双相不锈钢管与管板液压胀接技术.pdf

双相不锈钢管与管板液压胀接技术 刘英东， 郭飞 ， 姜殿军 。 范英俊 大连 日立机械设备有限公司 ， 辽宁 大连1 1 6 0 3 2 摘要 主要介绍换热器双相不锈钢换热管与管板之间的胀管工艺， 采用液袋式超 高压液压胀管机 进行胀管试验 ， 通过胀管后管外径与管板孔径之 间的间隙值 、 胀管后检查 以及拉脱力试验 ， 从而确 定最佳 的胀接工艺参数。 关键词 双相不锈钢； 液压胀管； 胀管后检查； 拉脱力试验 中图分类号 T H 1 4 2 ． 2 ； T G 4 0 6 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 1 4 8 3 7 2 0 1 4 0 3 0 0 7 7 0 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1～ 4 8 3 7 ． 2 0 1 4 ． 0 3 ． 0 1 2 Hy d r a ul i c Ex pa n d i ng Te c h no l o g y o f Dup l e x S t a i n ． 1 e s s St e e l Tu be a n d Tu b e S he e t L I U Yi n gd o n g ， GUO F e i ， J I AN G D i a n j u n， F A N Yi n g j u n D a l i a n H i t a c h i Ma c h i n e r y E q u i p m e n t C o ． ， L t d ． ， D a l i a n 1 1 6 0 3 2 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e e x p a n d i n g t e c h n o l o g y o f t u b e a n d t u b e s h e e t i n t h e d u p l e x s t a i n l e s s s t e e l h e a t e x c h a n g e r wa s i n t r o du c e d． Ex p a n d i n g t e s t wa s ma d e b y u s i ng hi g h p r e s s u r e b l a d d e r h y d r a u l i c e x p a n di n g ma c hi ne ． T h e o p t i ma l p r o c e s s p a r a me t e r s o f e x p a n d i n g wa s d e t e r mi n e d b y t h e g a p v a l u e s b e t w e e n t h e t u b e d i a me t e r a n d t u b e p l a t e a pe r t u r e a f t e r e x pa n d i n g， i ns p e c t i o n a f t e r t ub e e x p a n d i n g a n d p u l lo u t f o r c e t e s t ． Ke y wo r d s d u p l e x s t a i n l e s s s t e e l ； h y d r a u l i c e x p a n d i n g； i n s p e c t i o n a f t e r t u b e e x p a n d i n g ； p u l l f o r c e t e s t 0 引言 换热器广泛应用于化工 、 炼油、 制药和核电等 领域 ， 主要作用是将热量 由温度较高 的流体传递 给温度较低的流体 ， 使流体温度达到工艺过程规 定的指标要求 ， 以满足工艺过程上的需要 J 。换 热器结构类型有很多 ， 其 中管壳式换热器是最普 遍使用的， 有数百乃至数千根传热管 j 。换热 管与管板连接是管壳式 换热器设计 、 制造最关键 的技术之一 ， 也是换热器事故发生率最多的部位。 所以换热管与管板连接质量的好坏直接影响到换 热器的使用寿命。因此选择适 当的连接方式 ， 使 每一个管子与管板连接接头都能满足质量要求是 换热器制造过 程 中的关键 问题 。文 中对某 公 司承揽沙特某项目双相不锈钢管和管板换热器进 行液压胀管工艺试验， 最终确定产品的最佳胀接 压力和胀接时间等工艺参数。 