论文部分内容阅读
摘要：本文结合相关规范、标准以及自己实践经验，总结出机械胀胀接工艺，希望能指导读者针对不同的产品选择合理的胀接工艺。
关键词： 换热器胀接工艺胀管率
中图分类号：U673.38 文献标识码：A 文章编号：
Abstract: this paper according to related standards, standards and your practical experience, summarizes mechanical bilge tube expanding process, the hope can guide the reader in view of the different products to choose reasonable tube expanding process.
Keywords: heat exchanger tube expanding process tube expanding rate
管壳式换热器换热管与管板连接接头采用胀接连接具有生产效率高、能消除换热管与管板间的间隙，对管板变形影响小，适用范围广等特点，尤其在一些难以施焊部位、焊接性差的材料以及异种材料间被广泛使用。
作者结合多年的实践经验和国内外相关工程规定机械胀通用胀接工艺：
1.管孔采用钻孔+铰孔或钻孔+铣孔，对管孔表面粗糙度要求：碳钢、不锈钢管板孔为12.5µm[1]，换热管壁厚小于1.5mm时建议采用6.3µm；铜、钛管板孔为6.3µm[1]，管孔内表面不应有影响直接紧密性的缺陷，如贯通的纵向或螺旋状刻痕等[2]；
2.换热管采用精轧管，换热管外径与管孔内径差控制在0.3mm以内，为保证胀接效果，未开槽的强度胀控制在0.1～0.15mm以内。（作者在3个批次近百台换热器管板和换热管的随机抽检证明该值完全可以控制在0.1mm以内）
3.严格控制最小管桥宽度不低于GB151-1999表51 允许孔桥宽度B的要求，且不小于3倍换热管壁厚；对不开槽的强度胀建议采用采用以下方式保证管桥宽度采用数控钻；提高钻头研磨质量。不推荐采用减小管桥宽度利用胀接硬化提高胀接效果的方法。
4.开设胀管槽是提高换热管与管板胀接性能最经济有效的手段，且有利与接头维修和更换换热管。一般认为Φ14，壁厚大于1.6mm是应开始胀管槽。不同规范对开槽尺寸及数量有着不同要求：某工程规定建议换热管壁厚大于1.6mm时管孔内开矩形槽（胀管槽）2道，开槽宽度为换热管壁厚的2.5倍，深度为壁厚的0.2倍；按《压力容器安全技术监察规程》99版第105条开槽； 按GB151-1999管壳式换热器5.8.2.3c中采用8-3-6-3结构。作者认为按开槽宽度偏大，更适用与柔性胀接；按开槽适用与机械胀，对于柔性显偏窄；考虑到大多数情况下换热管壁厚会随换热管直径的增加而增加，本文认为更为合理。
5胀管前须按下列要求对管板孔和换热管进行处理：碳钢/不锈钢换热管管段外表面应该除锈，铝、铜、钛及合金换热管管端应清除表面附着物[3], 不锈钢管板和换热管酸洗除油，若设备有酸洗钝化要求的，酸洗钝化；管板、换热管有抛光要求或洁净度要求的，应在表面质量检查合格并用酒精或丙酮清洗干净后方可穿管；碳钢换热管管端外表面应除锈磨光(露出金属光泽)，其长度不得2倍管板。除锈后表面不得有起皮、凹坑、纵向或螺旋状划痕等缺陷，轻微缺欠可用细砂纸打磨修复；磨光后的换热管管端应能满足本文第2条之规定。
6穿管：建议采用立式穿管，穿入换热管时应保证换热管与管板垂直；穿管中不得破坏换热管表面质量。
7胀管率：胀管率是控制胀接质量的重要参数，实际操作中又缺乏相关标准，胀管率的选取一般通过胀接试验选取；或根据经验选取，通过胀接试验校核。
8胀接长度：胀管长度根据设计需要选取，无特殊要求时强度胀容许靠近壳程侧有3～5mm不胀一般认为胀接长度超过50mm时对拉脱力已无影响，但考虑到防止间隙腐蚀的需求，建议胀管胀接长度为管板厚度减去3～5mm。
