CN109396770B - 一种胀接鼓包u形换热管的更换方法以及特制直角镗刀 - Google Patents

一种胀接鼓包u形换热管的更换方法以及特制直角镗刀 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种胀接鼓包U形换热管的更换方法以及特制直角镗刀，更换方法包括如下步骤：切开封头环缝；采用直角镗刀镗断换热管；机加换热管胀接段内壁；从管束尾部拔出换热管；机加管端焊缝，穿连接绳，敲击鼓包短节，使其松动并顺着连接绳滑至接管口，取出鼓包短节；穿入新换热管，封闭外壳；直角镗刀包括刀柄和固设于刀柄前端的刀杆，刀杆端部可拆卸固定连接有一个垂直于其轴向的刀刃。本发明采用直角镗刀将换热管镗断，将镗断的换热管从管束尾部拔出，再对胀接段内壁机加减薄，在刀具削力、切削热的作用下，使换热管与管板孔的胀接应力得到释放，再机加管端焊缝并穿连接绳，使鼓包短节滑至接管口并取出短节，穿入新管，封闭外壳，完成换管。

Description

一种胀接鼓包U形换热管的更换方法以及特制直角镗刀
技术领域
本发明涉及管壳式换热器生产制造技术领域，特别涉及一种胀接鼓包U形换热管的更换方法以及用于更换胀接鼓包U形换热管方法中的特制直角镗刀。
背景技术
在管壳式U形管式换热器的制造过程中，在换热器U形管束外圈的换热管与管板胀接时，胀前需核对胀接长度。如果未核对胀接长度而错用胀杆，将会导致胀接超出管板壳侧表面，换热管将会出现鼓包，称为换热管胀接鼓包；换热管一旦发生胀接鼓包，就需要将其更换掉，而换管的关键在于拔管。由于换热管胀接鼓包处的外径大于管板及折流板的孔径，因此无法采用拔管机将换热管从管板或折流板孔内直接拔出，从而大大增加了更换胀接鼓包换热管的难度。
为此，现急需研发出一种能有效更换胀接鼓包U形换热管的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述不足提供一种胀接鼓包U形换热管的更换方法以及特制直角镗刀。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种胀接鼓包U形换热管的更换方法，包括如下步骤：切开外壳筒体尾部与封头之间的环缝；将直角镗刀装配在钻床上，并采用直角镗刀从U形换热管鼓包段前端的未胀管段内壁将U形换热管镗断；采用钻床对U形换热管胀接段内壁进行机加，减薄U形换热管胀接段壁厚；从U形换热管束尾部将镗断的大段U形换热管拔出外壳筒体；采用钻床机加去除鼓包短节端部与管板之间的焊缝，拆开接管水压端盖，再从鼓包短节管口穿入连接绳并从接管口穿出，之后敲击鼓包短节，使鼓包短节松动并顺着连接绳滑至接管口，取出鼓包短节；穿入新U形换热管，并将新U形换热管与管板进行焊接及胀接；重新焊接外壳筒体尾部与封头之间的环缝，封闭外壳筒体。
所述切开外壳筒体尾部与封头之间的环缝这一步骤只需在将镗断的大段U形换热管拔出外壳筒体这一步骤之前进行即可。
所述采用直角镗刀从U形换热管鼓包段前端的未胀管段内壁将U形换热管镗断这一步骤可与采用钻床对U形换热管胀接段内壁进行机加这一步骤互换。
所述采用钻床机加去除鼓包短节端部与管板之间的焊缝这一步骤可与拆开接管水压端盖这一步骤互换。
进一步，在镗断胀接鼓包U形换热管前，需先转动外壳筒体组件，使胀接鼓包U形换热管正下方没有其它U形换热管布置，以防止机加时铁屑在重力作用下落在胀接鼓包换热管周围的换热管束上而无法清理。
进一步，在采用钻床并配合机加刀具对U形换热管胀接段内壁进行机加时，刀具直径的选择至少应比管板孔允许最大孔径小0.5mm以上，且刀具采用外排屑设计，以避免机加时损伤管板孔以及方便排屑。
