浅析影响换热设备列管胀接质量的因素及相应的处理办法

2022-09-11

热交换设备被广泛地应用于工业生产及人民生活的各个方面。大到新建的石油、化肥、化工等各种类型的工厂, 小到各类锅炉或工业气体分离装置项目都会遇到大量的换热设备;这其中有很多的小型换热器, 因特殊需要在技术设计上, 管束和管板之间的联结型式采用的是胀接结构。此种结构的特点与焊接结构相比, 不但能达到较好的连接强度和严密性, 而且还具有无焊接应力, 更换管束方便、刚性好及抗疲劳性能强的特点, 因此对目前有些地方由于操作管理水平较低、水质处理效果不理想而结垢或介质粘度大易阻塞等原因而导致的常见的集中型管束报废现象的维修换管工作都是非常便利的。

然而, 由于胀接施工的特殊性和严格的技术性, 难免会在施工中出现各种问题。现根据我们以往多年的小型换热器的胀接施工经验和遇到的各种问题, 有针对性地加以分析, 并给出我们认为较为可行的解决办法, 供相关人员参考。

一、影响胀接质量的主要因素

实际上, 在胀接施工过程中, 影响胀接质量的因素有很多, 但我们通过实践可以归纳为如下几个方面。

1. 管子与管板的材质的硬度问题

一般来说, 对于碳钢而言, 管束管子的硬度应低于HB160, 而管板的硬度应高于管子, 一般比管子硬度约高HB40;如果管子硬度过低, 虽然胀接时非常省力, 管内径也很容易扩大, 但胀接后账口强度会大大降低, 抗拉脱性能较差, 因此, 应先测得管子与管板的硬度值, 比较后再决定管端是否需要退火以及退火工艺如何确定。

2. 胀管率数值的选取是否合适

胀管率是根据施工前进行的胀接工艺评定的结果而确定的, 数值一般控制在1.7%以内。尽管规范中有规定胀管率可以在2.1%以内, 但考虑到试压过程中产生泄漏口的补胀问题, 第一次胀接时胀管率不宜过大。因为, 如果第一次胀管的胀管率就较高, 那么以后再补胀时就很可能出现过胀现象, 而这是胀接过程中严禁出现的, 因为这可能导致换热器管板的整体报废。

3. 管子端部外壁与管板孔内壁的处理情况是否合适

管端外表面与管孔壁的处理情况对胀接质量有重要影响, 即:如果两接触面间加工得很粗糙, 这虽然可以得到高的胀接强度, 即受轴向力后可以产生大的摩擦力, 抗拉脱性能好, 但其严密性较差, 易泄漏;反之, 如果接触面处理得很光滑, 接头的严密性虽好, 但抗拉性能差, 连接强度下降。因此在管子外壁与管板孔内壁加工时, 我们不能单一地要求光滑, 只要其表面干净, 无纵向贯穿性缺陷及较深的密集型麻点, 光滑适中即可。

4. 管子与管孔的配合间隙大小

管子与管板孔间的间隙应尽量符合允许的正常间隙 (相关规范上有规定, 此不赘述) , 因此, 锉管时应在保证表面质量的同时考虑到锉管量, 装管前应仔细测量, 使两者间隙的大小相互均开, 合理选配。一方面, 如间隙过大, 胀接后管壁减薄过多, 接头强度降低, 金属易产生冷作硬化现象而影响接触面的严密性, 也易产生裂纹;且间隙大了, 管子在管孔中不易同心, 极易出现偏斜和偏胀现象;另一方面, 如间隙小了, 安装时则不易装配, 且易出现接触面擦伤的情况, 从而影响严密性;

5. 胀管器的类型选取是否妥当

(1) 选用三胀珠错列式翻边胀管器比选用单胀珠串列式的胀管器易保证胀管质量。这是因为:采用了三个胀珠, 各珠能同时受力, 胀接时可以容易自行调整为一个同心圆, 三珠运转, 受力都较均匀;又由于翻边胀珠与工作胀珠为错列布置, 使得任意一个翻边胀珠的工作母线都能与其他三个工作胀珠的工作母线之一旋转相交, 胀出来的过渡区质量好, 不会出现挤压台阶和切口缺陷。