9胀接工具选择：胀珠、胀杆热处理后的硬度不低于HRC63.当管板厚度≤70mm选用固定式胀管器，>70mm一般采用推进式胀管器也可采用固定式胀管器分段胀接，分段胀接时胀接段重叠长度不得小于5mm。在满足胀接需求的情况下，尽量减小胀杆长度以增加胀杆的寿命；
10機械胀管时胀管器应悬挂在固定的架子上，胀接中尽量保证胀管器与管板面保持垂直以减小局部过胀的可能。
11浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动。胀接中因管板间相对自由缺乏固定很容易发生管板倾斜甚至出现先胀的换热管被拉脱的情形。
生产中常常用胀管率或管壁减薄率来控制胀接接头的质量。胀管率代表换热管被胀大的程度，从另一角度来讲，也是换热管减薄的程度所以：
胀管率=（（换热管内径差-间隙）/孔径）×100%
管壁减薄率=（（换热管内径差-间隙）/（2*换热管壁厚））×100%
管壁减薄率=（管壁减薄量/换热管壁厚）×100%
胀接后换热管内径的测量：换热管内径应在相互垂直的两个位置测量，贴胀应从管程侧30mm处开始测量，强度胀应从管程侧第二道胀管槽往壳程侧8mm处开始测量；胀管率应取9个孔的平均值，其中至少一个孔位于是管板中心附近。根据经验，胀管率一般可按以下选取：强度胀10%~20%,密封胀6%~10%,贴胀：3%~5%（不适用与钛及钛合金）。
胀接完成后换热管胀接部分与非胀接部分应圆滑过渡，胀接部分不得有过胀或裂纹。
结束语
换热管与管板的胀接拥有生产效率高、能消除换热管与管板间的间隙，对管板变形影响小，适用范围广等特点，但换热管与管板的胀接质量控制却是影响其使用规模的关键因素。通过以上应用实例说明，只有结合产品的实际情况选择合理的胀接工艺才能保证其胀接质量。也希望本文能知道读者针对不同的产品选择合理的胀接工艺。
参考文献：
TEMA, Standards of the Tubular Exchanger Manufactures Association[S].
GB151-1999管壳式换热器[S]
陈永宁，黄曰侯.换热器胀接接头质量控制的讨论[J].石油化工设备，1986，15（8）：17-24
关键词： 换热器胀接工艺胀管率
中图分类号：U673.38 文献标识码：A 文章编号：
Abstract: this paper according to related standards, standards and your practical experience, summarizes mechanical bilge tube expanding process, the hope can guide the reader in view of the different products to choose reasonable tube expanding process.
Keywords: heat exchanger tube expanding process tube expanding rate
管壳式换热器换热管与管板连接接头采用胀接连接具有生产效率高、能消除换热管与管板间的间隙，对管板变形影响小，适用范围广等特点，尤其在一些难以施焊部位、焊接性差的材料以及异种材料间被广泛使用。
作者结合多年的实践经验和国内外相关工程规定机械胀通用胀接工艺：
1.管孔采用钻孔+铰孔或钻孔+铣孔，对管孔表面粗糙度要求：碳钢、不锈钢管板孔为12.5µm[1]，换热管壁厚小于1.5mm时建议采用6.3µm；铜、钛管板孔为6.3µm[1]，管孔内表面不应有影响直接紧密性的缺陷，如贯通的纵向或螺旋状刻痕等[2]；
2.换热管采用精轧管，换热管外径与管孔内径差控制在0.3mm以内，为保证胀接效果，未开槽的强度胀控制在0.1～0.15mm以内。（作者在3个批次近百台换热器管板和换热管的随机抽检证明该值完全可以控制在0.1mm以内）
3.严格控制最小管桥宽度不低于GB151-1999表51 允许孔桥宽度B的要求，且不小于3倍换热管壁厚；对不开槽的强度胀建议采用采用以下方式保证管桥宽度采用数控钻；提高钻头研磨质量。不推荐采用减小管桥宽度利用胀接硬化提高胀接效果的方法。
