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【摘要】列管式换热器是石油化工行业中广泛使用的热交换设备,其质量的好坏直接影响到石油化工企业的安全和经济效益,而影响列管式换热器质量的重要因素之一是换热管与管板的连接接头质量。本文针对奥氏体不锈钢和16MnR管板胀接后产生泄漏的原因进行了分析,并提出了相应的措施。
【关键词】换热器;泄漏;对策
1、基本技术参数
该设备为浮头式换热器,其型号为BIS900-1.6-215-6/25-4 II,要求按GB151-1999《钢制管壳式换热器》中的II级进行制造和验收。管板厚度为55mm,材料为JB4726-2000《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》的II级16Mn锻件,管孔直径φ25.4+0.2mm;换热管采用材料为SUS321,规格为φ25X1.6mm的钢管,外径偏差±0.2mm,换热管执行标准为 GB13296-91《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》。换热管与管板连接形式为强度胀。
2、存在问题及原因分析
对强度胀接后的管束进行水压实验时,发现有多处换热管与管板的连接接头泄漏,经补胀后,都没有达到理想效果,分析其原因有如下几点:
2.1 管板与换热管没有足够的硬度差
强度胀接时管板与换热管应有适当的硬度差,否则管子回弹大于管板,造成胀接不紧。国内对管板与换热管硬度差值常规规定HB30,而GB151-1999没有明确的规定,故现在各制造厂通常都将其控制在HB20~30以上,前苏联规定应大于HB30,日本规定应大于HB20。而在本换热器中,按照JB4726-2000II级锻件规定,16Mn锻件在正火状态下的硬度为HB121~178,我们实际测得其硬度为HB148~158,而实际测得SUS321换热管的硬度为HB150~167,也就是说换热管的硬度比管板的硬度还高。在这种情况下,如果换热管与管板的连接采用强度胀接,不仅由于管子的回弹,造成胀接不紧,也由于管板在胀接过程中会随着换热管的变形而变形,造成胀接不紧,起不到密封作用,从而引起管头泄漏。
2.2 SUS321奥氏体不锈钢属于加工硬化倾向大的材料
该换热器属于II级换热器,其管子外径与管板管孔之间的最大间隙为0.8mm,要达到胀紧目的,管子必须有较大的变形量,然而SUS321管子在胀接变形量增加的同时,其硬度也随之增加,从而使换热管的硬度更加大于管板硬度,使在胀接过程中,管板变形比换热管变形大,从而使胀接更加不紧。
2.3 胀接工艺不合理
该换热器采用机械滚柱胀接,而这种胀接方法的压延效应造成管子表面更加硬化。
3、防止措施
为了使换热管奥氏体不锈钢与低合金钢管板强度胀接获得可靠的胀接接头,我们采取了下列措施:
⑴ 控制换热管与管板的硬度差
尽量确保管板的硬度高于换热管硬度HB30,由于换热管普遍口径较小,要减小其硬度有一定难度,因此主要通过提高管板的硬度进行控制。
1)通过改进热处理工艺,提高16Mn管板的硬度,尽量达到JB4726-2000允许值的上限。
2)在允许的条件下,将管板材质改为硬度更高的材料,如35号钢, JB4726-2000II级中35号钢锻件的热处理硬度为HB156~217。
⑵ 控制换热管与管板之间的间隙
换热管与管孔配合选用较紧的配合。为了减少加工硬化,TEMA-1996RCB-7.41中规定,可采用较紧的管子外径和管孔之间的配合。表1是TEMA-1996RCB-7.41中的规定和GB151-1999两种标准管子外径和管孔之间的配合比较。
从表1可以看出TEMA-1996RCB-7.41中规定较紧的配合比较好,但管子外径尺寸精度和管板管孔精度都相应提高,为了不增加管子供应困难和成本,采用GB151-1999,3.6.3 中I级换热器的间隙。
⑶ 采用液压胀接方法
机械滚柱胀接法的胀接过程是不均匀接触压力的强制变形,使管壁产生加工硬化,而且变形力是靠摩擦力传递,实际生产中由于各种因素的变化,胀紧度很难一致。液压胀管法是利用液压为动力的胀管方法,具有给内壁以静止均匀的内压,管子不产生轴向伸长,且受力均匀,不易产生加工硬化现象,使用中不易变形,密封效果更好。
⑷ 换热管与管板的连接尽量采用焊接方法,或者在需要防止间隙腐蚀的场合采用焊接加贴胀方法。
4、结论
采用上述对策后,奥氏体不锈钢管对16Mn锻件的强度胀接的接头时,很少出现类似质量问题,说明所采取的方法是成功的。
