CN103203420B - 一种换热管与管板及防冲套管胀接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换热管与管板及防冲套管胀接方法，包括换热管与管板的胀接和换热管与防冲套管的胀接：第一步：换热管与管板的胀接，带防冲套管的换热管区域不胀接，胀接长度L3=换热管长度L1-防冲套管长度L2；第二步：换热管与防冲套管胀接，胀接长度为L2。采用本发明所述换热管与管板及防冲套管胀接方法，防冲套管区域不再重复胀接，保护了防冲套管区域内的换热管使用寿命，并彻底解决高压加热器产品中防冲套管及换热管贴合不紧、易脱落的问题；解决了换热管与管板胀接时胀杆断裂的问题，产品的质量大幅提高，同时换热管与管板胀接时的胀接长度和胀接时间缩短，减少了胀接操作的难度。

Description

一种换热管与管板及防冲套管胀接方法

技术领域

本发明涉及一种换热管与管板及防冲套管胀接方法，属于胀接技术领域。

背景技术

常规火电高压加热器，简称“高加”，是电厂回热系统的重要设备之一，它是利用汽轮机的抽汽、加热给水以提高热效率的换热管设备。由于管板两侧即管侧和汽侧的压差很大，高加换热管和管板的连接方式通常采用的是封口焊与胀接相结合的方式。换热管管板胀接的目的是为了消除换热管管板之间的间隙，减少换热管的震动，保护封口焊，消除缝隙腐蚀。

如图1所示，高加包括换热管1、管板2和防冲套管3，目前，在高压、高温条件下工作，换热管1与管板2的连接部位是高加产品中最薄弱的环节，换热管1与管板2的连接却是高加制造中非常关键和非常重要的工序，是产品质量控制的关键点；同时，由于高加水室给水进口侧由于受到大流量的给水产生涡旋，冲刷着管端，因此，换热管1在给水进口处容易发生破损，形成图1中所示的给水破坏处4。为了保护进口侧的换热管，在高加疏冷段换热管1内装有带翻边180°的不锈钢防冲套管3，同时防冲套管还可以保护给水进口侧换热管封口焊焊缝；为了控制产品的质量，换热管与管板、防冲套管均须进行胀接。

当电厂运行时防冲套管出现脱漏，就无法保护封口焊，长期在给水冲刷作用下，容易损伤封口焊，使水进入壳侧，危急设备运行安全。同时脱漏的防冲套管留在系统管路中，也会危急机组安全。由于防冲套管脱落造成的电厂返修情况非常多，根据统计，2008年～2009年外部质量反馈单中内衬管脱落占33％。因此，急需解决现有防冲套管由于胀接问题而最终导致使用时出现脱落的问题。

由于高加规格多，高加的管板厚度范围为400～700mm；对于这种厚度的高加，为了保证胀紧力的均匀准确以及胀接效果、效率，一般采用液压胀接的方式。常用的液压胀接有两种形式：“O”型圈式和液袋式。由于液袋容易破损，所以“O”型圈式的液压胀方式更普遍。“O”型圈式的液压胀接是在液压胀杆芯轴两端设置 “O”形环密封圈以密封胀管介质,常用“O”型圈的厚度为10mm。采用“O”型圈式胀接的方式对换热管内径公差要求严格，在换热管待胀区域内，换热管壁厚须均匀、换热管不应出现局部突变或椭圆形,原则上要求换热管圆度偏差≤0.1mm；同一批换热管内径之间的差值??内≤0.1mm。高加换热管与管板液压胀时，胀接长度为管板厚度，高加的管板厚度为400～700mm时，胀接长度为L1=400～700mm；胀杆长度为: 胀接长度-前“O”型圈厚度-后“O”型圈厚度=L1-10mm-10mm。