4.开设胀管槽是提高换热管与管板胀接性能最经济有效的手段，且有利与接头维修和更换换热管。一般认为Φ14，壁厚大于1.6mm是应开始胀管槽。不同规范对开槽尺寸及数量有着不同要求：某工程规定建议换热管壁厚大于1.6mm时管孔内开矩形槽（胀管槽）2道，开槽宽度为换热管壁厚的2.5倍，深度为壁厚的0.2倍；按《压力容器安全技术监察规程》99版第105条开槽； 按GB151-1999管壳式换热器5.8.2.3c中采用8-3-6-3结构。作者认为按开槽宽度偏大，更适用与柔性胀接；按开槽适用与机械胀，对于柔性显偏窄；考虑到大多数情况下换热管壁厚会随换热管直径的增加而增加，本文认为更为合理。
5胀管前须按下列要求对管板孔和换热管进行处理：碳钢/不锈钢换热管管段外表面应该除锈，铝、铜、钛及合金换热管管端应清除表面附着物[3], 不锈钢管板和换热管酸洗除油，若设备有酸洗钝化要求的，酸洗钝化；管板、换热管有抛光要求或洁净度要求的，应在表面质量检查合格并用酒精或丙酮清洗干净后方可穿管；碳钢换热管管端外表面应除锈磨光(露出金属光泽)，其长度不得2倍管板。除锈后表面不得有起皮、凹坑、纵向或螺旋状划痕等缺陷，轻微缺欠可用细砂纸打磨修复；磨光后的换热管管端应能满足本文第2条之规定。
6穿管：建议采用立式穿管，穿入换热管时应保证换热管与管板垂直；穿管中不得破坏换热管表面质量。
7胀管率：胀管率是控制胀接质量的重要参数，实际操作中又缺乏相关标准，胀管率的选取一般通过胀接试验选取；或根据经验选取，通过胀接试验校核。
8胀接长度：胀管长度根据设计需要选取，无特殊要求时强度胀容许靠近壳程侧有3～5mm不胀一般认为胀接长度超过50mm时对拉脱力已无影响，但考虑到防止间隙腐蚀的需求，建议胀管胀接长度为管板厚度减去3～5mm。
9胀接工具选择：胀珠、胀杆热处理后的硬度不低于HRC63.当管板厚度≤70mm选用固定式胀管器，>70mm一般采用推进式胀管器也可采用固定式胀管器分段胀接，分段胀接时胀接段重叠长度不得小于5mm。在满足胀接需求的情况下，尽量减小胀杆长度以增加胀杆的寿命；
10機械胀管时胀管器应悬挂在固定的架子上，胀接中尽量保证胀管器与管板面保持垂直以减小局部过胀的可能。
11浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动。胀接中因管板间相对自由缺乏固定很容易发生管板倾斜甚至出现先胀的换热管被拉脱的情形。
生产中常常用胀管率或管壁减薄率来控制胀接接头的质量。胀管率代表换热管被胀大的程度，从另一角度来讲，也是换热管减薄的程度所以：
胀管率=（（换热管内径差-间隙）/孔径）×100%
管壁减薄率=（（换热管内径差-间隙）/（2*换热管壁厚））×100%
管壁减薄率=（管壁减薄量/换热管壁厚）×100%
胀接后换热管内径的测量：换热管内径应在相互垂直的两个位置测量，贴胀应从管程侧30mm处开始测量，强度胀应从管程侧第二道胀管槽往壳程侧8mm处开始测量；胀管率应取9个孔的平均值，其中至少一个孔位于是管板中心附近。根据经验，胀管率一般可按以下选取：强度胀10%~20%,密封胀6%~10%,贴胀：3%~5%（不适用与钛及钛合金）。
胀接完成后换热管胀接部分与非胀接部分应圆滑过渡，胀接部分不得有过胀或裂纹。
结束语
换热管与管板的胀接拥有生产效率高、能消除换热管与管板间的间隙，对管板变形影响小，适用范围广等特点，但换热管与管板的胀接质量控制却是影响其使用规模的关键因素。通过以上应用实例说明，只有结合产品的实际情况选择合理的胀接工艺才能保证其胀接质量。也希望本文能知道读者针对不同的产品选择合理的胀接工艺。
参考文献：
TEMA, Standards of the Tubular Exchanger Manufactures Association[S].
GB151-1999管壳式换热器[S]
陈永宁，黄曰侯.换热器胀接接头质量控制的讨论[J].石油化工设备，1986，15（8）：17-24