作者简介:
杨伟(1968--),1992年毕业于抚顺石油学院,现任盘锦北方沥青股份有限公司技术中心主任,长期从事设备管理工作,在炼厂设备制造、使用、检测及维护方面经验丰富
责任编辑:王利强
【关键词】换热器;泄漏;对策
1、基本技术参数
该设备为浮头式换热器,其型号为BIS900-1.6-215-6/25-4 II,要求按GB151-1999《钢制管壳式换热器》中的II级进行制造和验收。管板厚度为55mm,材料为JB4726-2000《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》的II级16Mn锻件,管孔直径φ25.4+0.2mm;换热管采用材料为SUS321,规格为φ25X1.6mm的钢管,外径偏差±0.2mm,换热管执行标准为 GB13296-91《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》。换热管与管板连接形式为强度胀。
2、存在问题及原因分析
对强度胀接后的管束进行水压实验时,发现有多处换热管与管板的连接接头泄漏,经补胀后,都没有达到理想效果,分析其原因有如下几点:
2.1 管板与换热管没有足够的硬度差
强度胀接时管板与换热管应有适当的硬度差,否则管子回弹大于管板,造成胀接不紧。国内对管板与换热管硬度差值常规规定HB30,而GB151-1999没有明确的规定,故现在各制造厂通常都将其控制在HB20~30以上,前苏联规定应大于HB30,日本规定应大于HB20。而在本换热器中,按照JB4726-2000II级锻件规定,16Mn锻件在正火状态下的硬度为HB121~178,我们实际测得其硬度为HB148~158,而实际测得SUS321换热管的硬度为HB150~167,也就是说换热管的硬度比管板的硬度还高。在这种情况下,如果换热管与管板的连接采用强度胀接,不仅由于管子的回弹,造成胀接不紧,也由于管板在胀接过程中会随着换热管的变形而变形,造成胀接不紧,起不到密封作用,从而引起管头泄漏。
2.2 SUS321奥氏体不锈钢属于加工硬化倾向大的材料
该换热器属于II级换热器,其管子外径与管板管孔之间的最大间隙为0.8mm,要达到胀紧目的,管子必须有较大的变形量,然而SUS321管子在胀接变形量增加的同时,其硬度也随之增加,从而使换热管的硬度更加大于管板硬度,使在胀接过程中,管板变形比换热管变形大,从而使胀接更加不紧。
2.3 胀接工艺不合理
该换热器采用机械滚柱胀接,而这种胀接方法的压延效应造成管子表面更加硬化。
3、防止措施
为了使换热管奥氏体不锈钢与低合金钢管板强度胀接获得可靠的胀接接头,我们采取了下列措施:
⑴ 控制换热管与管板的硬度差
尽量确保管板的硬度高于换热管硬度HB30,由于换热管普遍口径较小,要减小其硬度有一定难度,因此主要通过提高管板的硬度进行控制。
1)通过改进热处理工艺,提高16Mn管板的硬度,尽量达到JB4726-2000允许值的上限。
2)在允许的条件下,将管板材质改为硬度更高的材料,如35号钢, JB4726-2000II级中35号钢锻件的热处理硬度为HB156~217。
⑵ 控制换热管与管板之间的间隙
换热管与管孔配合选用较紧的配合。为了减少加工硬化,TEMA-1996RCB-7.41中规定,可采用较紧的管子外径和管孔之间的配合。表1是TEMA-1996RCB-7.41中的规定和GB151-1999两种标准管子外径和管孔之间的配合比较。
从表1可以看出TEMA-1996RCB-7.41中规定较紧的配合比较好,但管子外径尺寸精度和管板管孔精度都相应提高,为了不增加管子供应困难和成本,采用GB151-1999,3.6.3 中I级换热器的间隙。
⑶ 采用液压胀接方法
机械滚柱胀接法的胀接过程是不均匀接触压力的强制变形,使管壁产生加工硬化,而且变形力是靠摩擦力传递,实际生产中由于各种因素的变化,胀紧度很难一致。液压胀管法是利用液压为动力的胀管方法,具有给内壁以静止均匀的内压,管子不产生轴向伸长,且受力均匀,不易产生加工硬化现象,使用中不易变形,密封效果更好。
⑷ 换热管与管板的连接尽量采用焊接方法,或者在需要防止间隙腐蚀的场合采用焊接加贴胀方法。
4、结论
采用上述对策后,奥氏体不锈钢管对16Mn锻件的强度胀接的接头时,很少出现类似质量问题,说明所采取的方法是成功的。
作者简介:
杨伟(1968--),1992年毕业于抚顺石油学院,现任盘锦北方沥青股份有限公司技术中心主任,长期从事设备管理工作,在炼厂设备制造、使用、检测及维护方面经验丰富
责任编辑:王利强