关于连接式双管板换热器强度胀接工艺研究

赵子亮

(秦皇岛东燕节能技术有限公司 秦皇岛 066206)

关于连接式双管板换热器强度胀接工艺研究

赵子亮

(秦皇岛东燕节能技术有限公司 秦皇岛 066206)

针对连接式双管板冷凝器制造中的难点和关键点---换热管与壳程管板(即内管板)强度胀接工艺，进行了试验与研究。确定了合理的胀管率、胀接遍数等工艺参数，并应用在某公司氯甲烷冷凝器产品的制造中，达到了预期的效果。

试件 双管板 强度胀接工艺 换热器

《固定式压力容器安全技术监察规程》(2009)[1]4.10规定：换热器管板与换热管的胀接，在施胀前，应当制定胀接工艺规程，操作人员按照胀接工艺规程施胀。为了保证胀接质量，在没有成熟的胀接工艺时，在胀管前应做胀接工艺试验[2]。由于双管板换热器内层管板与换热管的强度胀接，是压力容器制造单位公认的难点和关键点。所以，在制造氯甲烷冷凝器前对该胀接工艺参数进行了试验与研究。

1 氯甲烷冷凝器的主要参数(见表1)

表1 氯甲烷冷凝器设计技术指标

氯甲烷冷凝器采用双层管板U型换热管结构，双层管板的材料均采用16MnⅢ，管、壳程的管板厚度均为83mm；换热管材料为10#钢管，规格为φ19mm×2.0mm，数量为794支U型管。换热管与壳程管板(即内管板)的连接为强度胀接，与管程管板(即外管板)的连接为强度焊+贴胀。

2 胀接方法的选择

鉴于机械胀接操作简单方便、制造成本低等优点，结合笔者单位的实际情况，采用机械胀。

3 强度胀接工艺试验的目的[3]

1)确定合适的胀管率；

2)确定胀接的遍数；

3)确定胀管机设定值大小；

4)检验胀管器和胀接工具的质量；

5)检验胀接接头的外观质量和密封性能；

6)对胀接接头进行拉脱力试验，检验胀接接头是否达到规定的拉脱强度(抗拉强度应达到4MPa以上)[4]；

7) 为制定正确的胀接工艺提供技术支持。

4 试验工具

强度胀用可调节胀管器、贴胀用胀管器、挖槽器、天瑞 DZJ-Ⅲ型双路电动胀管机、外径千分尺、壁厚千分尺、10～18mm内径百分表、18～35mm内径百分表。

5 试件制备

5.1 结构

参照注[5]胀接试件制作的原则，本次采用的胀接试件与产品结构形式相一致，如图1所示：

图1 胀接试件图

5.2 试件、技术要求、试验及数据

●5.2.1 管板

1）管板：对内外管板进行标记，并测定内管板(表面)的硬度值，数据见表2；

表2 内管板、与内管板连接的换热管管端硬度值

2）内、外管板要求配钻，保证所有管孔同心；

3）管孔采用钻孔+绞孔工艺，以确保表面粗糙度和尺寸公差达到要求值，内管板按图2尺寸开槽；

图2 管孔要求

4）加工完孔后，内、外管板标记好序号(1～16)，并按序号测量和记录内管板管孔内径值，见表3。

●5.2.2 换热管

1）规格为φ19mm×2.0mm，长度L=280mm，材料10#，数量16支，执行标准 GB9948-2006，外径偏差为±0.1，壁厚偏差为±0.2。

2）来料后在换热管中间位置标记好序号(1～16)，并分别测定其与内管板连接部位的硬度值，见表2。管板的硬度值应大于换热管的fz度值，其差值为HB30左右，如果二者相差很小时应对管子端部进行退火热处理[3]。由表2可知管板的硬度值高于换热管的硬度值，其值也符合要求，所以换热管管端不需要进行退火热处理。

3）序号1～16用砂纸把换热管两端打磨光滑，打磨长度为90mm，打磨时须均匀，除去表面氧化层即可，打磨后，注意打磨时应环向打磨以免出现纵向划痕，保护管头，测量外径、壁厚，见表3。

