胀接炉管施工胀管器旋进量的计算与控制

孙彦钊

中国石油天然气第七建设公司山东青岛266061

胀接炉管施工胀管器旋进量的计算与控制

孙彦钊

中国石油天然气第七建设公司山东青岛266061

胀接炉管是利用金属的弹性变形与塑性变形的性质，将管子胀接在锅筒上。胀接的管口要求有足够的严密性，必须保证不漏水，不漏气，也要求有足够的强度。胀接过程中，要严格控制其胀管率，不能胀接不严密且不能过胀。所以，胀接过程中胀管器旋进尺寸的控制尤为重要。小型锅炉的对流管束多采用胀接方法与锅筒连接，下面，介绍一种锅炉对流管束胀接施工中胀管器旋进量的计算与控制方法。

1 胀管率的计算公式

胀接管道中胀管率的计算一般有内径控制法和外径控制法两种，公式如下：

（1）内径控制法：Hn=[d1－d2－（d3－d4）]/d3×100%或

Hn=（d1＋2t－d3）/d3×100%

（2）外径控制法：Hw=（d5-d3）/d3×100%

式中：

Hn——采用内径控制法的胀管率；Hw——采用外径控制法的胀管率；

d1——胀完后的管子实测内径（mm）；d2——未胀时的管子实测内径（mm）；d3——未胀时的管孔实测直径（mm）；d4——未胀时的管子实测外径（mm）；

d5——胀完后紧靠锅炉外壁处管子实测外径（mm）；t——未胀时管子实测壁厚（mm）。

2 胀管率计算公式的比较和选用

2.1 内径控制法和外径控制法的比较

从公式中就可以看出，内径控制法计算复杂，涉及的数据较多，其中（d3－d4）是未胀时管孔与管子实测外径之差，也就是未胀时管孔与管子的间隙，这说明内径控制法胀管率的计算中包含了管孔与管子间隙的胀量。

外径控制法计算方法简单，涉及数据较少，而其中（d5-d3）是胀完后紧靠锅炉外壁管子凸起处外径与管孔外径之差，这说明外径控制法胀管率的计算中只考虑管子在紧贴管孔之后的胀量，不包含管孔与管子间隙的胀量。另外，外径控制法中需测量胀完后紧靠锅炉外壁处管子外径，由于测量工具（外径千分尺或游标卡尺）的局限性，测量尺寸与紧靠锅炉外壁处外径尺寸误差较大，而且，上锅筒的外壁处尺寸测量实际操作起来极其困难。再有，胀管操作人员在锅筒内部作业，锅筒外壁处管径测量需在锅筒外部在增设测量人员，故不推荐使用外径控制法。

2.2 内径控制法两个公式的比较

我们假设管子的实测壁厚等于管子的实测外径与实测内径之差的一半（2t=d4－d2），可以得出两个公式是相同的。实际操作中，两个公式的选用主要看管子的实测壁厚和实测内径、实测外径相比较哪个误差较小。在实际操作中，壁厚测量工具（游标卡尺）与管径测量工具（内径千分尺、外径千分尺、内径百分表）相比较读数复杂，而且，外径和内径需要测量两次，可以有效减少测量误差，另外，外径和内径的测量也是检验管子的一个过程，可以避免重复劳动，故推荐使用公式Hn=[d1－d2－（d3－d4）]/d3×100%来计算胀管率。

3 胀管率的选择

试胀完成后（试胀按照标准规范进行，这里不详细阐述），对试样进行比较性检查，检查管孔壁与管子外壁的接触表面的印痕和啮合状况，进行记录，然后对试验集箱进行水压试验。水压试验压力、试验要求及试压操作程序与正式试压相同。水压试验后，如实记录试验过程中渗漏状态及试验结果。水压试验后，根据胀前间隙、胀后形态、胀管率、水压试验状况等因素，选择不少于三根试管进行解剖分析，所取样管的试胀记录数据要处于规范允许范围，并具有各类状态代表性。依据解剖前记录胀管率、胀前间隙、解剖后实测管孔壁、胀接切槽处管子壁的变形量和管壁减薄量，以及胀接接触表面的印痕和啮合状况，结合试压进行分析得出最佳胀管率控制范围。因实际胀管操作存在施工误差，为避免过胀，建议胀管率选择不宜过大。例如：1.8%和1.9%的胀管率胀接之后的的管头各项测量数据和外观都满足胀接要求，建议选择1.8%的胀管率。

表1 胀管旋进量计算表

4 胀管器旋进量的计算与控制

确定合适的胀管率后，可根据公式Hn=[d1－d2－（d3－d4）]/d3×100%推算出d1=Hn×d3/100＋d2＋d3－d4。这样，根据胀接前测量数据和胀管率可预先计算出管道胀完后的理论内径。

管道试胀过程中，还需测量胀管器坡度即胀管器旋进每旋进360°胀杆，胀珠外扩尺寸。测量方法：在胀管器胀珠与胀接管道内壁紧密接触的情况下，测量胀管器旋转每10个360°之后管道内径扩大值，选择不同胀接状态下的管道进行测量，记录平均数值，再除以10计算出胀管器每旋进360°管子内径的扩大值，该数值即为胀管器坡度，相同型号的胀管器坡度应相同，在后续计算中该坡度为常数。

我们将胀管器理论旋进尺寸用h表示，胀管器的坡度用δ表示，，则在胀管率确定的情况下，胀管器的旋进尺寸就为：

h=(d1－d2)/δ=(Hn×d3/100＋d3－d4)/δ

因锅炉施工中胀接管头数量较多，建议以上计算过程用Excel表格编辑公式进行。Excel表格中各参数的对应关系及数值举例见表1。

在胀管之前，可根据管道和管孔的测量尺寸逐个计算出每个管子的胀量和胀管器理论旋进长度，为胀管做好准备。

在每根管子胀接之前，先将胀管器置入待胀接管道内部，用手力使胀珠紧贴管道内壁，用钢板尺在胀管器胀杆上测量出理论旋进长度，用细头的水性记号笔做好标记，胀接过程中控制胀杆旋进到记录位置即停止，便能控制胀量达到理想效果。

胀接过程中，需要注意两点，一是机械胀接之前用手力安装胀管器到管道内部，所以，机械胀接开始阶段仍是使胀管器和管道内壁贴紧的过程，不能使管内径扩大，所以，胀杆的理论旋进长度应比计算数据加大一些；二是胀管结束后，用翻边器翻边过程中也会对管道进行胀接，所以，胀杆的理论旋进长度应比计算数据减少一些。以上这两种情况对胀量的影响无法进行计算，只能在试胀时记录经验数据。经在施工中验证，实际需要的胀杆旋进长度一般为理论旋进长度增加0～5mm不等，经大量的试验数据表明，增加的长度和管端预留的翻边长度有关，一般情况下，翻边长度固定，增加的数值也是固定的。

5 结束语

2011年，在我公司承建的尼日尔Agadem油田一体化项目炼厂部分发电厂3台75t/h蒸汽锅炉对流管束胀接施工中，利用此种方法，在管道胀接之前提前计算出胀管器旋进尺寸，提高了施工效率，3台锅炉共计3234根对流管束、6468个胀接口水压试验全部一次合格。有效控制了对流管束的胀接质量，并为以后的管道胀接施工提供了可借鉴的经验。

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2012-04-13）