CN109396851B - 一种管壳式换热器传热管微损取管装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种管壳式换热器传热管微损取管装置及工艺，目的在于提供一种新型管壳式换热器微损取管装置及工艺，在保证取管过程对换热器整体损害最小的前提下，完整取出传热管胀管过渡区。通过本发明的工艺取出的传热管包含完整胀管过渡区，最大程度保持了过渡区的原始状态，有利于开展传热管长期运行后的性能评价与失效机理研究。此外，该种取管工艺在取出传热管胀管过渡区后，对换热器整体的破坏小，对取管后的管孔使用焊接/机械堵头堵管后，换热器仍可继续运行，大大节约了各类经济资源。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种管壳式换热器传热管微损取管装置及工艺。
背景技术
换热器的功能是将管内侧高温水的热量传递给外侧变成蒸汽并保持其压力边界完整性，换热器最核心的部件是传热管。目前，通常使用的换热器是管壳式换热器，其传热管数量为数千根，呈U型结构构成管束，传热管两端与管壳式换热器管板连接是胀接加焊接形式。根据石油化工及核电站运行经验，管壳式换热器传热管的失效位置主要是在胀管过渡区，涡流在役检查人员通常可能在换热器传热管胀管过渡区发现超标缺陷信号而实施堵管。由于涡流检测技术的局限性，无法通过缺陷信号直接判断出传热管的具体失效形式，因此，将传热管胀管过渡区完整取出，并进行详细分析，对研究传热管运行过程中的主要失效机理和提高涡流检查的可靠性是必要的。
目前，将传热管胀管过渡区完整取出的一般方法是，将换热器整体解剖，采用锯切的方式将管板完全破坏，然后取出完整的胀管过渡区管段。此种取管方式虽可完整取出所需的传热管管段，但是对换热器造成了明显的破坏，使换热器无法继续运行使用，造成一定的经济损失。为了完整取出传热管胀管过渡区，同时保证取管过程不损伤或只轻微损伤换热器整体，使换热器具备继续运行的条件，需要开发一种管壳式换热器微损取管工艺，保证取管后换热器仍可继续运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型管壳式换热器微损取管装置及工艺，在保证取管过程对换热器整体损害最小的前提下，完整取出传热管胀管过渡区。
本发明是这样实现的：
一种管壳式换热器传热管微损取管装置，包括磁力钻固定工装、传热管内切刀、传热管顶出工装和取管顶棒；磁力钻固定工装用于固定磁力钻；传热管内切刀用于从内部切割传热管；传热管顶出工装用于插入传热管并向上顶紧；取管顶棒用于向上顶紧传热管顶出工装，从而实现传热管与管板的分离。
如上所述的磁力钻固定工装整体为“U”形板状，在上端面设置有定位孔，用于固定磁力钻；磁力钻固定工装采用碳钢或低合金钢制成。
如上所述的传热管内切刀包括底板、限位螺帽、膨胀螺钉和刀片；底板整体为方形板状，在下端面的左部开设有一个螺纹孔和一个光孔，分别用于固定限位螺帽和穿过刀片，在下端面的右部开设有多个安装孔，用于安装膨胀螺钉；限位螺帽用于限制底板和管板之间的相对位置；膨胀螺钉自下而上穿过底板后插入与切割对象的传热管相邻的其他传热管；刀片整体为弧形，刀口向外，从管板一次侧进入管孔，达到切割位置后，刀片沿内壁方向旋转切割传热管。
如上所述的传热管顶出工装整体为圆柱体形，分为上、下两个部分，上部的直径为14mm，长度20mm；下部的直径为12mm，长度为50mm。
如上所述的取管顶棒整体为圆柱体形，分为上、下两个部分，上部的直径为14mm，下部的直径为20mm。
一种管壳式换热器传热管微损取管工艺，使用上述的取管装置，包括如下步骤：
第一步，采用传热管内切刀从一次侧进入传热管内侧，在管板二次侧和第一块支撑板之间将传热管切断，并将切口以上的U型管提起取出；
第二步，使用倒角刀去除传热管-管板焊缝，使传热管与管板间的焊缝连接脱离；
第三步，使用直径大于传热管外径的钻头，从一次侧对管孔进行扩孔，去除胀管过渡区的传热管及部分管板；
第四步，当扩孔至接近胀管过渡区时停止，使用工装从一次侧进入管孔，将胀管过渡区顶出。