进一步，所述连接绳从外壳筒体的接管口穿出时，需从与鼓包短节邻近的接管口穿出，从而使鼓包短节滑动最小的行程，使其快速滑至接管口，并取出鼓包短节。
进一步，在重新焊接外壳筒体尾部与封头之间的环缝前，需重新打磨成型环缝坡口，并且要求割口越小越好，以便将外壳筒体组件重新焊接成型后，使其总长变短量保持在10-15mm范围内，同时在重新打磨坡口的过程中，需对换热管束进行遮盖保护处理，以防止打磨铁屑对换热管束造成污染及损伤。
进一步，在重新焊接好外壳筒体尾部与封头之间的环缝后，需对该环缝进行探伤，探伤方式为首层、每三层PT以及最终焊缝PT/UT，保证焊缝质量。
本发明还公开了一种实现所述更换胀接鼓包U形换热管方法中的特制直角镗刀，所述的直角镗刀包括可装配固定在钻床上的圆柱形刀柄和固设于所述刀柄前端的圆柱形刀杆，所述刀杆的端部可拆卸固定连接有一个垂直于其轴向的刀刃，且所述的直角镗刀还需满足如下要求：刀杆半径与刀刃凸出刀杆的长度之和大于或等于换热管外径的一半；刀杆直径与刀刃凸出刀杆的长度之和小于换热管外径与两倍换热管壁厚之差，这样既能实现将直角镗刀的刀杆伸入到换热管内，还能通过直角镗刀的刀刃从换热管内壁将换热管镗断。
进一步，所述的刀刃为硬质合金刀刃。
本发明的有益效果是：
本发明采用特制直角镗刀并配合数控落地镗床将换热管从鼓包段前方的未胀管段内壁镗断，然后切开封头环缝，先将镗断的大段换热管从换热管束尾部拔出外壳筒体，之后再采用机加刀具对换热管胀接段内壁进行机加减材，减薄胀接段壁厚，换热管与管板之间的界面接触应力P c会因管壁减薄和机加刀具切削力及切削热应力的相互综合作用下而减小，并且管壁机加减薄量Δ r越大，P c减小越明显，相当于在半径r+Δ r处的残余应力σr+Δr消失，为维持受力平衡，P c相应减小，从而使换热管与管板孔之间的界面胀接应力得到显著释放，之后机加去除鼓包短节管端焊缝，再从鼓包短节管口穿入连接绳，并从与管板邻近的外壳筒体接管口穿出，通过敲击鼓包短节使之松动，使其顺着连接绳滑至接管口，从而顺利地将鼓包短节取出，最后只需重新穿入新换热管，并装焊密封外壳筒体即可；由此可知，采用本发明的胀接鼓包U形换热管更换方法，可顺利地完成对胀接鼓包U形换热管的更换，从而有效克服了现有技术中采用拔管机无法直接将胀接鼓包U形换热管拔出折流板或管板孔的缺点，同时本发明也无需使用扁铲来剔除管板中的胀接段，因此也不会伤及管板孔，所以本发明的胀接鼓包U形换热管更换方法非常值得广泛推广与使用。
附图说明
图1是卧式固定管板U形管式换热器的结构示意图；
图2是采用直角镗刀镗断换热管的示意图；
图3是换热管胀接段内壁机加减材的示意图；
图4是换热管与管板之间的界面应力分析模型示意图；
图5是图4的A-A向剖视图；
图6是拔取鼓包短节的示意图；
图7、图8是直角镗刀的结构示意图；
图中标记为：1-外壳筒体，2-封头，3-U形换热管，4-鼓包段，5-未胀管段，6-胀接段，7-管板，8-焊缝，9-接管，10-连接绳，11-环缝，12-刀柄，13-刀杆，14-刀刃，15-直角镗刀，16-钻头，17-鼓包短节，d 0-刀杆直径，L 0-刀刃凸出刀杆的长度，D-U形换热管外径，δ-U形换热管壁厚，a-切断处。