当换热管及其管内壁承受着冲刷腐蚀，这种腐蚀是一种局部加速磨蚀过程，由于水、悬浮粒或汽包等的长期冲刷，换热管内壁的氧化保护膜遭到破坏，逐渐形成腐蚀区。影响腐蚀的因素多，例如从接管进入水室的水速，水室内的漩涡和扰流，给水在管口突然转弯进入传热管内以及进入管内的水速和扰流、水运行温度、溶解含氧量、PH值、悬浮物量或者其他如表面粗糙度、金属的成分和质量等。而换热管口又恰是最薄弱的环节，管口焊缝很小，它既受到恶劣工作条件的各种应力，又受到冲刷腐蚀，势必降低使用寿命，一旦冲蚀磨穿后就会腐蚀。因此，为防止冲刷腐蚀，在给水进口侧装不锈钢的防冲套管，进行防磨措施。通过大量的试验，冲刷最严重的区域为给水进口侧100 mm，故防冲套管的长度设计为100 mm长。通过防冲套管的抵挡后，避开冲刷最严重的区域，保护了换热管寿命。防冲套管材质为06Cr19Ni10等奥氏体不锈钢，直径接近并略小于换热管内径的不锈钢换热管，即与换热管的间隙约为0.3 mm，长度为100 mm，厚度约0.4 mm，一端呈喇叭形。

换热管与管板胀接后，须将防冲套管插入在换热管的管口内，防冲套管的喇叭形端部遮蔽了换热管口焊缝及管端面。当换热管与管板胀接后，防冲套管再与换热管进行胀接，防冲套管被胀紧而紧贴在换热管内壁。

在传统的胀接方式里：换热管与管板胀接的长度L1，该长度包括了防冲套管区域,这种方法操作时：胀杆长度长、胀接操作的难度大，胀接时胀杆容易断裂在换热管内，且采用这种胀接方式时，防冲套管与换热管胀接时，对防冲套管区域进行了重复第二次胀接，运行时发现防冲套管有胀不紧的现象，这种胀接方式质量不是很理想。

采用传统方式时：换热管在液压胀接时胀杆深入到换热管管内，换热管在液压作用下，发生塑性变形。管板发生弹性变形，卸压后，由于管板的弹性回复而永久地箍紧换热管，从而使换热管与管板间产生胀紧力。虽然换热管与管板的液压胀消除了换热管与管板间隙，但这种全程胀方式的缺陷是：换热管在全程液压胀的形式下产生了塑性变形，产生了硬化现象。当防冲套管放入后，该区域进行了重新的第二次胀接，防冲套管与换热管装配处间隙增大，当对防冲套管与换热管采用“O”型圈式液压胀的方式时，因O型圈的胀接方式对换热管内径公差要求严格，当换热管产生塑性变形后，防冲套管与换热管胀接产生的塑性变形量增大，放入防冲套管的O型圈会产生密封不严的现象，防冲套管与换热管胀接效果不好，造成防冲套管胀不紧、运行时容易脱落现象。

为改变这种现象，在满足图纸拉脱力的要求情况下，还进行了以下几种胀接试验：

1）.换热管和防冲套管同时液压胀。

通过多次胀接试验发现：这种同时液压胀的方式，胀接试验不成功。

2）.分段胀：先在换热管端部与尾部各50mm液压胀，再胀防冲套管100mm，防冲套管也采用液压胀。

通过多次胀接试验发现：试验中分段胀效率太低，拉托力达不到图纸技术要求，也不能解决防冲套管/U形管不能完全贴胀的现状。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种换热管与管板及防冲套管胀接方法，采用该胀接方法后，胀杆不易断裂，防冲套管不易脱落，解决高加产品中防冲套管及换热管不能完全贴胀的技术问题，从而能有效的解决上述现有技术中存在的问题。

