鍋爐膜式壁鰭片管脹粗量檢測方法的研究與實現(xiàn)

沈華西，熊憶明，王俊杰，曹袁龍

江西省鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院九江分院 江西九江 332000

1 序言

鍋爐檢驗檢測相關(guān)規(guī)范[1]中規(guī)定：當(dāng)碳素鋼受熱面管脹粗量超過公稱直徑的3.5%、低合金鋼受熱面管脹粗量超過公稱直徑的2.5%時，應(yīng)對相關(guān)部件及時更換。將管子脹粗納入檢驗檢測范圍，脹粗測量值作為一項判定管子是否需要更換的依據(jù)，可見管子脹粗量檢測方法研究的意義。

2 基本概況

鰭片管是將無縫鋼管和兩塊扁鋼對稱焊接在一起，膜式壁鰭片管是將許多根鰭片管沿扁鋼邊緣縱向依次焊接起來，組成一個整體，安裝時組與組間再用焊接密封，使?fàn)t膛四周被一層整塊的水冷壁膜片嚴(yán)密地包圍起來，構(gòu)成了電站鍋爐的水冷壁膜式壁。該部件具有氣密性好、不漏風(fēng)、不易結(jié)渣、傳熱效果好等優(yōu)點，可由制造廠在車間焊接成組件出廠，具有制造高效、安裝方便等優(yōu)點[3]。

鍋爐運行時水冷壁受高溫輻射，長時間處于高溫工況，鰭片管迎火面容易產(chǎn)生脹粗變形，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致爆管[2]。脹粗屬塑性變形，外力去除后變形不會恢復(fù)至原來狀態(tài)，會呈現(xiàn)變形疊加狀態(tài)，管子壁溫越高，周向應(yīng)力越大，脹粗就越明顯[4]。管子脹粗將導(dǎo)致管子壁厚減薄，承載能力下降，直至管子破裂，嚴(yán)重時會切割周邊的膜式壁管，危及周邊的膜式壁鰭片管甚至電站鍋爐的運行安全。

膜式壁鰭片管結(jié)構(gòu)較為特殊，脹粗方向一般會垂直膜式壁方向，導(dǎo)致無法用傳統(tǒng)的管卡對脹粗后的管徑進(jìn)行測量，給鍋爐的安全、尤其是電站鍋爐的安全帶來隱患。本文結(jié)合膜式壁的結(jié)構(gòu)以及鍋爐現(xiàn)場檢測的條件，對膜式壁鰭片管脹粗量的有效測量及計算進(jìn)行研究，解決了膜式壁因結(jié)構(gòu)復(fù)雜而造成鰭片管脹粗量難以測量的問題，為鍋爐膜式壁鰭片管脹粗量的檢測提供一種快速、簡便、實用、有效的手段。

3 檢測方案及實施

針對膜式壁結(jié)構(gòu)以及鍋爐現(xiàn)場檢測條件，提出了脹粗量檢測方案，在瑞昌某化工企業(yè)電站鍋爐檢驗檢測過程中，對膜式壁鰭片管脹粗量進(jìn)行了現(xiàn)場檢測。

3.1 工裝夾具的設(shè)計

根據(jù)膜式壁鰭片管徑和管與管之間的間距，設(shè)計并制作了一類似卡箍的工裝夾具，其半圓直徑為70mm，直段為10mm，夾具中間使用塑性較好且易于貼合成形的橡膠泥，工裝夾具設(shè)計結(jié)構(gòu)及實物如圖1、圖2所示。

圖1 工裝夾具設(shè)計結(jié)構(gòu)

圖2 工裝夾具實物

（1）機(jī)械部分 類似卡箍的夾具，由304不銹鋼制作，厚度為4mm。電站鍋爐膜式壁鰭片管的管徑約為60mm，故設(shè)計制作直徑為70mm的半圓形卡箍。鰭片管之間的間隙一般在20mm左右，故該夾具兩邊直段各為10mm，方便操作。

（2）填充材料 使用塑性較好且易于貼合成形的塑性材料，該塑性材料應(yīng)干濕適中。若干度較大，則材料硬度較高，不方便操作，難于成形；若濕度較大，則復(fù)刻后從夾具上取下時，易粘貼在管子上，難以得到理想的輪廓圓弧。本文采用主要以碳酸鈣等為原料的工業(yè)橡膠泥，由液體石蠟與甘油等配制而成，主要有以下特點。