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1-图8所示，本发明胀接鼓包U形换热管的更换方法，包括如下步骤：采用切割砂轮机切开外壳筒体1尾部与封头2之间的环缝11；将直角镗刀15装配固定在钻床上，并采用直角镗刀15从U形换热管3鼓包段4前端的未胀管段5内壁将U形换热管3镗断；采用钻床对U形换热管3胀接段6内壁进行机加，减薄U形换热管3胀接段6壁厚；从U形换热管束尾部将镗断的大段U形换热管3拔出外壳筒体1；采用钻床机加去除鼓包短节17端部与管板7之间的焊缝8，拆开接管9水压端盖，再从鼓包短节17管口穿入连接绳10并从接管口穿出，之后敲击鼓包短节17，使鼓包短节17松动并顺着连接绳10滑至接管口，取出鼓包短节17；穿入新U形换热管3，并将新U形换热管3与管板7进行焊接及胀接；重新焊接外壳筒体1尾部与封头2之间的环缝11，封闭外壳筒体1；重新焊妥接管9水压端盖，并进行气密性试验。
在镗断胀接鼓包U形换热管前，需先转动外壳筒体组件，使胀接鼓包U形换热管正下方没有其它U形换热管布置，以防止机加时铁屑在重力作用下落在胀接鼓包换热管周围的换热管束上而无法清理。
在采用钻床并配合机加刀具对U形换热管3胀接段6内壁进行机加时，刀具尺寸规格需根据机加时的圆跳动精度来选择，具体的，刀具直径的选择至少应比管板孔允许最大孔径小0.5mm以上，且刀具采用外排屑设计，以避免机加时损伤管板孔以及方便排屑。
所述连接绳10从外壳筒体1的接管口穿出时，需从与鼓包短节17邻近的接管口穿出，从而使鼓包短节17滑动最小的行程，使其快速滑至接管口，并取出鼓包短节17。
在重新焊接外壳筒体1尾部与封头2之间的环缝11前，需重新打磨成型环缝坡口，并且要求割口越小越好，以便将外壳筒体组件重新焊接成型后，使其总长变短量保持在10-15mm范围内，以满足标准要求，同时在重新打磨坡口的过程中，需对换热管束进行遮盖保护处理，以防止打磨铁屑对换热管束造成污染及损伤。
在重新焊接好外壳筒体1尾部与封头2之间的环缝11后，需对该环缝11进行探伤，探伤方式为首层、每三层PT以及最终焊缝PT/UT，保证焊缝质量。
需要说明的是：所述切开外壳筒体1尾部与封头2之间的环缝11这一步骤只需在将镗断的大段U形换热管3拔出外壳筒体1这一步骤之前进行即可；所述采用直角镗刀15从U形换热管3鼓包段4前端的未胀管段5内壁将U形换热管3镗断这一步骤可与采用钻床对U形换热管3胀接段6内壁进行机加这一步骤互换；所述采用钻机加去除鼓包短节17端部与管板7之间的焊缝8这一步骤可与拆开接管9水压端盖这一步骤互换。
本发明还公开了一种实现所述更换胀接鼓包U形换热管方法中的特制直角镗刀，所述的直角镗刀15包括可装配固定在钻床上的圆柱形刀柄12和固设于所述刀柄12前端的圆柱形刀杆13，所述刀杆13的端部可拆卸固定连接有一个垂直于其轴向的硬质合金刀刃14，以方便对刀刃14进行更换以及保证刀刃14的使用强度，并且所述的直角镗刀15尺寸规格还需满足如下要求：刀杆半径d 0/2与刀刃凸出刀杆的长度L 0之和大于或等于U形换热管外径D的一半；刀杆直径d 0与刀刃凸出刀杆的长度L 0之和小于U形换热管外径D与两倍U形换热管壁厚δ之差；这样既能实现将直角镗刀15的刀杆13伸入到U形换热管3内，还能通过直角镗刀15的刀刃14从U形换热管3内壁将U形换热管3镗断。
所述的钻床采用数控落地镗床或移动式万向摇臂钻床。
本发明采用特制直角镗刀并配合数控落地镗床将换热管从鼓包段前方的未胀管段内壁镗断，然后切开封头环缝，先将镗断的大段换热管从换热管束尾部拔出外壳筒体，之后再采用机加刀具对换热管胀接段内壁进行机加减材，减薄胀接段壁厚，换热管与管板之间的界面接触应力P c会因管壁减薄和机加刀具切削力及切削热应力的相互综合作用下而减小，并且管壁机加减薄量Δ r越大，P c减小越明显，相当于在半径r+Δ r处的残余应力σr+Δr消失，为维持受力平衡，P