(2) 为了改善消除胀口椭圆和椭圆曲线不光滑及三角圆面, 终胀时应当在不进给的情况下, 原地旋转1~2圈, 进行“光内壁”, 因此必须选取装有控制胀管率的限位装置的胀管器才能实现上述操作, 否则, 不能改善或消除上述缺陷。

6. 胀接顺序是否合理

合理的胀接顺序 (如反阶式胀管) , 可使各胀口的变形应力减少很多, 对前面已经完成的胀接接头的影响也能减少至最低, 从而使其达到不易松动、泄漏之目的。

7. 胀接速度和温度对胀接接头的影响

所谓胀接速度是指:胀管器每转动一周管子内径被扩张的大小。而胀杆每转动一周进给量的大小取决于胀管器推进角的大小;因此, 如果采用电动机械进行胀接, 那么应当选用较小的推进角度的胀管器, 且其转数应低于30 r.p.m, , 以避免高转速时产生的摩擦力使胀口处的金属温度过高, 而在接下来的冷却收缩后影响胀口的质量。而对手动胀管, 此项则可以不受限制, 只不过效率较低。

8. 胀接人员的实际技能和操作水平

胀接人员的实际技能和操作水平对胀接接头的质量保证也是非常重要的, 因此, 在前期的胀接工艺评定和胀接人员的考核方面, 就要严格把关。这就要求必须事先对其按照胀接工艺评定的参数进行操作培训和考核, 建议对不同胀接材料、不同胀接规格管子的胀接工作分别固定人员, 以使其真正掌握该技能, 确保胀接一次成功率。

9. 其它的因素

如管子端部伸出管板的长度太大或太小 (注:这些在相关的胀接规范中也都有明确的规定) 、胀接翻边角度的大小等也对胀接质量有或多或少的影响。

二、胀管中容易产生的主要缺陷及相应的处理办法

1. 胀接不足:

这种缺陷主要表现为, 通过内、外径千分表对其内外径的测量可知, 管子未达到应有的扩胀程度, 这将导致胀口结合不严密。此种情况的主要原因是胀接停止过早, 或者胀管器胀珠大小不能满足终胀内壁的直径的要求。

处理方法:针对此类情况, 首先要再进行补胀, 如仍不满足评定的胀管率要求, 则需要更换胀管器;

2. 偏胀:

这种情况主要表现为, 管子在管板孔的外端, 一侧形成偏挤, 另一侧呈现平直, 可以用直角尺很容易地检查出来。这里的主要原因是管子安装时与管孔不同心, 胀管夹子对管束固定不牢靠, 挂管胀接 (也叫初胀) 质量不好或者是正式胀接时用力不正确所致。

处理方法:如果偏胀超过标准规定, 应更换管子, 并采取必要的手段重新找正新更换的管子, 确保其牢靠固定, 挂胀时谨慎操作以避免管子偏移, 正式胀管操作时应对称垂直用力。

3. 过度胀接:

简称过胀。这主要表现为管孔壁出现了永久性的塑性变形, 从而使其回弹力大大降低, 不足以坚固地箍紧管子, 从而导致胀口牢固性和严密性下降。

处理方法:过胀是不允许存在的缺陷, 一旦发生, 应切断管子, 抽出管头, 在产生了永久性变形的管孔壁处进行仔细地修整;严重时, 甚至要经过合同相关各方的同意后, 动用焊接补焊的方法重新塞焊、重新加工管板孔壁, 然后重新胀接;同时, 对周边的胀孔在胀管率不超标的情况下再次适当补胀, 从而降低因焊接时产生的热影响导致的松动。

当然, 如果仍然不能满足规范中对胀管率的最大规定, 那将会导致该管板被全部报废。因此, 胀管中应认真测量各个参数, 严格控制好胀管率, 千方百计地避免过胀发生。