本发明目的通过下述技术方案来实现：一种换热管与管板及防冲套管胀接方法，包括换热管与管板的胀接和换热管与防冲套管的胀接：

第一步：换热管与管板的胀接，与防冲套管贴合区域内的换热管不胀接，胀接长度L3=换热管长度L1-防冲套管长度L2；

第二步：当换热管与管板胀接后，换热管与防冲套管胀接，胀接长度为L2。

作为优选，在第一步中，换热管与防冲套管的贴合间隙保持在0.3mm间隙范围内；第二步中，换热管与防冲套管胀接后的扩径量大于换热管与防冲套管的0.3mm的贴合间隙。

作为优选，换热管与管板胀接时的胀杆长度S=换热管长度L1-防冲套管长度L2–前O型圈厚度D1-后O型圈厚度D2。

作为优选，在第一步中，采用液压胀，在第二步中，采用机械胀或者液压胀。

作为优选，在第一步中，换热管与管板液压胀包括以下步骤：

a.胀接前准备工作：

检查液压胀接设备各系统是否处于正常状态；

胀接前对换热管的要求：选用胀接换热管的硬度低于管板硬度HB20-30；

胀接前对管板的要求：管板的管孔粗糙度应不低于Ra12.5μm；

换热管与管板采用液压胀接，属于强度胀接方式；

b.胀接后的检查:胀接后逐孔检查扩径量，对于不足胀管率下限的换热管进行补胀；

作为优选，换热管与管板采用液压胀接形式时：胀接压力值在150-290 Mpa，保压≥5秒-8秒。

作为优选，换热管与管板采用液压胀接形式时：在液压胀杆芯轴两端设置“O”型环密封圈以密封胀管介质，“O”形密封圈的外径与换热管内径相对应。

作为优选，在第二步中，换热管与防冲套管的胀接包括以下步骤：

a.待换热管与管板胀接合格后，将防冲套管放入换热管内，防冲套管与换热管为贴胀形式；胀接时，防冲套管外壁紧贴换热管管孔内壁，采用机械胀或者液压胀；当采用机械胀接，在防冲套管内用胀珠进行胀接，利用机械胀管器胀杆作机械转动使防冲套管与换热管间产生胀紧力，胀接两次；当采用液压胀接，在防冲套管内用在液压胀杆芯轴两端设置“O”型环密封圈以密封胀管介质进行液压胀接，胀接一次。

b.当防冲套管贴胀完毕后，检查外观质量，并用小锤轻击带防冲套管的换热管段，监听贴胀质量。

作为优选，换热管与管板胀接前，进行数组胀接压力值工艺试验和拉脱力测试，满足设计技术要求后，最终确定胀接的胀接压力值，将该数值移植到产品胀接时使用。

与现有技术相比，本发明的有益效果：采用本发明所述换热管与管板及防冲套管胀接方法，防冲套管区域不再重复胀接，保护了防冲套管区域内的换热管使用寿命，并彻底解决高加产品中防冲套管及换热管贴合不紧、易脱落的问题，减少了换热管与管板胀接的长度，解决胀杆断裂的问题，缩短了胀接时间，产品的质量大幅提高。

附图说明

图1是现有技术中换热管、管板及防冲套管的结构示意图；

图2是本发明中换热管、管板及防冲套管的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

如图2所示，一种换热管与管板及防冲套管胀接方法，包括换热管与管板的胀接和换热管与防冲套管的胀接：

第一步：换热管与管板的胀接，与防冲套管贴合区域内的换热管不胀接，胀接长度L3=换热管长度L1-防冲套管长度L2；换热管与防冲套管的贴合间隙保持在0.3mm间隙范围内；

第二步：当换热管与管板胀接后，换热管与防冲套管胀接，胀接长度为L2；采用机械胀或者液压胀；换热管与防冲套管胀接后的扩径量大于换热管与防冲套管的0.3mm的贴合间隙。

换热管与管板胀接时的胀杆长度S=换热管长度L1-防冲套管长度L2–前O型圈厚度D1-后O型圈厚度D2。

实施例：一种换热管与管板及防冲套管胀接方法，包括以下详细步骤：

一、首先进行换热管与管板的胀接。

1、胀接工序：换热管与管板胀接前，进行数组胀接压力值工艺试验和拉脱力测试，满足设计技术要求后，最终确定胀接的胀接压力值，将该数值移植到产品胀接时使用；换热管与管板主要采用先焊后胀的形式，胀接工序安排在换热管与管板封口焊结束、气密性检漏合格后进行。

2、封口焊后，管口有微量缩口，须用专用扩口工装进行扩口至胀头放进为止。

3、胀前清理：为保证胀头能顺利进入管内，同时也避免“O”形密封圈受到损伤降低使用寿命，胀前必须做好管口清理和管内的清理工作。

3.1、管口清理：封口焊后换热管内壁留有影响通径的残余焊瘤或焊缝表面有尘角，毛刺等不光整现象，应用锉刀磨去，保证管口光滑。

3.2、管内的清理：先用压缩空气吹净管内杂物，然后用清洗棒等专用工装清洗，清洗时按使用要求操作，以免对换热管内壁造成划痕，沾洗涤剂沿管口至胀接区域清洗，除去锈蚀、灰尘。

4、胀前准备工作：

4.1、液压胀接设备使用前，操作者认真检查各系统是否处于正常状态。

5、胀前对换热管要求：

采用胀接工艺的换热管硬度应比管板低为好，当换热管硬度大于管板硬度时，扩胀后的残余接触压力是比较低的，而换热管硬度小于管板硬度时，扩胀后的残余接触压力是比较高的。为此，采用胀接工艺的换热管硬度应比管板低HB20～30，这样更易获得好的胀紧力。

