電廠鍋爐脹管工藝探討

鄒本艷 呂 波

(神華包頭煤化工分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

0 前言

二十世紀(jì)以來，世界各國(guó)電力事業(yè)飛速發(fā)展。我們需要不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)、提升自己的能力和業(yè)務(wù)素質(zhì)，跟上電力行業(yè)發(fā)展的步伐。本文根據(jù)從事電廠鍋爐工作多年經(jīng)驗(yàn)，分析對(duì)鍋爐脹管工藝的一點(diǎn)心得，供同行們探討。

1 鍋爐運(yùn)行中脹口的最基本要求

鍋爐運(yùn)行中脹口的最基本要求就是嚴(yán)密性和牢固性。由于脹口的嚴(yán)密性和牢固性是取決于管板的回彈力，且與回彈力的大小、管孔及管端的表面光潔度、形狀等有關(guān)。所以討論脹管工藝實(shí)質(zhì)上就是討論這幾個(gè)問題。

回彈力分析

回彈力是產(chǎn)生彈性變形的管板在脹后要恢復(fù)原有尺寸但受到管子的約束而產(chǎn)生的徑向壓力d1-d2-δ，管板脹大程度與脹管率的大小有關(guān)，下面作個(gè)定性分析:

我們從脹管率H=0開始，當(dāng)H=0時(shí)，由脹管率:

得知d1=d2+δ這時(shí)管子外徑與管孔仍有間隙，到d1=d2+δ+2△t時(shí)，此間隙消失。

上式中:Hn——采用內(nèi)徑控制法時(shí)的脹管率;

Hw——采用外徑控制法時(shí)的脹管率;

d1——脹完后的管子實(shí)測(cè)內(nèi)徑，(mm);

d2——未脹時(shí)的管子實(shí)測(cè)內(nèi)徑，(mm);

d3——未脹時(shí)的管孔實(shí)測(cè)直徑，(mm);

d4——脹完后緊靠鍋筒外壁處管子實(shí)測(cè)外徑，(mm);

δ——未脹時(shí)管孔與管子實(shí)測(cè)外徑之差，(mm);

△t——脹至間隙為零時(shí)管子壁厚的減薄值，(mm);

t——未脹時(shí)的管子壁厚，(mm);

這階段回彈力為零。

第二階段是管板彈性變形階段，這時(shí)回彈力與脹管率成正比。

第三階段從管板孔內(nèi)壁屈服時(shí)算起。因?yàn)楣馨逖貜较虻暮穸群艽螅愃坪癖趩螌訅毫θ萜?，其?yīng)力分析沿半徑方向是不均勻的。直徑最小處應(yīng)力最大。所以管孔內(nèi)壁首先屈服。脹管率增大則屈服層厚度增加，所以脹管率增大時(shí)一方面是管孔變形大，回彈力也大。但同時(shí)因屈服層逐漸增厚，管板通過屈服層對(duì)管壁外徑所施加的回彈力的增加率卻逐漸減小，并達(dá)到一個(gè)最大值。

第四階段是隨著脹管率的繼續(xù)增加，屈服層的作用占了主導(dǎo)地位，對(duì)管外壁的回彈力反而逐漸減少。

以上所述的回彈力與脹管率之間的關(guān)系可用曲線表示如圖1:

根據(jù)以上分析和工作實(shí)踐，脹管率應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，一般應(yīng)控制在1.0～2.1%范圍內(nèi)。

圖1 為回彈力與脹管率之間曲線圖

2 脹管施工工藝

2.1 脹管準(zhǔn)備

管板孔壁的檢查。首先脹接管板孔應(yīng)符合相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，中壓爐執(zhí)行電建規(guī)、低壓爐執(zhí)行GB50273-98，現(xiàn)以低壓爐為例對(duì)于φ32～42的鋼管其管孔應(yīng)符合表1數(shù)據(jù)要求:

表1 為低壓爐φ32～42mm鋼管數(shù)據(jù)偏差值

其次脹接管孔表面不應(yīng)有凹痕、邊緣毛刺和縱向溝紋，環(huán)向或螺旋形溝紋的深度不應(yīng)大于0.5毫米，寬度不應(yīng)小于1毫米，溝紋至管孔邊緣距離不應(yīng)小于4毫米，檢查時(shí)可直觀或用放大鏡檢查。

2.2 管子的檢查

用肉眼及燈光管子的內(nèi)外壁，應(yīng)光滑沒有刻痕、裂紋、重皮等。管子脹接端的外徑偏差;公稱外徑為32～42毫米的管子，不應(yīng)超過±0.45毫米，長(zhǎng)度偏差不應(yīng)超過±3毫米，彎曲管的外形偏差為:

a、管口偏移(△a)≤2毫米

b、管口偏移(△b)≤5毫米

c、管口間水平方向距離(m)偏差≤±2毫米

d、管口間鉛垂方向距離(h)的偏差+5-2

e、彎曲管的不平度見表2:

表2 為彎管不平度標(biāo)準(zhǔn)值

f、脹接管口的端面傾斜度不應(yīng)大于管外徑的2%

g、通球檢查，用直徑為管子內(nèi)徑70～85%的鋼球?qū)苁M(jìn)行逐根的通球檢查，并將檢驗(yàn)完的管子作好記錄單獨(dú)擺放，以免混淆。

2.3 管端退火

鍋爐法規(guī)規(guī)定，脹接管子管端的硬度若大于管板硬度或管子硬度大于HB170時(shí)，應(yīng)進(jìn)行退火處理，退火長(zhǎng)度一般為150～200mm。

退火時(shí)可將管頭插入鉛槽內(nèi)，進(jìn)行鉛浴。鉛的溫度應(yīng)控制在600～650℃，可采用熱電偶隨時(shí)測(cè)量鉛液的溫度，管子在鉛槽內(nèi)加熱15分鐘后，取出插入干燥的石灰粉內(nèi)進(jìn)行燜火，待徐徐冷卻到接近環(huán)境溫度后方可取出。熔鉛時(shí)為防止鉛液飛濺，在鉛液面上應(yīng)撒上一層石棉灰，浴鉛及燜火時(shí)，可將管頭的另一端用木塞塞住，防止空氣對(duì)流，保證退火質(zhì)量。

2.4 管端及管孔壁打磨

管端表面的加工程度直接影響脹管質(zhì)量，實(shí)踐證明，管端內(nèi)有7～12長(zhǎng)的粗銼時(shí)，可保證較高值，脹接質(zhì)量打磨管端后工作應(yīng)在即將進(jìn)行脹接時(shí)邊銼邊脹，打磨長(zhǎng)度應(yīng)為(管孔壁厚+50mm)管子端頭打磨可采用三塊砂輪片組成的卡頭安在床上進(jìn)行，管頭插入砂輪塊中，當(dāng)卡頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)砂輪片靠外力作用和管頭接觸進(jìn)行打磨，金屬表面打磨應(yīng)以少為佳，只要缺陷磨掉露出金屬光澤即可，一般最終打磨量應(yīng)控制在0.2毫米為宜。管孔壁打磨可用小風(fēng)砂輪桿上纏砂紙進(jìn)行，打磨時(shí)風(fēng)砂輪桿應(yīng)與管孔軸線盡量平衡，以免打磨不勻，出現(xiàn)喇叭口，不要將管孔打的很光滑，露出金屬光澤就可。

2.5 掛管

2.5.1 配管

由于加工時(shí)的誤差，各管孔直徑大小是不同的，同樣規(guī)格的管子在制造時(shí)其外徑也有誤差，如φ42管子，制造時(shí)外徑在公稱直徑1%以內(nèi)均合格，這樣它的范圍應(yīng)是 φ41.58～φ42.42之間，而脹接管孔對(duì)應(yīng)φ42管子可以在42.3+0.34之內(nèi)，也就是說 φ42.3 ～ φ42.64 之間合格，若 φ42.4 的管子穿在φ42.64 的孔內(nèi)，則間隙為0.24，若 φ41.6 管子穿在 φ42.64 的孔內(nèi)間隙為1.04，可見間隙為0.24的非常難穿，而間隙為1.04的管子脹后塑性變形又太大，因此在配管前應(yīng)將鍋筒(或聯(lián)箱)孔平面放大畫出管孔分布圖，并在每個(gè)孔上標(biāo)出實(shí)測(cè)孔內(nèi)徑數(shù)值，然后對(duì)每根管子逐根測(cè)量其直徑、編號(hào)、穿管時(shí)應(yīng)采用對(duì)號(hào)入座，使其間隙盡量保持一致。

2.5.2 試裝和掛管

管頭伸出管孔的長(zhǎng)度是鍋爐安裝的又一個(gè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，如果過長(zhǎng)，則保證不了扳邊角度，而且也減少了拉脫力，如果過短則管孔壁容易變形，在鍋爐運(yùn)行不正常時(shí)，管子容易脫落，因此在規(guī)程上對(duì)其伸出管孔壁長(zhǎng)度都作出了規(guī)定，詳見表3:

表3 為管端伸出管孔的長(zhǎng)度

為了保證這個(gè)數(shù)值，必須進(jìn)行試安裝，對(duì)于管板壁薄的即＜20mm可直接用爐管試安裝，對(duì)于壁厚(＞20mm)的可用比爐管小一號(hào)的樣管進(jìn)行試安裝，將正式安裝的爐管按此管進(jìn)行切割后掛到爐上。

掛管時(shí)，上下鍋筒(或聯(lián)箱)都應(yīng)有人配合，鍋筒外要專人負(fù)責(zé)找正，掛管時(shí)一般選擇鍋筒(或聯(lián)箱)位于同排管子兩端最邊上的一根管子作為基準(zhǔn)管(也稱定位管)，脹接之后依它們來控制管子排面的整齊，并使脹接過程中上下鍋筒(或聯(lián)箱)之間的標(biāo)準(zhǔn)和平面不會(huì)發(fā)生變動(dòng)。掛管過程中，由兩側(cè)基準(zhǔn)管拉線找正，由兩側(cè)基準(zhǔn)管向聯(lián)箱中部依次掛完，掛管時(shí)，脹的不要太緊，帶上點(diǎn)勁就可以。