c相应减小，从而使换热管与管板孔之间的界面胀接应力得到显著释放，之后机加去除鼓包短节管端焊缝，再从鼓包短节管口穿入连接绳，并从与管板邻近的外壳筒体接管口穿出，通过敲击鼓包短节使之松动，使其顺着连接绳滑至接管口，从而顺利地将鼓包短节取出，最后只需重新穿入新换热管，并装焊密封外壳筒体即可；由此可知，采用本发明的胀接鼓包U形换热管更换方法，可顺利地完成对胀接鼓包U形换热管的更换，从而有效克服了现有技术中采用拔管机无法直接将胀接鼓包U形换热管拔出折流板或管板孔的缺点，同时本发明也无需使用扁铲来剔除管板中的胀接段，因此也不会伤及管板孔，所以本发明的胀接鼓包U形换热管更换方法非常值得广泛推广与使用。
实施例
下面以某二代加核级换热器为例，来详细说明本发明胀接鼓包U形换热管的更换方法：
该管壳式换热器是卧式固定管板U形管式换热器，其主要由管箱、外壳、管板管束组件以及支座等附件组成，其管箱、管板管束材质为022Cr19Ni10，外壳筒体材质为20、20HR-B，外壳筒体规格为ф406.4mm×8.74，U形换热管规格为φ14mm×1，数量为79根；管板管束组件与外壳筒体焊成整体后，在进行U形换热管与管板强度胀接时，U形管束外圈有2根换热管发生胀接鼓包。
由于胀接鼓包换热管位于管束外圈，按TEMA标准要求，不能堵管，只能进行换管，为此可采用本方法来更换发生胀接鼓包的2根换热管。
具体更换步骤为：
第1步，切开封头环缝；先采用切割砂轮机杀开外壳筒体尾部与封头之间的环缝，并重新打磨焊缝坡口成型；要求割口越小越好，以便将外壳筒体组件重新焊接成型后的总长变短量控制在10-15mm范围内，满足标准要求；重新打磨坡口时，应对换热管束进行遮盖保护处理，以防止打磨铁屑造成管束污染及损伤；
第2步，镗断换热管并机加换热管内壁；在开始加工前，先将外壳筒体组件进行转动，使270°四象限正好处于垂直于镗床工作平台的正下方位置，使胀接鼓包U形换热管正下方没有其它U形换热管布置，以防止机加时铁屑在重力作用下落在胀接鼓包换热管周围的换热管束上而无法清理；夹紧固定后，先用直角镗刀配合数控落地镗床或移动式万向摇臂钻床从换热管鼓包段前端的未胀管段内壁将换热管镗断，之后再换φ13.5 mm的钻头16机加换热管胀接段内壁，减薄换热管胀接段壁厚；
第3步，拆开接管水压端盖、清理铁屑；先打磨拆除与鼓包短节邻近的接管水压端盖并重新制备坡口，将外壳筒体组件逆时针转动90°，以使机加铁屑能顺着外壳筒体内壁滑至接管附近，然后从接管端口将铁屑从外壳筒体内清理出来；
第4步，拔管、取鼓包短节；先从换热管束尾端将镗断的大段换热管拔出，然后机加去除管端焊缝，再从鼓包短节管口穿入连接绳，并从外壳接管口穿出，之后敲击鼓包短节使之松动，并使其顺着连接绳滑至接管口，取出鼓包短节，取出鼓包短节后，用内径百分表测得管板孔径最大φ14.39mm，满足设计要求；
第5步，重新穿入新管、封口焊，并利用产品余料焊接封口焊见证件；
第6步，重新装焊封头环缝；焊接按原工艺采用手工TIG焊打底+焊条电弧焊填充，确保单面焊双面成型；焊后由于换热管束干涉无法进行RT，因此采用首层、每三层PT以及最终焊缝PT/UT的探伤方式进行探伤，其中UT需制备对比试块，并参考国标NB/T47013.3-2015附录K执行，按NB/T47013.3-2015第6.5.1节验收；
第7步，重新焊妥接管水压端盖，并进行气密性试验；
第8步，重新进行液压胀，待胀接检查合格后，按原工艺进行氦检漏及壳程水压试验。