6、胀前对管板管孔要求：

粗糙的管板管孔，接头有较大的拉脱强度，但其密封性能较差；管板管孔光滑，接头密封性能好，但拉脱强度差，一般说来，接头的拉脱强度较易满足，而密封性能则较为困难。接头往往是因泄漏而导致失效的，为此，提高管板孔粗糙度保证接头的密封性更为重要。用于胀接的管板孔粗糙度应不低于Ra12.5μm。 

7、换热管与管板间的胀紧力选取：

换热管与管板胀接为强度胀接，强度胀是为保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的胀接。换热管与管板间的胀紧力取决于胀紧压力及换热管与管板的几何尺寸，材料屈服限。当采用液压胀接时，应控制胀接压力以保证胀紧度。当胀接要求为强度胀时，设计图纸须有明确胀接拉脱力要求。根据设计要求，通过工艺试验最终选取满足胀接拉脱力要求的胀接压力值在150～290 Mpa，保压≥5秒～8秒。

8、操作过程：

换热管与管板液压胀接时，设备采用超高压胀管机、胀管枪, 密封胀管介质采用“O”型圈液压胀接技术。“O”型圈是在液压胀杆芯轴两端设置 “O型”密封圈以密封胀管介质，“O”形密封圈外径与换热管内径相对应。胀接压力通过芯轴的中心孔施加到换热管的内表面，使换热管发生塑形变形而与管板连接在一起。

胀接时，换热管与管板间的胀紧力完全由所选定的胀接压力决定，胀接长度由胀杆精确控制，胀紧力准确。由于采用液压均匀作用于管壁，管材内应力小且无机械损伤，施胀均匀，管板受力好，换热管被胀表面洁度、光滑，胀接与非胀接过渡区呈流线型圆滑过渡；液压胀接设备易于操作和移动，液压胀接的效率高，液压胀管不受深度和长度的限制，根据设计需要可随意选取胀接距离。

9、胀接后的检查：

胀接后逐孔检查扩径量，对于不足胀管率下限的换热管进行补胀。

二、防冲套管与换热管的胀接。

待换热管与管板胀接合格后，将防冲套管放入换热管内，防冲套管与换热管为贴胀型式。贴胀仅为消除换热管孔与防冲套管之间间隙的轻度胀接。故只须对防冲套管按规定、材质、外观检查检验合格后就可以进行防冲套管与换热管之间的胀接。胀接时使的防冲套管外壁紧贴管孔内壁，并带一定的胀紧力。采用机械胀或者液压胀：当采用机械胀接，在防冲套管内用胀珠进行胀接，利用机械胀管器胀杆作机械转动使防冲套管与换热管间产生胀紧力，机械胀接时扭矩值一般为2～4NM，当防冲套管长L=100mm，因胀管器设备长度原因须两次胀接；当采用液压胀接，在防冲套管内用在液压胀杆芯轴两端设置“O”型环密封圈以密封胀管介质进行液压胀接，操作原理与方法同换热管与管板胀接相同，仅需一次胀接，贴胀的胀接压力值在80～100 Mpa，保压5秒，胀杆长度L=100-前O型圈厚度D1-后O型圈厚度D2。

贴胀只须消除空隙，只要求胀接后扩径量≥间隙即可。当防冲套管贴胀完毕后，应检查外观质量，并用小锤轻击接近带防冲套管的换热管段，监听贴胀质量。监听参考：贴胀紧密时，其声音沉闷；而未贴紧时，声音较清脆。

液压胀杆的设计：采用 “O”型圈液压胀接技术，“O”型圈是在液压胀杆芯轴两端设置 “O形密封圈以密封胀管介质，胀接压力通过芯轴的中心孔施加到换热管的内表面，使换热管发生塑形变形而与管板连接在一起。液压胀接时，胀接长度由胀杆精确控制。

将本发明胀接方法和现有胀接方法进行对比试验，试验数据如表一所示，采用本发明胀接方法所得拉脱力在32.43KN～41.99KN之间，满足拉脱力＞18.5KN的设计要求。

表一为胀接试验表。

在表一中：

传统的胀接形式：L=20+460+20,其中：L为胀接长度，前后20mm是表示不胀的地方，一般O型圈厚度为10mm，前后10mm不胀即可，试验时是多留些间隙或尺寸；

