摘要：结合管壳换热器的制造对现有胀管率公式进行了分析,并根据单管模型试胀实验分析了影响胀管率公式 的主要因素,并在胀接概念中明确了胀接的实质,指出了胀接公式中应考虑由于金属轴向流动造成的管壁减薄量 ΔS和凸台变化量ΔSW的影响。
0 引言
在管壳换热器制造中换热管与管板连接处的质量很大 程度决定了换热器的使用效率与寿命。胀接是换热管与管 板的连接方式之一,它是利用胀管器伸入管口,并按顺时针 旋转,对穿入管板孔内的管子端部胀大,使管子达到塑性变 形,同时管板孔也被胀大,产生弹性变形。胀管器退出后,管 板产生弹性恢复,使管子与管板的接触表面产生很大的挤压 力,因而管子与管板牢固地结合在一起,达到既密封又能抗 拉脱力2个目的。
胀接质量的主要影响因素有管子与管板的材料、尺寸及 其尺寸精度、形位精度、径向间隙、表面清洁度、管子与管板 的硬度差、管孔的开槽、胀接方法及其设备、胀管率等,尤其 是胀管率的影响最为突出。胀管率的选择成为胀接工艺中 主要控制参数之一。为了保证胀接质量,胀接时应首先注意 选择适当的胀管率。在制造过程中,胀管率过小,(欠胀),不 能保证必要的连接强度和密封性;胀管率过大(过胀),会使 管壁减薄太大,加工硬化严重,甚至发生裂纹。
《压力容器安全技术检查规程》给出胀管率的计算公式 及其取值范围,对于具体换热器的管子与管板的胀管率的取 值,通常是通过模型试胀确定的。笔者在某煤气初冷器的模 型试胀中发现了在计算胀管率时2个不容忽视的问题,即胀 接过程中金属轴向流动造成的管壁的减薄量ΔS以及管板孔 发生的塑性变形造成的凸台变化量ΔSW对胀管率的影响。 文章通过对模型试验得出了管壳换热器制造中理想的 胀管率,并通过对模型的解剖试验分析了金属轴向流动造成 的管壁减薄量ΔS及管板孔发生的塑性变形造成的凸台变化 量ΔSW对胀管率的影响程度,对胀管率的计算公式进行了 修正,并进一步明确了胀接的实质。
1 试胀情况
1.1 被模拟的对象
某焦化厂3台列管式煤气初冷器,由西德引进技术国内转化设计。 主要参数:
容器横截面积为4 550×2 746 mm2,高为26 602 mm,净重 201 820 kg。
管程压力P=0.5 MPa,温度t=100℃;介质为水
壳程压力P=0.03 MPa,温度t=100℃;介质为煤气及冷 却物。
壳程及管板材料均为Q235-A,管板厚度18 mm;换热管 材质为10#无缝钢管,规格为60×3,管长4 502 mm,每台共 6 240根。
为了制定胀接工艺,确定合适的胀管率需要进行模型试 胀。
1.2 试验材料
试胀所用的管子的材料与规格、胀管前管子的热处理状 态、预处理等均与产品相同,且与产品统一炉批号;模拟管板 的材料、孔径、孔内是否开槽及槽的位置尺寸、管孔排列方 式、空间距等结构尺寸严格按照图纸要求。与图纸要求一样 模拟管板采用采用圆形,管板孔按照正三角形排列,结构如 图1所示。试胀所用管子的长度为管板厚度加50 mm,即大 约70 mm。