如上所述的第一步，打开管壳式换热器下封头的人孔盖，确认取管位置并进行标记；将切管装置通过人孔送至切管位置，并通过管孔进入管板二次侧以上约40-60mm处，启动电机开关，进行切割；启动时，刀口转速较慢，保持约40-60r/min，缓慢送进，当刀口与传热管内壁接触后，逐渐增加刀口转速，达到约100-120r/min，保持刀口转速稳定，并继续送进刀口，直至传热管切断；每切割一根传热管后，更换一次刀头，防止刀头因变钝后影响切割效率甚至断刀；将一根U型传热管的冷热两侧切断后，将切口以上的U型管提起。
如上所述的第二步，由于管板一次侧通常会堆焊不锈钢或镍基合金，不具有磁性，无法固定磁力钻，因此加工如图1所示磁力钻专用固定工装，材料为碳钢或低合金钢，将工装固定在管板一次侧表面，使工装表面与一次侧堆焊层表面保持平行，平行度≤0.1mm；将磁力钻吸附在工装表面，并将磁力钻钻头调整至切管管孔位置，通过对中杆使磁力钻钻头中心与管孔中心重合；对中完成后，将倒角刀安装到磁力钻上，启动磁力钻，调整钻头转速约为80r/min，缓慢送进钻头，将传热管-管板焊缝完全去除。
如上所述的第三步，传热管-管板焊缝去除后，安装钻头1，钻头直径为D+3mm，D为传热管外径，启动磁力钻，调整钻头转速约为110r/min，缓慢送进钻头，从管板一次侧管孔向二次侧钻至深度约150mm后停止；由于管板较厚，该阶段钻孔的目的是为了后续深孔钻预留一定的调整和退屑空间，防止钻头卡停；然后，更换钻头2，钻头直径为D+2mm，长度约300mm，缓慢送进钻头，从上次停止位置向二次侧钻至深度约250mm后停止；最后，更换钻头3，钻头直径为D+2mm，长度应大于管板厚度且大于钻头2的长度，从上次停止位置向二次侧钻到距离胀管过渡区30mm后停止；此处采用两种长度的相同直径钻头钻孔，是为了避免单一长钻头距离管板二次侧表面距离过大，导致钻孔时抖刀，使钻头偏离原钻孔轨迹。
如上所述的第三步，钻孔结束后，将传热管顶出工装从一次侧装入管孔，使工装较细的一端插入传热管，两侧的凸台顶住传热管下端；将取管顶棒较细一侧伸入管孔，顶住传热管顶出工装的粗端，取管顶棒的长度应比管板厚度大约250mm；用锤子沿管孔方向均匀敲击取管顶棒的粗端，通过传热管顶出工装和取管顶棒将胀管过渡区管段缓慢向上顶出；顶出后的含胀管过渡区传热管管段可通过换热器二次侧手孔或直接取出。
本发明的有益效果是：
通过本发明的工艺取出的传热管包含完整胀管过渡区，最大程度保持了过渡区的原始状态，有利于开展传热管长期运行后的性能评价与失效机理研究。此外，该种取管工艺在取出传热管胀管过渡区后，对换热器整体的破坏小，对取管后的管孔使用焊接/机械堵头堵管后，换热器仍可继续运行，大大节约了各类经济资源。
附图说明
图1为本发明的磁力钻固定工装的机构示意图；
图2为本发明的传热管内切刀的结构示意图；
图3为本发明的传热管顶出工装的结构示意图；
图4为本发明的取管顶棒的结构示意图。
其中：1.磁力钻固定工装，2.底板，3.限位螺帽，4.膨胀螺钉，5.刀片，6.传热管顶出工装，7.取管顶棒，8.传热管，9.管板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
如图1至图4所示，一种管壳式换热器传热管微损取管装置，包括磁力钻固定工装1、传热管内切刀、传热管顶出工装6和取管顶棒7。磁力钻固定工装1用于固定磁力钻。传热管内切刀用于从内部切割传热管8。传热管顶出工装6用于插入传热管7并向上顶紧。取管顶棒7用于向上顶紧传热管顶出工装6，从而实现传热管8与管板9的分离。
所述的磁力钻固定工装1整体为“U”形板状，在上端面设置有定位孔，用于固定磁力钻。磁力钻固定工装1采用碳钢或低合金钢制成。
所述的传热管内切刀包括底板2、限位螺帽3、膨胀螺钉4和刀片5。底板2整体为方形板状，在下端面的左部开设有一个螺纹孔和一个光孔，分别用于固定限位螺帽3和穿过刀片5，在下端面的右部开设有多个安装孔，用于安装膨胀螺钉4。限位螺帽3用于限制底板2和管板9之间的相对位置。膨胀螺钉4自下而上穿过底板2后插入与切割对象的传热管8相邻的其他传热管8。刀片5整体为弧形，刀口向外，从管板一次侧进入管孔，达到切割位置后，刀片5沿内壁方向旋转切割传热管8。