2.6 脹管

脹管順序?yàn)檠劐佂?或聯(lián)箱)縱向中心線來看，由兩側(cè)基準(zhǔn)管向鍋筒(或聯(lián)箱)中部進(jìn)行，從鍋筒(或聯(lián)箱)徑向來看，由中部向外側(cè)進(jìn)行，各排管可同時(shí)進(jìn)行脹接，就每排每列而言應(yīng)采用反階式脹管次序，以免使已脹接完的脹口松弛，當(dāng)脹接第二排時(shí)，其反階次序不應(yīng)重合，而應(yīng)交錯(cuò)開脹接，第三排再錯(cuò)開，依次類推，如圖2序號(hào)所示:

圖2 為脹管順序圖(箭頭表示脹接先后順序)

脹管時(shí)最好上下爐筒(或聯(lián)箱)同時(shí)進(jìn)行，管子端頭應(yīng)垂直于鍋筒，脹后的管壁減薄量應(yīng)在5～15%之間，脹口不應(yīng)有凹陷、裂紋，切口偏斜等缺陷，扳邊應(yīng)從管邊外1～2毫米處扳起，并與管端軸線成12～15°角，脹粗變徑部分應(yīng)緩慢，脹管率應(yīng)控制在1～2.1%之間。

2.7 水壓實(shí)驗(yàn)

當(dāng)脹接工作和鍋筒內(nèi)部裝置安裝工作結(jié)束后，水壓試驗(yàn)前必須再對(duì)所有管束進(jìn)行通球檢驗(yàn)。水壓試驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度應(yīng)高于5℃，各缸應(yīng)有防凍措施，水壓試驗(yàn)時(shí)必須注意升壓和泄壓速度，一般在工作壓力以下每分鐘升壓1～2kg/cm2;超過工作壓力后，不宜超過1kgf/cm2;泄壓速度也一樣，若壓力升、降過急易造成脹口滲漏。

3 脹管工藝應(yīng)注意的問題

3.1 管板及管子的硬度測(cè)試及管端退火。在開箱點(diǎn)件的同時(shí)，應(yīng)對(duì)管板及管子的硬度進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)規(guī)程要求若管子硬度HB≯170且小于管板硬度可不進(jìn)行退火，根據(jù)規(guī)范要求退火溫度控制在600～650℃，保溫15分鐘插入白灰中復(fù)冷至常溫，這種退火屬于低溫退火，所謂低溫退火就是將非淬火鋼加熱到低于AC1的某一溫度，保溫一定時(shí)間后緩慢冷卻，其目的是消除鍛、軋后管件的殘余內(nèi)應(yīng)力，以達(dá)到降低硬度，改善管子的延展性能。但是由于操作方法不當(dāng)也會(huì)出現(xiàn)退火后的硬度降不下來，甚至高于退火前的硬度，若加熱溫度 ＞723℃時(shí)部分或全部的珠光體組織轉(zhuǎn)化為奧氏體組織，然后埋入涼的白灰中，這樣很薄的管壁就會(huì)急速冷卻奧氏體將部分轉(zhuǎn)變成索氏體，屈氏體而提高了硬度，由此可見鋁洛退火需注意以下幾點(diǎn)。第一退火溫度必須控制在600～650℃之間。第二燜火用的白灰應(yīng)采取加溫去濕設(shè)施。第三管端應(yīng)加封堵以防冷氣進(jìn)入。

3.2 試脹。試脹所用的管板及管子的材質(zhì)及加工精度必須同爐體相同。通過試脹除掌握脹管器性能外還要掌握脹管器每轉(zhuǎn)一圈管徑脹大值和脹管器軸向進(jìn)給量，最后對(duì)試脹管口進(jìn)行水壓試驗(yàn)來找出脹管率約最佳值。

3.3 脹管率的控制。采用外徑控制，內(nèi)徑計(jì)算，為了用外徑控制脹管率的大小，必須建立內(nèi)、外徑間的函數(shù)關(guān)系，因直徑脹大部分不受管板約束，可以按截面積不變的原則計(jì)算。

4 總結(jié)

本文闡述了電廠鍋爐運(yùn)行中脹口的基本要求，剖析脹管施工工藝過程，分析脹管工藝應(yīng)注意的問題。只有充分掌握脹管施工的技術(shù)要求及脹接質(zhì)量，保證鍋爐水壓時(shí)脹口無滲漏，才能確保鍋爐安裝工作順利進(jìn)行。

[1]《鍋爐安裝手冊(cè)》.朱寶山.中國(guó)電力出版社 (2009-10出版)

[2]BJG17-65.《低壓水管鍋爐脹管施工規(guī)程》

[3]JB1623-83.《鍋爐脹接管孔尺寸及管端伸出長(zhǎng)度》