1 换热管、 管板材质及规格 换热管材料为 S A一 7 8 9 M， U N S 3 1 8 0 3 ， 规格 为 4 , 2 5 ． 4 mm 2 ． 1 1 m i l l ， 管板材料为 S A一1 8 2 M， F 5 1 ． ， 厚度 9 5 m m。两种材料均为双相不锈钢 ， 这 种材料具有耐腐蚀、 高强度和易于制造加工等诸 多优点， 物理性能介于奥氏体不锈钢和铁素体不 双相不锈钢管与管板液压胀接技术 V o l 3 1 ． N o 3 2 0 1 4 锈钢之间， 但更接近于铁素体不锈钢和碳钢 ， 其力 学性能见表 1 。 表 1 换热管、 管板力学性能 管板 换热管 项 目 屈服强度 R p o ／ 抗拉强度 R ／ 延伸率 A ／ ％ 屈服强度R p o ． 2 ／ 抗拉强度 R ／ 延伸率 A ／ ％ MP a MP a MP a MP a 标准值 ≥4 5 0 ≥6 2 0 ≥2 5 ≥4 5 0 ≥6 2 0 ≥2 5 试验值 5 6 4 7 2 0 3 8 ． 5 5 5 5 7 9 5 3 9 2 胀管设备选用及参数 换热管与管板的管端连接图如图 l所示 。由 于胀接长度较长 ， 根据胀接经验 ， 选用 Y Z J 一 5 0 0 F型超高液压胀管机。液袋式液压胀管结构 形式如图2所示 。 一2 i f 1 2 - 1 ． 蓥 J ／ ， 3 ～ 一 7 7 ／ 胀 一 l 不胀] 一2 图 l 管端连接示意 7 8 图 2 胀接示意 3 胀管试验 试验用的管板材料、 厚度均与产品相同， 尺寸 为 2 0 0 1 T L r n2 0 0 m l n ， 管孔 呈矩形 排布 ， 孔 距 3 2 m m， 管板孔分布如图3 所示。采用数控钻孑 L 一次 加工成品， 编号 1一l 0为胀管试验用， 即只胀不焊 接； 1 1 ～ 2 5为焊接试验用 ， 先焊后胀。换热管规格 与产品规格相同， 尺寸为 担 5 ． 4 m m x 2 ． 1 1 l n l n 。 管 图 3 管板孔分布示意 3 ． 1 胀接 前 准备 1 穿管前 ， 对换热管端 部 以及管板孔用清 洗剂进行清洗 ； 2 胀接前必须清除换热管端部 的锐 口或毛 刺 ， 以免损坏液袋 ； 3 胀管前测量 管内、 外 径 、 管板 内径 ， 并做 好记录 ， 其数据见表 2 。 3 ． 2 胀 管 先用编号为 1 的管子进行胀接试验 ， 根据 以 往不锈钢产品的胀接经验 一 ， 先用 2 0 0 MP a压 力进行胀接 ， 胀接时间为 4 S ， 胀完后发现未胀上 ， C P _V T 反应堆压力容器螺栓法兰连接设计与改进 V0 1 3 1 ． N 0 3 2 0 1 4 经验和分析表明， R P V主螺栓和螺孑 L 安装过程中 出现的典型螺纹损伤以首扣螺纹损伤和齿面损伤 为主 ， 偶有卡涩及螺牙变形等严重损伤 ， 可采用以 下改进措施减少产生螺纹损伤的概率及降低螺纹 损伤的影响 1 主螺栓 和螺孔 去除全部 不完 整螺 纹 ， 并 将首扣螺纹过渡圆角两侧棱边修磨圆滑。与原设 计相比， 改进后的首扣螺纹结构可 以有效地 降低 螺栓入扣及旋入过程中产生螺孔首扣螺纹损伤的 概率 ， 减轻首扣螺纹的损伤程度 ， 使螺栓旋人更加 顺畅。 2 严格 控制主螺栓旋 入过程 中的扭 矩 、 转 速和剩余平衡重量等操作参数 主螺栓正常旋人 扭矩应控制在 1 0 0 N m 以内； 主螺栓 刚放 置在 螺孔上时的剩余平衡重量应小于5 k g ， 整个旋入 过程中的剩余平衡重量应控制在 1 5 k g以内； 主 螺栓入扣转速应小于 6 r ／ m i n ， 正常旋人转速控制 在 3 0 r ／ mi n以内。通过操 作参 数的控制可有效 减少主螺栓和螺孔螺纹损伤 。 3 加强人员安全意识， 合理制定并严格执 行主螺栓安装操作程序和应急预案 ， 出现异常情 况及时停止操作进行原因排查和问题修复。螺孔 重要维修操作前应在同材质模拟体上进行工艺验 证试验。 上述改进措施已在部分国内在建 M 3 1 0机组 中实施， 取得了良好效果， 顺利完成了 R P V主螺 栓的安装。 参考文献 [ 1 ] 唐辉． 核电设备中螺纹联接结构的松动、 损伤机理 [ J ] ． 核动力工程 ， 1 9 9 9 ， 2 0 2 l 1 1 1 1 6 ． [ 2 ] 谢世球， 李家训 ， 张晨， 等． 反应堆压力容器 主螺栓 的选材和研究[ J ] ． 压力容器， 1 9 8 9 ， 6 2 3 53 9 ． [ 3 ] 苗中辉， 焦增庚 ， 蔡琦． 船用核动力装置部件失效分 析与安全评定[ J ] ． 材料保护， 2 0 0 6 ， 3 9 8 5 4 5 6 ． [ 4 ] 郑连纲， 吕勇波． 