所述的传热管顶出工装6整体为圆柱体形，分为上、下两个部分，上部的直径为14mm，长度20mm；下部的直径为12mm，长度为50mm。
所述的取管顶棒7整体为圆柱体形，分为上、下两个部分，上部的直径为14mm，下部的直径为20mm。
一种管壳式换热器传热管微损取管工艺，使用上述取管装置，包括如下步骤：
第一步，采用传热管内切刀从一次侧进入传热管内侧，在管板二次侧和第一块支撑板之间将传热管切断，并将切口以上的U型管提起取出；
打开管壳式换热器下封头的人孔盖，确认取管位置并进行标记。如图2所示，将切管装置通过人孔送至切管位置，并通过管孔进入管板二次侧以上约40-60mm处，启动电机开关，进行切割。启动时，刀口转速较慢，保持约40-60r/min，缓慢送进，当刀口与传热管内壁接触后，逐渐增加刀口转速，达到约100-120r/min，保持刀口转速稳定，并继续送进刀口，直至传热管切断。每切割一根传热管后，更换一次刀头，防止刀头因变钝后影响切割效率甚至断刀。将一根U型传热管的冷热两侧切断后，将切口以上的U型管提起。
第二步，使用倒角刀去除传热管-管板焊缝，使传热管与管板间的焊缝连接脱离；
由于管板一次侧通常会堆焊不锈钢或镍基合金，不具有磁性，无法固定磁力钻，因此加工如图1所示磁力钻专用固定工装，材料为碳钢或低合金钢，将工装固定在管板一次侧表面，使工装表面与一次侧堆焊层表面保持平行(平行度≤0.1mm)。将磁力钻吸附在工装表面，并将磁力钻钻头调整至切管管孔位置，通过对中杆使磁力钻钻头中心与管孔中心重合。对中完成后，将倒角刀安装到磁力钻上，启动磁力钻，调整钻头转速约为80r/min，缓慢送进钻头，将传热管-管板焊缝完全去除。
第三步，使用直径大于传热管外径的钻头，从一次侧对管孔进行扩孔，去除胀管过渡区的传热管及部分管板；
传热管-管板焊缝去除后，安装钻头1，钻头直径为D+3mm(D为传热管外径)，启动磁力钻，调整钻头转速约为110r/min，缓慢送进钻头，从管板一次侧管孔向二次侧钻至深度约150mm后停止。由于管板较厚，该阶段钻孔的目的是为了后续深孔钻预留一定的调整和退屑空间，防止钻头卡停。然后，更换钻头2，钻头直径为D+2mm，长度约300mm，缓慢送进钻头，从上次停止位置向二次侧钻至深度约250mm后停止。最后，更换钻头3，钻头直径为D+2mm，长度应大于管板厚度且大于钻头2的长度，从上次停止位置向二次侧钻到距离胀管过渡区30mm后停止。此处采用两种长度的相同直径钻头钻孔，是为了避免单一长钻头距离管板二次侧表面距离过大，导致钻孔时抖刀，使钻头偏离原钻孔轨迹。
第四步，当扩孔至接近胀管过渡区时停止，使用工装从一次侧进入管孔，将胀管过渡区顶出；
钻孔结束后，将图3所示的传热管顶出工装从一次侧装入管孔，使工装较细的一端插入传热管，两侧的凸台顶住传热管下端。将如图4所示的取管顶棒较细一侧伸入管孔，顶住传热管顶出工装的粗端，取管顶棒的长度应比管板厚度大约250mm。用锤子沿管孔方向均匀敲击取管顶棒的粗端，通过传热管顶出工装和取管顶棒将胀管过渡区管段缓慢向上顶出。顶出后的含胀管过渡区传热管管段可通过换热器二次侧手孔或直接取出。
上面结合实施例对发明的实施方法作了详细说明，但是发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明说明书中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (8)
1.一种管壳式换热器传热管微损取管装置，其特征在于：它包括磁力钻固定工装、传热管内切刀、传热管顶出工装和取管顶棒；磁力钻固定工装用于固定磁力钻；传热管内切刀用于从内部切割传热管；传热管顶出工装用于插入传热管并向上顶紧；取管顶棒用于向上顶紧传热管顶出工装，从而实现传热管与管板的分离；
所述的传热管内切刀包括底板、限位螺帽、膨胀螺钉和刀片；底板整体为方形板状，在下端面的左部开设有一个螺纹孔和一个光孔，分别用于固定限位螺帽和穿过刀片，在下端面的右部开设有多个安装孔，用于安装膨胀螺钉；限位螺帽用于限制底板和管板之间的相对位置；膨胀螺钉自下而上穿过底板后插入与切割对象的传热管相邻的其他传热管；刀片整体为弧形，刀口向外，从管板一次侧进入管孔，达到切割位置后，刀片沿内壁方向旋转切割传热管；
