换热器管液压胀接.pdf

1 9 9 7正 太氮肥 D AD A N F Ⅱ 第 2 O 卷第 1 期 一 f 7 换 热 器 管 液 压 胀 接 ㈣ ⋯工 ， 5 1 0 7 2 6 丁 、 广 州 石 油 化 工 总 厂 建 安 公 司 ， 广 州 ， f 卜 』 、 l ，b 摘要介绍换热器管液压胀接的过程、 原理及fl “ 算方法 ．， 关 - 词 孽 垫 墨 篓 垦 堡芎 ， 煎 在石油化工和电站中要用到许多管壳式换热 器， 随着工业的发展， 换热器的工作压力、 温度以及 容量不断提高。 换热器上管子和管板的连接部甚多， 大量重复的工艺过程要求简单省时． 连接质量可靠， 因此， 液压胀管工艺得到发展。 这种工艺对机械胀管 法不能满足要求的厚管板换热器的胀接尤为合适 广州石油化工总厂建安公司承制的 E 1 5 0 3 管 束， 其管子与管板的连接为强度焊加贴胀结构， 由于 管板厚 3 6 2 m m ． 胀接长度长 L 一3 4 4 ra m ， 现 有的机械胀法满足不了要求， 而爆炸胀管工艺不太 成熟， 故决定采用液压胀管法。 1 胀接设备和胀接原理 胀接设备采用德国 B A L C K E D U R R公司的 H y - t e x 胀管机， 它有一个胀管头， 两端有密封圈插入管 内， 在管内径和胀管头外径间形成一个很小的封闭 间隙。液压系统由两套双级活塞式组成 第 1 级活 塞面积大， 以油为介质， 第 2 级活塞面积小， 水为介 质， 两个活塞在同一轴线上。 当以油泵加压推动大活 塞时， 小活塞也移动， 以高压的水流进胀管头与管子 问的封闭问隙， 其最高压力可达 4 0 0 M P a 。 这样的高 压力使管子发生弹性和塑性变形． 在管子胀大过程 中， 管子外径贴到管板孔内径表面， 管板也要发生弹 性和塑性变形。 当压力释放后， 管板的弹性恢复比管 子要多． 因此， 在连接处有非常牢靠和均匀的结合。 2 技术参数 2 ． 1 管板 见图 1 材料 1 6 Mn 锻； 厚度 d 3 6 2 m m； 管板孔数 Ⅳ 一 1 6 2 8。 2 ． 2 换热管 材料 2 0 g 6支； S T B S 1 0 8 0 8支。 板 规格 2 0 m m2 ． 6 m m S T B 5 1 0 ； 2 0 ra m 2 ． 9 mm S T B 5 1 0 ； 2 0 [ r i l n3 ． 0 mm 2 0 g 。 2 ． 胀接要求 管子与管板的连接 采用强度焊加贴胀。 胀接尺 寸如图 2 。 丝 一 日 1 管板主要尺寸 图2 胀接尺寸示意图 胀接率按下式计算 W 一 d 2 --d -- D --d 1 0 0 ％ ‘ 式中 W 一胀接率． ； d 2 一胀后管内径 ， I T I I Y I ； d 1 一胀前管内径， m ； 管板孔径， I n m； d 一胀前管外径， m m； 穑日 期 1 9 9 6 0 9 0 5 ● J ‘ 维普资讯 ￡一管子壁厚， f r lfr l 。 通常 贴胀 W- _ 3 ％～7 ％； 紧密胀 W一7 ％～ 1 2 ％； 强度胀 w一1 2 ％～1 8 ％。 3 液压胀接试验 3 ． 1 胀杆和曲接头 3 ． 1 ． 1 胀杆 胀杆尺寸如图 3 。影响液压胀接的主要因素是 密封尺寸 幽， 幽偏大时， 密封效果好， 胶圈使用寿命 长， 但是， 胀杆进出困难； 如偏小时， 密封效果差， 胶 圈容易破裂， 寿命短， 因此， d s 应根据换热管实际内 径来确定。 密封尺寸d s 与换热管内径d i 应尽量满足 d s d i ～0 ． 1 0 ． 0 2 ， 则每个胶圈可以胀 3 0 ～5 0 次。 随机抽测彰2 0 ramX2 ． 9 1 1 3 1 13 、 彰2 0 ra mX2 ． 6 I T l l n的 内径各 l O 支， 抽测结果见表 l 。 根据表 1内径值， 可以确定彰2 0 n r n X2 ． 6 ra m 的密封尺寸 如一 1 4 ． 3 0 4 - 0 ． 