4）穿管，换热管按序号分别穿入管板孔中；

5）换热管伸出外管板端面长度为3～4mm，将试件固定在试验台上，为胀接做准备。

●5.2.3 换热管与管板连接

1)内管板与换热管强度胀：

（1）序号1～8，强度胀接一遍，胀管机设定值为2.03；

（2）序号9～16，强度胀接两遍，胀管机设定值分别为2.03和2.05。

2)外管板与换热管采用强度焊+贴胀：

（1）焊接，采用氩弧焊，焊接2层，管壁不允许过烧或者焊通，且管头不能有咬边，保持管端圆整无缺[6]；

（2）贴胀，胀接顺序仍为1～16，胀管机设定值为2.01。

（3）胀管率的计算：

参照《蒸汽锅炉安全技术监察规程》[7]中的胀管率计算公式及胀管率

Hn=[(d1+2t)/d-1]×100%

Hn——胀管率，%；

d1——胀完后的管子实测内径，mm；

t——未胀时的管子实测厚度，mm；

d——未胀时的管孔实测直径，mm。

根据经验胀管率控制在1%～1.8%范围内。实际试验值见表3。

表3 实际试验值

●5.2.4 耐压试验

1)要求：在积液程内进行水压试验，试验压力为1.25MPa，管头喷渗透显像剂，便于观察是否渗水，水压试验合格后进行气密试验，试验压力为1.0MPa。如果出现泄漏的管头，适当调高胀管机设定值重新胀接，然后重复耐压试验，直至无泄漏。记录好泄漏的管口序号和调整后的设定值。

2)实际试验情况：第一次水压试验时，试验压力达到1.0MPa时，管口序号1出现泄漏，提高试验压力到1.25MPa时，也只有管口序号1泄漏，泄压，用设定值2.05进行补胀，进行第二次耐压试验，水压试验压力1.3MPa，保压1h，未出现泄漏，水压合格后，进行1.0MPa的气密试验，保压1h，未出现泄漏。

●5.2.5 拉脱力试验和解剖检验[3]

1)要求

(1)拉脱力试验，强度胀接时抗拉强度应大于4MPa。

(2)解剖检验要求，管接头分解后，胀接处无起皮、皱纹、切口和偏斜等缺陷。

(考虑到换热管管头拉脱力试验和解剖试验只能试验一种情况，管口序号1，胀接了两次等因素，故对管口序号2、4、13、16做拉脱力试验，其余管口均做解剖检验。根据拉脱力试验和解剖检验确定胀接遍数。)

2)拉脱力试验和解剖检验结果

(1)抗拉强度计算公式：

式中：

[p]=F/(3.1416×D×L)

[p]——抗拉强度(拉脱应力)，MPa；

F——拉脱力，N；

D——管孔直径，mm；

L——胀接长度，mm；

试验数据见表4。

表4 试验数据统计

（2）管接头解剖结果：根部与管壁的结合状态良好，管板孔与换热管外壁的接触表面的印痕和齿合状况良好，胀接两遍的管接头均好于胀接一遍的管接头。

6 结论

根据试验结果，得出以下结论：

1）胀管率范围：1.2%～1.5%；

2）胀接的遍数为两遍；

3）胀管机设定值：第一遍2.03；第二遍2.05：

7 结束语

根据以上试验结果分析及结论制定了“氯甲烷冷凝器”强度胀接工艺规范，并按该规范进行“氯甲烷冷凝器”制造，管头耐压试验一次合格。

该产品从2013年10月交付至2014年6月未发生泄漏现象，证明该连接式双管板换热器强度胀接工艺是成功的。

1 TSG R0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程[S].

2 徐俊宏，于东兴.双管板换热器设计及制造[J].化工设备与管道，2001,38(2):34～36.

3 李文军.管壳式换热器的胀接工艺[J].压力容器，2001,18(3):58～59.

4 何星，张雨霏，李琼.双管板换热器强度胀接工艺研究[J].化工设备与管道，2012,49(3):44～46.

5 白鹤峰，冯彦香，杨标，等.换热器产品胀接试件的制作[J].化工设备与管道，2010,47(2):15～18.

6 吕延茂.双管板换热器制造工艺 [J].石油化工设备，2004,33(6):60～62.

7 蒸汽锅炉安全技术监察规程[S].

8 陈上杰.管壳式换热器的定期检验[J].中国特种设备安全,2010,26(6):17～18．

9 双管板换热器的设计与制造[J].中国特种设备安全,2012,28(12):17～19．

10 周斌生，等.螺旋板换热器开裂失效分析[J].中国特种设备安全,2009,25(4):48～49．

The Research on Strength Expansion Process of Connection Double Tube-sheet Heat Exchanger

Zhao Ziliang
(Dongyan Energy Technology Co., Ltd Qinghuangdao 066206)

The expansion process of tube-tube sheet (the inner tube sheet), as the manufacturing difficulty and key point of connection double tube-sheet heat exchanger, was researched. This article obtained suitable reasonable process parameters of tube, such as: expanding rate, expanding times etc. The results were applied in our company’s products of the Methyl chloride condense and achieved a satisfactory result.

Test specimen Double tube-sheet Expansion process Heat exchanger

X933.4

：B

167 3－257 X(201 4)1 2－0 6－04 D O I: 1 0.396 9/j.i s s n.167 3-257 X.201 4.1 2.002

赵子亮(1985～)，男，本科，助理工程师，主要从事压力容器的校核、设计与制造工艺工作。

2014-07-16）