所述的磁力钻固定工装整体为“U”形板状，在上端面设置有定位孔，用于固定磁力钻；磁力钻固定工装采用碳钢或低合金钢制成。
2.根据权利要求1所述的管壳式换热器传热管微损取管装置，其特征在于：所述的传热管顶出工装整体为圆柱体形，分为上、下两个部分，上部的直径为14mm，长度20mm；下部的直径为12mm，长度为50mm。
3.根据权利要求1所述的管壳式换热器传热管微损取管装置，其特征在于：所述的取管顶棒整体为圆柱体形，分为上、下两个部分，上部的直径为14mm，下部的直径为20mm。
4.一种管壳式换热器传热管微损取管工艺，使用如权利要求1所述的取管装置，包括如下步骤：
第一步，采用传热管内切刀从一次侧进入传热管内侧，在管板二次侧和第一块支撑板之间将传热管切断，并将切口以上的U型管提起取出；
第二步，使用倒角刀去除传热管-管板焊缝，使传热管与管板间的焊缝连接脱离；
第三步，使用直径大于传热管外径的钻头，从一次侧对管孔进行扩孔，去除胀管过渡区的传热管及部分管板；
第四步，当扩孔至接近胀管过渡区时停止，使用工装从一次侧进入管孔，将胀管过渡区顶出。
5. 根据权利要求4所述的管壳式换热器传热管微损取管工艺，其特征在于：所述的第一步，打开管壳式换热器下封头的人孔盖，确认取管位置并进行标记；将切管装置通过人孔送至切管位置，并通过管孔进入管板二次侧以上40-60mm处，启动电机开关，进行切割；启动时，刀口转速较慢，保持40-60 r/min，缓慢送进，当刀口与传热管内壁接触后，逐渐增加刀口转速，达到100-120 r/min，保持刀口转速稳定，并继续送进刀口，直至传热管切断；每切割一根传热管后，更换一次刀头，防止刀头因变钝后影响切割效率甚至断刀；将一根U型传热管的冷热两侧切断后，将切口以上的U型管提起。
6. 根据权利要求4所述的管壳式换热器传热管微损取管工艺，其特征在于：所述的第二步，由于管板一次侧通常会堆焊不锈钢或镍基合金，不具有磁性，无法固定磁力钻，因此加工磁力钻专用固定工装，材料为碳钢或低合金钢，将工装固定在管板一次侧表面，使工装表面与一次侧堆焊层表面保持平行，平行度≤0.1mm；将磁力钻吸附在工装表面，并将磁力钻钻头调整至切管管孔位置，通过对中杆使磁力钻钻头中心与管孔中心重合；对中完成后，将倒角刀安装到磁力钻上，启动磁力钻，调整钻头转速为80 r/min，缓慢送进钻头，将传热管-管板焊缝完全去除。
7. 根据权利要求4所述的管壳式换热器传热管微损取管工艺，其特征在于：所述的第三步，传热管-管板焊缝去除后，钻头1直径为D+3mm，D为传热管外径，启动磁力钻，调整钻头转速为110 r/min，缓慢送进钻头，从管板一次侧管孔向二次侧钻至深度150mm后停止；由于管板的厚度，该阶段钻孔的目的是为了后续深孔钻预留一定的调整和退屑空间，防止钻头卡停；然后，更换钻头2，钻头2的直径为D+2mm，长度300mm，缓慢送进钻头，从上次停止位置向二次侧钻至深度250mm后停止；最后，更换钻头3，钻头3的直径为D+2mm，钻头3的长度大于管板厚度且大于钻头2的长度，从上次停止位置向二次侧钻到距离胀管过渡区30mm后停止；此处采用两种长度的相同直径钻头钻孔，是为了避免单一长钻头距离管板二次侧表面距离过大，导致钻孔时抖刀，使钻头偏离原钻孔轨迹。
8.根据权利要求4所述的管壳式换热器传热管微损取管工艺，其特征在于：所述的第三步，钻孔结束后，将传热管顶出工装从一次侧装入管孔，使工装较细的一端插入传热管，两侧的凸台顶住传热管下端；将取管顶棒较细一侧伸入管孔，顶住传热管顶出工装的粗端，取管顶棒的长度应比管板厚度大250mm；用锤子沿管孔方向均匀敲击取管顶棒的粗端，通过传热管顶出工装和取管顶棒将胀管过渡区管段缓慢向上顶出；顶出后的含胀管过渡区传热管管段可通过换热器二次侧手孔或直接取出。
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