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換熱器管束接頭泄漏分析與對(duì)策

時(shí)間：2011-04-28 21:01:19
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　　1、基本技術(shù)參數(shù)

　　該設(shè)備為浮頭式換熱器，其型號(hào)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(jí)進(jìn)行制造和驗(yàn)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(jí)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(biāo)準(zhǔn)為 GB13296-91《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無(wú)縫鋼管》。換熱管與管板連接形式為強(qiáng)度脹。

　　2、存在問(wèn)題及原因分析

　　對(duì)強(qiáng)度脹接后的管束進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有多處換熱管與管板的連接接頭泄漏，經(jīng)補(bǔ)脹后，都沒(méi)有達(dá)到理想效果，分析其原因有如下幾點(diǎn)：

　　2.1 管板與換熱管沒(méi)有足夠的硬度差

　　強(qiáng)度脹接時(shí)管板與換熱管應(yīng)有適當(dāng)?shù)挠捕炔?，否則管子回彈大于管板，造成脹接不緊。國(guó)內(nèi)對(duì)管板與換熱管硬度差值常規(guī)規(guī)定HB30,而GB151-1999沒(méi)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J(rèn)B4726-2000II級(jí)鍛件規(guī)定，16Mn鍛件在正火狀態(tài)下的硬度為HB121~178,我們實(shí)際測(cè)得其硬度為HB148~158,而實(shí)際測(cè)得SUS321換熱管的硬度為HB150~167,也就是說(shuō)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(qiáng)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(guò)程中會(huì)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(jí)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(dá)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(shí)，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(guò)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(jī)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(qiáng)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(guò)提高管板的硬度進(jìn)行控制。

　　1）通過(guò)改進(jìn)熱處理工藝，提高16Mn管板的硬度，盡量達(dá)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(hào)鋼， JB4726-2000II級(jí)中35號(hào)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(biāo)準(zhǔn)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(jí)換熱器的間隙。

　?、?采用液壓脹接方法

　　機(jī)械滾柱脹接法的脹接過(guò)程是不均勻接觸壓力的強(qiáng)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(shí)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(dòng)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(zhǎng)，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(chǎng)合采用焊接加貼脹方法。

　　4、結(jié)論

　　采用上述對(duì)策后，奧氏體不銹鋼管對(duì)16Mn鍛件的強(qiáng)度脹接的接頭時(shí)，很少出現(xiàn)類似質(zhì)量問(wèn)題，說(shuō)明所采取的方法是成功的。

　　作者簡(jiǎn)介：

　　楊偉（1968--），1992年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院，現(xiàn)任盤(pán)錦北方瀝青股份有限公司技術(shù)中心主任，長(zhǎng)期從事設(shè)備管理工作，在煉廠設(shè)備制造、使用、檢測(cè)及維護(hù)方面經(jīng)驗(yàn)豐富

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