空溫式高壓氣化器中復(fù)合管的應(yīng)用

畢征 鄧晶晶 魏永剛

摘 要：對復(fù)合管翅片與鋁制翅片的優(yōu)缺點進行對比分析，簡述復(fù)合管的制造過程及工藝控制要點。

關(guān)鍵詞：復(fù)合管;脹接

近年來，我國LNG產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，國內(nèi)LNG儲配站以及接收站將大量建設(shè)。LNG調(diào)峰站憑借能迅速滿足用氣市場需求的優(yōu)勢，已逐漸在我國眾多經(jīng)濟發(fā)達、能源緊缺的中小城市建成，成為永久供氣設(shè)施或管輸天然氣到達前的過渡供氣設(shè)施。在各儲配站中，將LNG增壓后氣化，然后進入輸氣管道，滿足下游各用戶用氣使用。常用的LNG氣化器包括水浴式和空溫式氣化器，空溫氣化器因其無需額外提供熱源而成為LNG場站首選的節(jié)能產(chǎn)品。

1、結(jié)構(gòu)

因為空溫式氣化器還沒有行業(yè)標準，現(xiàn)在氣化器的壓力等級習慣上按管道的劃分方法來劃分。設(shè)計壓力P≥4MPa為高壓氣化器，P<4MPa為中低壓氣化器。中低壓空溫式氣化器受壓元件主要以鋁材為主。大多數(shù)制造廠使用的星型管屬于型材，執(zhí)行的是GB/T6892-2015《一般工業(yè)用鋁及鋁合金擠壓型材》，本標準未注明是否可應(yīng)用于承壓件，壓力低時還可以滿足承壓的需要，但當用在高壓氣化器時，是存在著安全隱患的。這時就需要考慮采用復(fù)合管的方式來解決這個問題。復(fù)合管以304不銹鋼管作為承壓元件，鋁制翅片作為傳熱元件。二者以貼脹的方式結(jié)合到一起。

相對鋁制星型管，復(fù)合管具有以下優(yōu)勢：

（1）焊接性能要好于鋁制管。由于鋁制星型管的導(dǎo)熱系數(shù)較高，散熱快，

焊接時容易產(chǎn)生裂紋。

（2）設(shè)計溫度為-196℃時，304不銹鋼的許用應(yīng)力為137MPa，而鋁材6063的許用應(yīng)力為29MPa。安全系數(shù)更高

（3）不銹鋼管冷拔成型，鋁制星型管擠壓成型，力學(xué)性能比更穩(wěn)定。

但相對的，相同氣化量的情況下，復(fù)合管成本要比鋁制翅片管高，體積和重量也更大。

2、制造

影響空溫式氣化器使用效果的主要因素就是翅片管的導(dǎo)熱效率，因此復(fù)合管的脹接工藝就是保證導(dǎo)熱效率的關(guān)鍵技術(shù)控制要點。

現(xiàn)階段復(fù)合管脹管主要采用機械脹。S30408鋼管應(yīng)符合GB/T13296-2013中的規(guī)定，外形尺寸及壁厚公差按NB/T47019.1-2011執(zhí)行。翅片管應(yīng)符合GB/T6892-2015的規(guī)定。內(nèi)徑公差應(yīng)控制在+0.3～0mm的范圍內(nèi)。

由于現(xiàn)階段關(guān)于空溫式氣化器還未出臺行業(yè)標準，脹管的脹度要求可參照GB/T151-2014中關(guān)于貼張的規(guī)定，脹度控制在2%～3%。

脹度的計算方法如下：

由于氣化器的翅片一般都較長，采用管殼式換熱器換熱管那樣的脹接方法行不通，為了滿足脹接的需要，特設(shè)計了一種拉桿帶動脹環(huán)擠壓內(nèi)管的機械裝置來達到脹接的目的。

通過上述公式計算所需脹環(huán)的外徑，脹環(huán)表面進行淬火處理，以延長使用壽命。也可以采用鎢合金做脹環(huán)。脹接時管內(nèi)需添加潤滑劑，潤滑劑一般采用潤滑油或石灰漿。以潤滑油作為潤滑劑時，脹管后需要用脫脂劑對內(nèi)管進行脫脂處理，并用水沖洗干凈。而用石灰漿作為潤滑劑時，脹管后也需要將附著在內(nèi)管壁上的石灰清理干凈，并用壓縮空氣吹干。

以石灰漿作為潤滑劑時，石灰漿的灌注一般是在鋼管制造廠完成的。在鋼管制造完成后需將鋼管浸泡在石灰漿池內(nèi)，使管內(nèi)壁掛滿石灰，再進加熱爐烘干。如果脹管時，石灰漿未干，潤滑效果不好，會造成拉桿斷裂，脹環(huán)卡在管的中間，造成復(fù)合管報廢。脹管完成后需檢查復(fù)合管端部是否有裂紋。

脹管前需做脹接試件，按2%和3%的脹度各做三件。每件試件選取三個截面進行測量，檢驗所選脹環(huán)是否能夠滿足需要，觀察脹接過程中翅片是否有較大變形，翅片管直線度是否發(fā)生較大變化，翅片是否發(fā)生變形。根據(jù)試驗結(jié)果和經(jīng)濟效益選出最優(yōu)的尺寸批量生產(chǎn)。

復(fù)合管的制造過程中，內(nèi)管與外管的穿管是一個難度大，勞動強度高的工序，尤其是氣化量較大的氣化器，以5000Nm3/h氣化器為例，不銹鋼管外徑為Φ20±0.1mm，長度10.2米，翅片管內(nèi)徑Φ20，公差+0.3～0mm，長度9.8米。不銹鋼鋼管要求不能有急彎，端部一定要平直。由于不銹鋼鋼管直徑較細，長度較長，兩管間隙較小，撓度較大，很難實現(xiàn)機械穿管，我們曾經(jīng)利用脹管機改造實現(xiàn)自動穿管，但效率還沒有人工穿管快，并且一次穿管成功率也不高。

3、結(jié)束語

復(fù)合管只是在沒有行業(yè)標準的情況下，解決高壓汽化器翅片管承壓問題的一種方法，如果能夠?qū)B/T6892-2015列入承壓用材料進行規(guī)范管理，才是解決問題的根本辦法，畢竟不銹鋼與鋁合金的線膨脹系數(shù)有差別，空溫氣化器存在從常溫到-162℃的溫度變化。而且每根復(fù)合管的實際脹度不可控，存在導(dǎo)熱效率低的問題。

參考文獻：

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