0 2 113 113 ， 巧2 0 ra mX2 ． 9 in l l 的密封尺寸 如一 1 3 ． 6 0 4 - 0 ． 0 2 I T lln 。胀杆采用 德国材料 3 4 C r N i M 0 6 。 接。曲接头的材料用 1 C r l 8 N i g T i 。 3 ． 2 试验管板 单孔管板 外径4 5 m m； 长度 ， J一3 6 2 m m； 管板 孔∥ 2 0 ． 4 士0 ． 2 n 3 n 3 ； 材质 1 6 M n锻。 多孔管板 外径∥4 5 ra m ； 长度L 一3 6 2 m m{ 管板 孔 1 9 --∥ 2 0 ． 4 士0 ． 2 n 3 n 3 ； 材质 1 6 M n锻。 3 ． 3 胀压确定 贴胀压力 P 0 的确定 毫 一 顽雨而2 U ,而-- 1 再而 爰 塑 21。h声 、／ 丽 虿 于了 卢 砩 l 一 声 ] 一 曰 e 。 胀接压力P i 的确定 丽 P H 一 R p U [ --1j _U L a2 1 - ／ z - i - l 一 - -／ z 3 nP 0 1 瓦n丽。 丽丽。”’ 2 、 3 式中 卜 减薄系数， 由H y t e x 一 3 0 0 0 图 l 确定， P 。 一界限压力， MP a ； 3 ． 1 ． 2 曲接头 管箱边缘的操热管口， 要在高压枪头与胀杆之 间 加 一曲 接 头 图4 ， 才能 完 成 管 箱 边 缘 管 扣 - 的 胀 维普资讯 P i 最大液压压力 ， MP a ； P H 一贴合压力 ， MP a ； U F 一管板半径比， U p 一百2 t --D i ￡ 一管板孔 中心距， mm， U R 一 管 子 半 径 比 ， U a 一 鲁 ； 妇一管子外径 ， mr t l ； d 卜 管子内径， m mi 口 一泊松系数； 帅 一管子材料屈服应力， N ／ mm。 ； 毋管板材料弹性模量i 毋一管子材料弹性模量。 按式 2 确定液压贴胀压力 P 0 诉R 一2 4 5 MP a 一2 4 5 N／ m m。 0 U p 一 下2 t -- D 一 业噪 掣 一 2 ． 0 40 4 ；一 矿一 丽 1 一一’’ 由H y t e x 一 3 0 0 0 图 1 查得 卢 一0 ． 8 8 ； U R 一 鲁 一 黼 - -- 一 ； Ⅱ 0 ． 3 毋一2 1 0 X1 0 ’ N ／ ra m。 ； 毋一2 1 0 X1 0 。 N ／ ram。 ； 代入式 2 得 P o 一 2 4 5 X0 ． 8 1 2 2 1 9 9 MP a 通常， P H 的通用标准为 2 0 5 0 M P a 。 E 1 5 0 3 只要求贴张， 故 取值 2 0 M P a ， 代入 3 式得 P i 一2 4 7 ． 1 MP a 3 ． ‘ 液压张接试验。 ’ 3 ． ‘ ． 1 单孔管板试验 管板用 1 6 Mn 锻机加工， 换热管用 U型管切下 来的余料， 胀前测量管板孔径、 管子外径， 张后测量 管子内径， 再做拉脱试验。试验结果见表 2 。 表2 单孔管板液压胀接结果 压力 胀前管扳 张前管子 瞻前管子 胀后管子 胀管事拉脱力 MP a 孔直径外径内径内径“k N 1 5 5 ．72 0 ． 3 62 0 ． 2 81 d ． 321 4 ； 7 31 0 ．d2 1 1 9 8 ．72 0 3 82 0 ． 1 81 ● ． 321 4 ． 8 21 0 ．27 3 24 5 ． 92 0 ． 5 62 0 ． 3 41 4 ． 281 4 ． 7 47 ．96 4 29 9 ．02 0 ． 5 42 0 ．1 61 4 ． 301 5 ． 2 06 d84 35 0 ．02 0 ． 342 0 ． 0 61 4 ． 341 5 ． 0 01 d80 由表 2 可知， 张管率都能满足要求。而强度方 面， 以矽2 0 ra mX3 fi l m为例， 其截面积 s 一1 6 0 ． 2 fil m 。 ，2 0 g 管子的屈服应力 ∞一2 4 5 MP a ， 抗拉载荷 P∞ S一 2 4 5 X 1 0 。 