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U型管换热器的其泄漏分析及解决措施

作者: ‖ 时间:2015/6/23 ‖ 来源: ‖ 点击:2306

   U型管换热器的其泄漏分析及解决措施

  张亚林1,王冬文1,闵泽鹏2

  (1.湖南中兴设备安装工程有限责任公司,株洲 412003;2.湖南省工业设备安装公司,株洲 412000)

  摘要:U型管换热器制造过程中,出现U型管煨弯变扁、变薄、开裂,管板与U型管胀接不牢固等质量问题。通过控制煨弯力度和采取防变形措施,控制U型管变扁和顶面裂纹;在U型管的顶面管壁贴焊加强块时,防止U型管的顶面管壁减薄;改变胀接工艺,解决U型管胀接不牢固现象。这些措施在生产应用中取得了满意的效果。

  关键词:换热器;泄漏;分析;解决措施

  中图分类号:TK172.4 文献标识码:B 文章编号:1002-3607(2008)06-0021-02

  前言

  某氧化塔中有42组U形管换热设备,规格为Φ4400mm×14~18mm×48154mm,管程规格Φ25mm×2.5mm,长度3000mm,管程总数为(48×2)根(2个流程),壳体和换热管材料采用0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢,管板材料为16Mn锻件。在U形管换热器设备制造过程中,U型管煨弯变扁,管子弯曲部位出现变薄、裂纹情况,管板与U管束胀接不牢固,造成U管束泄漏等质量问题。

  1 U型管变扁情况检验、原因分析及解决措施

  1.1 检验

  U型管煨弯后,外观检查发现:弯曲半径较小的U型管出现管子截面变扁、甚至在个别管子弯曲位置发生裂纹现象。

  1.2 原因分析

  从工艺角度分析可知,管子弯曲时,中性层外侧的管壁受拉而减薄,内侧管壁受压而增厚。同时,对弯曲半径较小的U型管,未采取相应措施,管子弯曲处的横截面发生变形而成为近似椭圆形状,内侧管壁压应力超过了材料的屈服强度,造成U型管变扁、失稳起皱。

  1.3 解决措施

  1.3.1 对U型管弯曲半径小于2.5倍公称通径的管子,为防止管子产生变扁现象,煨弯前,应对管子充填经过筛分、洗净、烘干,不含有泥土、铁渣、其它杂质及砂子。

  1.3.2 采用加装扭力扳手的手动弯管机,根据管子屈服强度和弯曲半径,通过试验掌握弯曲力度。弯管时,定胎轮(大轮子)用销子或螺栓固定在工作台上。考虑到管子弯制后的回弹量,大轮的半径取弯管弯曲半径的0.8~0.95倍。动胎轮(小轮子)的半径以U型管最小弯曲半径为准进行选择,保证小轮在推架中转动自如,防止其卡死,造成管子变扁。

  1.3.3 U型管煨弯时,由于管子的管壁较薄,在弯曲部位用氧气-乙炔火焰进行局部加热,减少管子变扁量。加热时,切记温度不能过高,以免造成不锈钢金相组织发生变化。

  1.3.4 由于弯管外力释放后,弯头会回弹3~5°角。在正式弯管前宜进行试弯,找出管子准确的回弹角度,煨制出合乎要求的U型管。

  1.3.5 管子弯制后应做通球试验,一般取球的直径为管子内径的0.75倍,具体以设计为准。U形管弯管段的圆度偏差,应不大于换热管名义外径的10%,对弯曲半径小于2.5倍名义外径的U形弯管段,可按照15%进行控制。

