1 技術參數
該低溫管殼式換熱器的主要技術參數見表1,傳熱面積為60 m2。換熱器殼體規(guī)格為DN 600mm,材質為16MnDR;管子規(guī)格為Φ19×2. 5,材質為16Mn(正火);管板材質為16MnDⅡ。文獻[1]附錄A中對主要受壓元件的要求為:殼體、封頭、管板等鋼板及換熱管、接管用管材在正火狀態(tài)下使用,并宜采用冷成形或回火溫度以下的溫成形,須避開鋼材的回火脆性區(qū)。若在回火溫度以上熱成形時,應根據需要進行與母材相同或相類同的熱處理。
2 殼體與管板的焊接工藝
低溫管殼式換熱器施焊前應按JB 4708—2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》進行焊接工藝評定試驗,包括焊縫和熱影響區(qū)的低溫夏比(V形缺口)沖擊試驗。沖擊試驗的取樣方法和合格指標見文獻[1]。對于普通管殼式換熱器,殼體與管板的焊接方式見圖1。
考慮到低溫管殼式換熱器結構設計應有足夠的柔性,連接應平滑過渡,避免截面的急劇變化以降低局部應力,因此殼體與管板的焊接采用對接方式,見圖2。焊接完畢后,按JB/T 4730—2005《承壓設備無損檢測》進行超聲波或表面探傷,比例不少于各條焊縫的50%,合格級別為Ⅱ級[2]。最后按技術要求對整臺低溫管殼式換熱器進行整體水壓試驗,水壓試驗是換熱器受壓元件密封連接的最終檢驗。對水壓試驗不合格的接頭應進行補焊,但一個接頭補焊次數不宜超過3次。
圖 2 低溫管殼式換熱器殼體與管板的焊接方式
3 管子與管板的連接方式與工藝
3.1 連接方式
管子與管板的連接方式有脹接、焊接、脹接+焊接等。通常,普通管殼式換熱器選用焊接的連接方式,保證管子與管板連接的密封性能及抗拉脫強度。對于規(guī)格為Φ19×2. 5的管子,普通管殼式換熱器管子與管板的連接方式見圖3。
對于該低溫管殼式換熱器,由于工作介質和使用條件的要求,管子與管板的連接方式選用脹接+焊接。低溫管殼式換熱器管子與管板的脹接+焊接連接方式見圖4。脹接可消除縫隙腐蝕和提高焊縫的抗疲勞性能。脹接按工藝的不同可分為機械脹接、爆炸脹接、液壓脹接、脈沖脹接等。機械脹接采用滾珠進行脹管,具有操作簡便、制造成本低等優(yōu)點,因此得到了廣泛應用。制造該低溫管殼式換熱器時采用了機械脹接。
3.2 制造工藝
① 試脹
正式脹接之前應該進行試脹。試脹的目的是驗證脹管器的質量,驗證預定的管子與管板孔的結構是否合理,檢驗脹接部位的外觀質量及接頭的密封性能,測試脹接接頭的抗拉脫強度,尋找合適的脹管率,以制定出滿足質量要求的脹接工藝。試脹應在試脹工藝試板上進行,試板應與產品管板的材料、厚度、管板孔大小一致,試板上管板孔的數量不少于5個。試脹用管子的材料、規(guī)格應與產品用管子一致,試脹用管子的長度一般為管板厚度加50 mm。試脹前應根據脹管率計算出管子脹接后的管徑,脹管率可按JB/T 9619—1999《工業(yè)鍋爐脹接技術條件》推薦的計算式進行估算。脹管率應在0. 9% ~2. 2%范圍內選取。脹管率小于0. 9%為欠脹,此時管子脹后未產生足夠的塑性變形,不能保證脹接質量。脹管率大于2. 2%為過脹,此時管子脹后產生過大的塑性變形,加工硬化現象嚴重,易導致管子出現裂紋等缺陷,管板也可能產生塑性變形而使脹后的管板不能有效回彈,從而影響脹接接頭的性能。脹管率應根據脹接方式而定,制造該低溫管殼式換熱器時根據試脹結果取脹管率為1%。
脹接過程應由初脹和終脹兩步完成,這樣可防止一次脹接變形量過大導致管子出現裂紋等缺陷,也有利于提高脹接接頭的脹緊度。初脹是消除管子與管板孔間隙的脹接過程,終脹是把管子脹到要求尺寸的脹接過程。
② 工藝試驗
工藝試驗包括密封試驗、拉脫強度試驗、解剖檢驗。密封試驗是在專用裝置上進行水壓密封性試驗,檢查脹接接頭的嚴密性;拉脫強度試驗是檢驗管子與管板脫離強度的試驗;解剖檢驗是把脹接接頭分解后檢查脹接處是否存在起皮、皺紋、裂紋、切口和偏斜等缺陷,檢查脹接過渡部分是否有突變以及喇叭口根部與管壁的結合狀態(tài)是否良好,檢查管子與管板孔外壁接觸表面的印痕和嚙合狀態(tài)。
③ 正式脹接
正式脹接之前管子應逐根進行水壓試驗,對管子端部進行清洗,清除銹蝕、油污等雜物。脹管時應按試脹結果確定合適的脹管率,測量管子端部直徑及管板孔直徑,并進行合理的分組搭配,保證脹接質量。脹接時管子因受擠伸長對管板產生作用力,脹按順序安排不合理易導致管板變形。比較合理的脹接順序是從管板中央區(qū)開始脹接,然后放射性向四周脹接。脹接環(huán)境也很重要,脹接應在0℃以上進行。脹接時應防止?jié)櫥土魅牍茏优c管板孔的間隙中。正式脹接過程應與試脹過程一致,由初脹和終脹兩步完成,最后進行焊接。
日常使用家用燃氣鍋爐需注意的事項