X 1 6 0 ． 2 X0 ． 0 0 0 0 0 1 3 9 ． 2 5 X 1 0 。 N一3 9 ． 2 5 k N， 再 看表 2拉 脱力部分 ， 除了 P 一 1 5 5 ． 7 M P a 张接头不能满足强度要求外， 其它接头 的强度都能满足要求。 3 ． 4 ． 2 多孔管板试验 试验编号如图5 。 注 * 表示 2 0 M P a 时未觅泄裱。 液压试验 当试验压力2 0 0 M P a时， 油路阀门很容易被 维普资讯 第 1 期 张义辉 换热器管液压胀接 冲开， 操作过程再也不会出现油}中 阀门的响声。 理论 上胀接压力 尸 i 一2 4 7 ． 1 M P a ， 为能满足胀接要求， 叉 不影响胀管机寿命， 故试验压力着重于 2 0 0 ～ 2 5 0 M P a 这个范围 试验结果见袁 3 。 由表 3 可知， 所有接头都能达到贴胀要求， 但胀 管率比单孔管板的低， 主要原因是多孔管板胀接时 影响到邻近的接头， 而单孔管板不存在互相影响的 问题。各个接头泄滴时的压力相差很大， 有的0 ． 2 5 MP a时就泄漏， 有的 2 0 M P a 时都不见泄漏。 出现这 种情况的主要原因是管板孔的加工精度 图纸要求 管板孔的加工精度达到 而实际只有 即只是粗 加工。 提高管板孔的机加工精度， 是提高胀接质量的 重要措埯之一。 4 实际胀接 根据液压胀管机的性能、 理论胀管压力．P i 以及 实验结果， 确定换热管的实际胀接压力P i 一2 3 O ～ 2 5 0 MP a 胀接完后， 随机抽查 l 5 个管子， 结果见表 4 。 由表 4 可知． 胀接率都在 3 以上， 能满足贴胀 要求。 5 结论 a ． 本液压胀按工艺的优点是在静态液压径向力 作用下， 管子和管板的金属变形物理过程简单， 可以 用理论计算方法准确确定不同条件下的膨胀工艺参 数 b ． 整个设备简单轻巧， 可由一个工人操作， 并有 每个胀管加工的压力自动记录作为技术档案备查。 同时， 有较广的适J蛰性． 尤其对厚管板换热器， 更加 显示其优越性。 表 4 实际胀接抽查结果 胀接压力 胀前管板 胀前管 胀前管 胀后管 胀管率 M P a 孔直径子外径子内径 子内径 ％ 管子 方位 c ． 泄漏的介质一水， 加上管孔内的润滑油 利于 胀杆进出 ， 势必对其它管孔造成污染， 影响胀接质 量。要解决这个问题， 一定要采用先焊后jj长 工艺。 d ． 液压胀管工艺对管子内径公差要求严格， 范 围较窄， 国产管较难满足要求， 而进口管基本能满足 要求。因此， 要采用液压胀接工艺的换热器， 应尽量 采用进口换热管 e ． 液压胀接的密封性能随着管接头的表面粗糙 提高而提高 因此， 为提高液压胀接质量， 应着重提 高管板孔的加工精度。 f ． 经试验确定的液压胀接工艺， 经实际运用． 效 果很好， 可推广使用。 HYDRAULI C EXPANS I oN J 0I NTJ NG T HE HEAT EXCHANGER TUBE S F Zh a n gY i hu i l 阳 础 a n d hI咖 咖 哪 ． ， ， 5 1 0 7 2 6 Ab s t r a c t P r e e r t t t h e p r o c e d u r e o f h y d r a u l i c e x p a n s i o n j o i n t i n g o f t ix e b e a t e x a h a a g e r t u b e s ， h y d r a u e e x p a n s i o n J o i n t i n g t h e o r y a n d t h e c a c u l a t i o n． K e y wo r d s h e a t e x c h a n g e r t u b e s ， h y d r a u l i c e x p a n s i o n j o i n t i n g 维普资讯