1、基本技術(shù)參數(shù)
該設(shè)備為浮頭式換熱器，其型號為BIS900-1.6-215-6/25-4 II,要求按GB151-1999《鋼制管殼式換熱器》中的II級進行制造和驗收。管板厚度為55mm,材料為JB4726-2000《壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件》的II級16Mn鍛件，管孔直徑φ25.4+0.2mm;換熱管采用材料為SUS321,規(guī)格為φ25X1.6mm的鋼管，外徑偏差±0.2mm,換熱管執(zhí)行標準為 GB13296-91《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》。換熱管與管板連接形式為強度脹。
2、存在問題及原因分析
對強度脹接后的管束進行水壓實驗時，發(fā)現(xiàn)有多處換熱管與管板的連接接頭泄漏，經(jīng)補脹后，都沒有達到理想效果，分析其原因有如下幾點：
2.1 管板與換熱管沒有足夠的硬度差
強度脹接時管板與換熱管應(yīng)有適當?shù)挠捕炔?，否則管子回彈大于管板，造成脹接不緊。國內(nèi)對管板與換熱管硬度差值常規(guī)規(guī)定HB30,而GB151-1999沒有明確的規(guī)定，故現(xiàn)在各制造廠通常都將其控制在HB20~30以上，前蘇聯(lián)規(guī)定應(yīng)大于HB30,日本規(guī)定應(yīng)大于HB20。而在本換熱器中，按照JB4726-2000II級鍛件規(guī)定，16Mn鍛件在正火狀態(tài)下的硬度為HB121~178,我們實際測得其硬度為HB148~158,而實際測得SUS321換熱管的硬度為HB150~167,也就是說換熱管的硬度比管板的硬度還高。在這種情況下，如果換熱管與管板的連接采用強度脹接，不僅由于管子的回彈，造成脹接不緊，也由于管板在脹接過程中會隨著換熱管的變形而變形，造成脹接不緊，起不到密封作用，從而引起管頭泄漏。
2.2 SUS321奧氏體不銹鋼屬于加工硬化傾向大的材料
該換熱器屬于II級換熱器，其管子外徑與管板管孔之間的最大間隙為0.8mm,要達到脹緊目的，管子必須有較大的變形量，然而SUS321管子在脹接變形量增加的同時，其硬度也隨之增加，從而使換熱管的硬度更加大于管板硬度，使在脹接過程中，管板變形比換熱管變形大，從而使脹接更加不緊。
2.3 脹接工藝不合理
該換熱器采用機械滾柱脹接，而這種脹接方法的壓延效應(yīng)造成管子表面更加硬化。
3、防止措施
為了使換熱管奧氏體不銹鋼與低合金鋼管板強度脹接獲得可靠的脹接接頭，我們采取了下列措施：
?、?控制換熱管與管板的硬度差
盡量確保管板的硬度高于換熱管硬度HB30,由于換熱管普遍口徑較小，要減小其硬度有一定難度，因此主要通過提高管板的硬度進行控制。
1）通過改進熱處理工藝，提高16Mn管板的硬度，盡量達到JB4726-2000允許值的上限。
2）在允許的條件下，將管板材質(zhì)改為硬度更高的材料，如35號鋼， JB4726-2000II級中35號鋼鍛件的熱處理硬度為HB156~217。
⑵ 控制換熱管與管板之間的間隙
換熱管與管孔配合選用較緊的配合。為了減少加工硬化，TEMA-1996RCB-7.41中規(guī)定，可采用較緊的管子外徑和管孔之間的配合。表1是TEMA-1996RCB-7.41中的規(guī)定和GB151-1999兩種標準管子外徑和管孔之間的配合比較。
從表1可以看出TEMA-1996RCB-7.41中規(guī)定較緊的配合比較好，但管子外徑尺寸精度和管板管孔精度都相應(yīng)提高，為了不增加管子供應(yīng)困難和成本，采用GB151-1999,3.6.3 中I級換熱器的間隙。
?、?采用液壓脹接方法
機械滾柱脹接法的脹接過程是不均勻接觸壓力的強制變形，使管壁產(chǎn)生加工硬化，而且變形力是靠摩擦力傳遞，實際生產(chǎn)中由于各種因素的變化，脹緊度很難一致。液壓脹管法是利用液壓為動力的脹管方法，具有給內(nèi)壁以靜止均勻的內(nèi)壓，管子不產(chǎn)生軸向伸長，且受力均勻，不易產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象，使用中不易變形，密封效果更好。
?、?換熱管與管板的連接盡量采用焊接方法，或者在需要防止間隙腐蝕的場合采用焊接加貼脹方法。
4、結(jié)論
采用上述對策后，奧氏體不銹鋼管對16Mn鍛件的強度脹接的接頭時，很少出現(xiàn)類似質(zhì)量問題，說明所采取的方法是成功的。
作者簡介：
楊偉（1968--），1992年畢業(yè)于撫順石油學院，現(xiàn)任盤錦北方瀝青股份有限公司技術(shù)中心主任，長期從事設(shè)備管理工作，在煉廠設(shè)備制造、使用、檢測及維護方面經(jīng)驗豐富
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