強(qiáng)度脹接兩遍，脹管機(jī)設(shè)定值分別為2.03和2.05。

2)外管板與換熱管采用強(qiáng)度焊+貼脹：

（1）焊接，采用氬弧焊，焊接2層，管壁不允許過燒或者焊通，且管頭不能有咬邊，保持管端圓整無缺[6]；

（2）貼脹，脹接順序仍為1～16，脹管機(jī)設(shè)定值為2.01。

（3）脹管率的計(jì)算：

參照《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[7]中的脹管率計(jì)算公式及脹管率

Hn=[(d1+2t)/d-1]×100%

Hn——脹管率，%；

d1——脹完后的管子實(shí)測(cè)內(nèi)徑，mm；

t——未脹時(shí)的管子實(shí)測(cè)厚度，mm；

d——未脹時(shí)的管孔實(shí)測(cè)直徑，mm。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)脹管率控制在1%～1.8%范圍內(nèi)。實(shí)際試驗(yàn)值見表3。

表3 實(shí)際試驗(yàn)值

●5.2.4 耐壓試驗(yàn)

1)要求：在積液程內(nèi)進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為1.25MPa，管頭噴滲透顯像劑，便于觀察是否滲水，水壓試驗(yàn)合格后進(jìn)行氣密試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為1.0MPa。如果出現(xiàn)泄漏的管頭，適當(dāng)調(diào)高脹管機(jī)設(shè)定值重新脹接，然后重復(fù)耐壓試驗(yàn)，直至無泄漏。記錄好泄漏的管口序號(hào)和調(diào)整后的設(shè)定值。

2)實(shí)際試驗(yàn)情況：第一次水壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力達(dá)到1.0MPa時(shí)，管口序號(hào)1出現(xiàn)泄漏，提高試驗(yàn)壓力到1.25MPa時(shí)，也只有管口序號(hào)1泄漏，泄壓，用設(shè)定值2.05進(jìn)行補(bǔ)脹，進(jìn)行第二次耐壓試驗(yàn)，水壓試驗(yàn)壓力1.3MPa，保壓1h，未出現(xiàn)泄漏，水壓合格后，進(jìn)行1.0MPa的氣密試驗(yàn)，保壓1h，未出現(xiàn)泄漏。

●5.2.5 拉脫力試驗(yàn)和解剖檢驗(yàn)[3]

1)要求

(1)拉脫力試驗(yàn)，強(qiáng)度脹接時(shí)抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于4MPa。

(2)解剖檢驗(yàn)要求，管接頭分解后，脹接處無起皮、皺紋、切口和偏斜等缺陷。

(考慮到換熱管管頭拉脫力試驗(yàn)和解剖試驗(yàn)只能試驗(yàn)一種情況，管口序號(hào)1，脹接了兩次等因素，故對(duì)管口序號(hào)2、4、13、16做拉脫力試驗(yàn)，其余管口均做解剖檢驗(yàn)。根據(jù)拉脫力試驗(yàn)和解剖檢驗(yàn)確定脹接遍數(shù)。)

2)拉脫力試驗(yàn)和解剖檢驗(yàn)結(jié)果

(1)抗拉強(qiáng)度計(jì)算公式：

式中：

[p]=F/(3.1416×D×L)

[p]——抗拉強(qiáng)度(拉脫應(yīng)力)，MPa；

F——拉脫力，N；

D——管孔直徑，mm；

L——脹接長(zhǎng)度，mm；

試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

（2）管接頭解剖結(jié)果：根部與管壁的結(jié)合狀態(tài)良好，管板孔與換熱管外壁的接觸表面的印痕和齒合狀況良好，脹接兩遍的管接頭均好于脹接一遍的管接頭。

6 結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，得出以下結(jié)論：

1）脹管率范圍：1.2%～1.5%；

2）脹接的遍數(shù)為兩遍；

3）脹管機(jī)設(shè)定值：第一遍2.03；第二遍2.05：

7 結(jié)束語

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果分析及結(jié)論制定了“氯甲烷冷凝器”強(qiáng)度脹接工藝規(guī)范，并按該規(guī)范進(jìn)行“氯甲烷冷凝器”制造，管頭耐壓試驗(yàn)一次合格。

該產(chǎn)品從2013年10月交付至2014年6月未發(fā)生泄漏現(xiàn)象，證明該連接式雙管板換熱器強(qiáng)度脹接工藝是成功的。

1 TSG R0004-2009固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

2 徐俊宏，于東興.雙管板換熱器設(shè)計(jì)及制造[J].化工設(shè)備與管道，2001,38(2):34～36.

3 李文軍.管殼式換熱器的脹接工藝[J].壓力容器，2001,18(3):58～59.

4 何星，張雨霏，李瓊.雙管板換熱器強(qiáng)度脹接工藝研究[J].化工設(shè)備與管道，2012,49(3):44～46.

5 白鶴峰，馮彥香，楊標(biāo)，等.換熱器產(chǎn)品脹接試件的制作[J].化工設(shè)備與管道，2010,47(2):15～18.

6 呂延茂.雙管板換熱器制造工藝 [J].石油化工設(shè)備，2004,33(6):60～62.

7 蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

8 陳上杰.管殼式換熱器的定期檢驗(yàn)[J].中國特種設(shè)備安全,2010,26(6):17～18．

9 雙管板換熱器的設(shè)計(jì)與制造[J].中國特種設(shè)備安全,2012,28(12):17～19．

10 周斌生，等.螺旋板換熱器開裂失效分析[J].中國特種設(shè)備安全,2009,25(4):48～49．

The Research on Strength Expansion Process of Connection Double Tube-sheet Heat Exchanger

Zhao Ziliang
(Dongyan Energy Technology Co., Ltd Qinghuangdao 066206)

The expansion process of tube-tube sheet (the inner tube sheet), as the manufacturing difficulty and key point of connection double tube-sheet heat exchanger, was researched. This article obtained suitable reasonable process parameters of tube, such as: expanding rate, expanding times etc. The results were applied in our company’s products of the Methyl chloride condense and achieved a satisfactory result.

Test specimen Double tube-sheet Expansion process Heat exchanger

X933.4

：B

167 3－257 X(201 4)1 2－0 6－04 D O I: 1 0.396 9/j.i s s n.167 3-257 X.201 4.1 2.002

趙子亮(1985～)，男，本科，助理工程師，主要從事壓力容器的校核、設(shè)計(jì)與制造工藝工作。

2014-07-16）