反应堆压力容器强度可靠性分析 [ J ] ． 核动力工程， 2 0 1 2 ， 3 3 4 1 4 ． [ 5 ] 邱天， 罗英 ， 马姝丽， 等． 反应堆压力容器 6 0年设计 寿命研究[ J ] ． 压力容器， 2 0 1 3 ， 3 0 4 1 8 2 2 ． [ 6 ] R C CM， D e s i g n a n d C o n s t r u c t i o n R u l e s f o r M e c h a n i c a l C o m p o n e n t s o f N u c l e a r I s l a n d s [ S ] ． 2 0 0 0 P l u s 2 0 0 2 A d d e n d u m ． [ 7 ] R S EM， I nS e r v i c e I n s p e c t i o n R u l e s fo r t h e Me c h a n i c a l C o m p o n e n t s o f P WR N u c l e a r I s l a n d[ S] ． 1 9 9 7 P l u s 2 0 0 0 A d d e n d u m ． [ 8 ] 张宝军， 张国丰， 严智 ， 等． 核电厂主螺栓超声 自动 检测技术研究与实现[ J ] ． 压力容器， 2 0 1 3 ， 3 0 5 6 4 6 9 ． [ 9 ] 贝秋生． 栽丝螺栓咬死原因分析和处理方案[ J ] ． 设 备管理与维修， 2 0 0 9 ， 7 1 41 7 ． [ 1 0 ] 陈海平， 曾攀， 方刚， 等． 螺纹副承载的分 布规律 [ J ] ． 机械工程学报 ， 2 0 1 0 ， 4 6 9 1 7 1 1 7 8 ． [ 1 1 ] 任丽华， 李凤玲． 螺纹拧紧扭矩的理论分析[ J ] ． 煤 矿机械 ， 2 0 0 6 ， 2 7 7 6 7 6 9 ． [ 1 2 ] 蔡暖姝， 应道宴， 蔡仁良， 等． 螺栓法兰接头安全密 封技术 四 垫片应力[ J ] ． 化工设备与管道 ， 2 0 l 3 ， 5 0 3 6 1 5 ． 收稿 日期 2 0 1 4～ 0 1 1 5 修稿 日期 2 0 1 4 0 3 0 1 作者简介 周高斌 1 9 8 3一 ， 男， 工程师， 主要从事反应堆 结构设计工作， 通信地址 6 1 0 0 4 1四川省成都市 6 2 2信箱 5 0 2分箱， Em a i l z g b s h a d o w s 1 6 3 ． c o n。 上接第 8 0页 [ 4 ] 朱冬生， 郭新超， 刘庆亮． 扭曲管管内传热及流动特 性数值模拟[ J ] ． 流体机械， 2 0 1 2 ， 4 0 2 6 3 6 7 ． [ 5 ] 张莹莹， 高磊， 纪强． 双相不锈钢管子与管板胀接工 艺研究[ J ] ． 压力容器， 2 0 0 8 ， 2 5 1 2 1 82 1 ． [ 6 ] 张建． S 3 2 2 0 5双相钢管与管板胀接工艺参数确定 [ J ] ． 机械工程师， 2 0 1 3 2 1 1 31 1 4 ． [ 7 ] 曹宫衡． 新型超高液压胀管技术的原理与实践[ J ] ． 压力容器， 2 0 0 1 ， 1 8 5 4 1 4 2 ． [ 8 ] 周林云 ， 马青年． 液压胀管 的原理与应用[ J ] ． 压力 容器， 2 0 0 2 ， 1 9 5 5 0 5 2 ． [ 9 ] 马青年， 周林云． 液压胀管法在冷凝器上的应用 [ J ] ． 压力容器， 2 0 0 9 ， 2 6 6 4 l一 4 5 ． ． 7 6 [ 1 0 ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] 王守革， 李国继 ， 王晓强． 液压胀管技术 的应用 [ J ] ． 压力容器， 2 0 0 3 ， 2 0 2 2 4 2 7 ． 国家质量技术监督局． 压力容器安全技术监察规 程 f S ] ． 1 9 9 9 ． G B 1 5 1 --1 9 9 9 ， 管壳式换热器[ S ] ． 徐佳 ， 李国继． 液压胀管与机械胀管技术对比[ J ] ． 锅炉制造 ， 2 0 0 6 3 6 5 6 6 ． 收稿 日期 2 0 1 4 0 1 0 6 修稿 日期 2 0 1 4一 叭 一 2 4 作者简介 刘英东 1 9 8 4一 ， 男， 助理工程师， 主要从事压 力容器制造工艺及技术管理工作 ， 通信地址 1 1 6 0 3 2辽宁 省大连市甘井子区海北路 2号大连 日立机械设备有限公 司 ， Em a i l d o n g d o n g 3 0 9 6 1 6 3 ． c o rn。