  2 U型管弯曲部位变薄、裂纹情况检验、原因分析及解决措施

  2.1 检验

  对第1组U型管的弯曲部位进行外观检验、试压时,发现管子弯曲部位出现裂纹。

  2.2 原因分析

  2.2.1 U型部位贴焊加强块时,由于操作不当,弯管材料在焊接过程中受到影响,使焊接热影响区域材料抗应力腐蚀能力降低,在加强块纵向边缘造成应力腐蚀开裂。

  2.2.2 从其它设备U型管开裂情况原因分析,小弯曲半径的U型管的顶面管壁减薄后,在运行中抗应力腐蚀能力降低,从而产生应力腐蚀开裂。

  2.2.3 0Cr18Nil0Ti钢为含钛的奥氏体不锈钢,经稳定化处理后,具有较好的抗敏化和耐应力腐蚀性能。在焊接过程中,管口温度远高于稳定化热处理温度,这就不可避免的造成了管口材料敏化。换热管与加强块贴焊施焊后也未进行消除应力热处理,因而存在较高的混晶扩展形态裂纹。

  2.3 解决措施

  2.3.1 当U型管弯曲半径最小处的壁厚减薄量大于管壁厚的10%时,应采用加大管子壁厚或加强块贴焊方式处理(一般采用贴焊加强块)。

  2.3.2 对U型管加强块贴焊,其焊接电流比普通焊接的电流宜小15%左右,采用对称焊接,以降低热影响区域的敏化程度。

  2.3.3 对U型管弯管的工作环境和加工过程进行分析,验证其加工工艺是否合适。

  2.3.4 采用尺寸和结构形式更合适的加强块,可减少焊接热影响区的应力集中。

  2.3.5 管子与加强块贴焊后,应进行消除应力处理,以降低焊接残余应力。

  3 U型管与管板连接处泄漏情况检验、原因分析及解决措施

  3.1 检验

  对第1组U型管胀接完后,进行水压试验时,发现在胀接接头处出现漏水现象。

  3.2 原因分析

  3.2.1 管板与换热管之间没有足够的硬度差,按照有关规定,管板在强度胀接连接时,管板硬度应比换热管的硬度高出HB30。经检验,管板(16Mn锻件)在正火状态下的实际硬度只有HB148~158,而0Cr18Ni10Ti换热管在标准交货状态(固溶处理后)的硬度为HB150~167,也就是说,换热管的硬度比管板的硬度还高,管子胀接发生塑性变形的同时,管板也发生了变形,在这种情况下,必然难以保证胀接质量。

  3.2.2 换热器U型管外径与管板管孔内径的间隙设计为1mm,而实际上有些超过了1.5mm。要使管子与管板胀接牢固,管子必须有较大的变形量,且由于管壁较薄,过大的胀接变形,极易造成管子裂纹。

  3.2.3 个别管板孔内表面存在毛刺、锈斑、铁屑、油污等情况。

  3.2.4 管板孔内凹槽深度、宽度不一致,且个别有竖向划痕。

  3.3 解决措施

  3.3.1 提高管板硬度。JB4726-94中,16Mn锻件在正火状态下的硬度为HB121~178,由厂家或在现场采取相应措施,可使锻件在正火状态的硬度达到或接近上限,奥氏体不锈钢的硬度控制在HB150以下,提高胀接的可靠度。

  3.3.2 对存在毛刺、锈斑的管孔进行抛光处理。

  3.3.3 管板孔内凹槽深度、宽度不一致的部位,采用凹槽加工刀具加工,并清除划痕。

  3.3.4 根据U型管外径与板孔内径的间隙计算胀接率,取胀接率不小于1.9%。对于间隙超标的,在管板孔内涂抹环氧树脂,达到一定附着力后穿管,进行胀接。

  3.3.5 采用电动胀管器胀接,减少人工胀接造成U型管欠胀、过胀的现象。

  采取以上改进措施后胀接的U型管,经水压试验,胀接接头处无渗漏现象。

  4 结语

  对于U型管换热器设备,根据管子屈服强度,掌握其弯曲力度,采用加装扭力扳手的煨弯设备,控制U型管变扁。在U型管的顶面管壁贴焊加强块,采取合理的焊接工艺,降低敏化程度,进行消除应力处理,降低焊接残余应力,防止U型管的顶面管壁减薄和顶面裂纹,提高管板硬度,降低奥氏体不锈钢硬度,改变管板孔加工工艺,控制好U型管与管板胀接率,保证U型管与管板胀接的严密性。