按上述步骤实施换管返修后，外壳筒体组件尺寸检查总长减小10mm，封头内壁与管束间仍有7mm的间隙，在可接受范围内，而且其余相关检查均一次性合格，返修顺利完成。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种胀接鼓包U形换热管的更换方法，其特征在于，包括如下步骤：切开外壳筒体（1）尾部与封头（2）之间的环缝（11）；将直角镗刀（15）装配在钻床上，并采用直角镗刀（15）从U形换热管（3）鼓包段（4）前端的未胀管段（5）内壁将U形换热管（3）镗断；采用钻床对U形换热管（3）胀接段（6）内壁进行机加，减薄U形换热管（3）胀接段（6）壁厚；从U形换热管束尾部将镗断的大段U形换热管（3）拔出外壳筒体（1）；采用钻床机加去除鼓包短节（17）端部与管板（7）之间的焊缝（8），拆开接管（9）水压端盖，再从鼓包短节（17）管口穿入连接绳（10）并从接管口穿出，之后敲击鼓包短节（17），使鼓包短节（17）松动并顺着连接绳（10）滑至接管口，取出鼓包短节；穿入新U形换热管，并将新U形换热管与管板（7）进行焊接及胀接；重新焊接外壳筒体（1）尾部与封头（2）之间的环缝（11），封闭外壳筒体（1）。
2.根据权利要求1所述的胀接鼓包U形换热管的更换方法，其特征在于，所述切开外壳筒体（1）尾部与封头（2）之间的环缝（11）这一步骤只需在将镗断的大段U形换热管（3）拔出外壳筒体（1）这一步骤之前进行即可。
3.根据权利要求2所述的胀接鼓包U形换热管的更换方法，其特征在于，所述采用直角镗刀（15）从U形换热管（3）鼓包段（4）前端的未胀管段（5）内壁将U形换热管（3）镗断这一步骤可与采用钻床对U形换热管（3）胀接段（6）内壁进行机加这一步骤互换。
4.根据权利要求3所述的胀接鼓包U形换热管的更换方法，其特征在于，所述采用钻床机加去除鼓包短节（17）端部与管板之间的焊缝（8）这一步骤可与拆开接管（9）水压端盖这一步骤互换。
5.根据权利要求1所述的胀接鼓包U形换热管的更换方法，其特征在于，在镗断胀接鼓包U形换热管前，需先转动外壳筒体组件，使胀接鼓包U形换热管正下方没有其它U形换热管布置。
6.根据权利要求1所述的胀接鼓包U形换热管的更换方法，其特征在于，在采用钻床并配合机加刀具对U形换热管（3）胀接段（6）内壁进行机加时，刀具直径的选择至少应比管板孔允许最大孔径小0.5mm以上，且刀具采用外排屑设计。
7.根据权利要求1所述的胀接鼓包U形换热管的更换方法，其特征在于，所述连接绳（10）从外壳筒体（1）的接管口穿出时，需从与鼓包短节（17）邻近的接管口穿出。
8.根据权利要求1所述的胀接鼓包U形换热管的更换方法，其特征在于，在重新焊接外壳筒体（1）尾部与封头（2）之间的环缝（11）前，需重新打磨成型环缝坡口，且在重新打磨坡口的过程中，需对换热管束进行遮盖保护。
9.根据权利要求1所述的胀接鼓包U形换热管的更换方法，其特征在于，在重新焊接好外壳筒体（1）尾部与封头（2）之间的环缝（11）后，需对该环缝（11）进行探伤，探伤方式为首层、每三层PT以及最终焊缝PT/UT。
10.一种实现权利要求1-9中任意一项所述的胀接鼓包U形换热管的更换方法中的特制直角镗刀，其特征在于，所述的直角镗刀（15）包括可装配固定在钻床上的刀柄（12）和固设于所述刀柄（12）前端的刀杆（13），所述刀杆（13）的端部可拆卸固定连接有一个垂直于其轴向的刀刃（14），且所述的直角镗刀（15）还需满足如下要求：刀杆半径d 0/2与刀刃凸出刀杆的长度L 0之和大于或等于U形换热管外径D的一半；刀杆直径d 0与刀刃凸出刀杆的长度L 0之和小于U形换热管外径D与两倍U形换热管壁厚δ之差。
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