本发明的胀接形式：L=120+360+20,其中：L为本发明的胀接长度，前120mm是表示防冲套管的地方，暂时不胀接。后20mm表示包括O型圈厚度的地方，可以不胀。

胀接长度L3=换热管长度L1-防冲套管长度L2；其中L3是本发明胀接型式下，新的胀接长度，L2=防冲套管的长度，L1=总胀接区域的换热管长度。

换热管与管板胀接时的胀杆长度S=换热管长度L1-防冲套管长度L2–前O型圈厚度D1-后O型圈厚度D2；其中：S是某产品换热管与管板胀接长度时，所使用液压胀杆长度，L1=总的胀接区域的换热管长度，L2=防冲套管长度，D1=前O型圈厚度，D2=后O型圈厚度。 

采用本发明所述换热管与管板及防冲套管胀接方法，防冲套管区域不再重复胀接，保护了防冲套管区域内的换热管使用寿命，并彻底解决高加产品中防冲套管及换热管贴合不紧、易脱落的问题，减少了换热管与管板胀接的长度，解决胀杆断裂的问题，缩短了胀接时间，产品的质量大幅提高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种换热管与管板及防冲套管胀接方法，其特征在于：包括换热管与管板的胀接和换热管与防冲套管的胀接：

第一步：换热管与管板的胀接，与防冲套管贴合区域内的换热管不胀接，胀接长度L3=换热管长度L1-防冲套管长度L2；

第二步：当换热管与管板胀接后，换热管与防冲套管胀接，胀接长度为L2。

2.如权利要求1所述的换热管与管板及防冲套管胀接方法，其特征在于：在第一步中，换热管与防冲套管的贴合间隙保持在0.3mm间隙范围内；第二步中，换热管与防冲套管胀接后的扩径量大于换热管与防冲套管的0.3mm的贴合间隙。

3.如权利要求1所述的换热管与管板及防冲套管胀接方法，其特征在于：换热管与管板胀接时的胀杆长度S=换热管长度L1-防冲套管长度L2–前O型圈厚度D1-后O型圈厚度D2。

4.如权利要求1所述的换热管与管板及防冲套管胀接方法，其特征在于：在第一步中，采用液压胀，在第二步中，采用机械胀或者液压胀。

5.如权利要求4所述的换热管与管板及防冲套管胀接方法，其特征在于：在第一步中，换热管与管板液压胀包括以下步骤：

a.胀接前准备工作：

检查液压胀接设备各系统是否处于正常状态；

胀接前对换热管的要求：选用胀接换热管的硬度比管板硬度低HB20-30；

胀接前对管板的要求：管板的管孔粗糙度应不低于Ra12.5μm；

换热管与管板采用液压胀接，属于强度胀接方式；

b.胀接后的检查:胀接后逐孔检查扩径量，对于不足胀管率下限的换热管进行补胀。

6.如权利要求5所述的换热管与管板及防冲套管胀接方法，其特征在于：换热管与管板采用液压胀接形式时：胀接压力值在150-290 Mpa，保压≥8秒。

7.如权利要求5所述的换热管与管板及防冲套管胀接方法，其特征在于：换热管与管板采用液压胀接形式时：在液压胀杆芯轴两端设置“O” 形密封圈以密封胀管介质，“O”形密封圈的外径与换热管内径相对应。

8.如权利要求1所述的换热管与管板及防冲套管胀接方法，其特征在于：在第二步中，换热管与防冲套管的胀接包括以下步骤：

a.待换热管与管板胀接合格后，将防冲套管放入换热管内，防冲套管与换热管为贴胀形式；胀接时，防冲套管外壁紧贴换热管管孔内壁，采用机械胀或者液压胀；当采用机械胀接，在防冲套管内用胀珠进行胀接，利用机械胀管器胀杆作机械转动使防冲套管与换热管间产生胀紧力，胀接两次；当采用液压胀接，在防冲套管内用在液压胀杆芯轴两端设置“O”型环密封圈以密封胀管介质进行液压胀接，胀接一次；

b.当防冲套管贴胀完毕后，检查外观质量，并用小锤轻击带防冲套管的换热管段，监听贴胀质量。

9.如权利要求1所述的换热管与管板及防冲套管胀接方法，其特征在于：换热管与管板胀接前，进行数组胀接压力值工艺试验和拉脱力测试，满足设计技术要求后，最终确定胀接的胀接压力值，将该胀接压力值移植到产品胀接时使用。