1）不含防腐劑，油性成分使用的是液體石蠟，使用安全，無毒無臭，可塑性好。

2）室溫下幾乎不會蒸發(fā)干燥，易于成形，穩(wěn)定性好，拓印輪廓不易變形。

3）操作容易，柔軟性好，不沾手。

4）添加有金屬皂成分，既可提高無機(jī)填料與油成分的親和力，又能提高粘土的粘性。

3.2 工裝夾具的應(yīng)用

在膜式壁發(fā)生脹粗的鰭片管部位，操作人員手持夾具，將橡膠泥一側(cè)與鰭片管緊密貼合，用力擠壓夾具的金屬部分，使橡膠泥全部包裹該鰭片管圓弧部分，夾具的位置盡量選擇在脹粗最為嚴(yán)重的部位，其測量如圖3所示。

圖3 脹粗管測量

在夾具完成貼合后，用小刀去除夾具兩側(cè)因貼合鰭片管而擠壓出的橡膠泥，使夾具上下端面保持平整順滑，如圖4所示。

圖4 端面平整的脹粗管測量

3.3 脹粗量的檢測

當(dāng)橡膠泥完成對脹粗部位的復(fù)刻后，輕輕地取下夾具，盡量保證輪廓圓弧的完整。將夾具端面平齊地固定在紙上，在貼合成形后的橡膠泥上，用筆畫出與脹粗部位幾何外形相同的輪廓圓弧，如圖5所示。

圖5 輪廓圓弧

此時所繪得的輪廓圓弧，可以通過三點定圓的方法，畫出一個圓，使該輪廓圓弧與其圓盡量重合，該圓直徑便可作為此鰭片管脹粗后的管徑D弧，如圖6所示。三點定圓方法能比較精確地測量脹粗量。經(jīng)測量D弧為63mm。

圖6 三點定圓

現(xiàn)將圖6所測得膜式壁脹粗部位拓印的3個點，在Auto CAD繪圖模塊中，按1∶1比例還原，再利用Auto CAD中的3點畫圓指令，將所選取的點擬合為一個完整的圓，使該擬合而成的圓與拓印出的膜式壁脹粗部位的圓保持一致，再通過測量模塊，得出該圓的直徑為62.8mm，其結(jié)果與圖6手繪方法測量所得的63mm基本相等，如圖7所示。

圖7 Auto CAD的3點擬合成圓

通過資料審查，該膜式壁鰭片管材質(zhì)為20G，D標(biāo)為60mm（D標(biāo)為鰭片管的標(biāo)準(zhǔn)直徑），通過公式：脹粗量＝D?。璂標(biāo)，計算可得鰭片管的脹粗量為3mm，脹粗率為5%，因此必須更換該鰭片管。根據(jù)相關(guān)規(guī)范的規(guī)定[4]，碳素鋼受熱面管脹粗量超過公稱直徑的3.5%時，應(yīng)對相關(guān)部件及時更換。

4 檢測內(nèi)容分析

通過研究檢測方法，設(shè)計并制造出了一種工裝夾具，用來實現(xiàn)對膜式壁鰭片管脹粗量的檢測，該檢測方法快速且簡便，能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能。

1）設(shè)計并制造出了一種簡易的工裝夾具，用來拓印膜式壁鰭片管的外輪廓，以獲得鰭片管的輪廓圓弧。

2）工裝夾具設(shè)計及制作簡單、易于實現(xiàn)。針對電站鍋爐現(xiàn)場檢測具有攜帶方便、操作性強(qiáng)、適用性好等優(yōu)點。該工裝夾具由兩部分構(gòu)成：①機(jī)械部分類似卡箍的夾具，由304不銹鋼制作。②填充材料使用塑性較好且易于貼合成形的工業(yè)橡膠泥。

3）輪廓圓弧通過3點定圓，CAD三點擬合成圓，能快速、簡便、精確地測量鰭片管脹粗后的管徑D弧。

4）通過計算可得到鰭片管脹粗量及脹粗率，為實際生產(chǎn)中是否需要更換發(fā)生脹粗的膜式壁鰭片管提供可靠的理論依據(jù)。

5 結(jié)束語

本文研究的檢測方法實施后，可得到較精確的鰭片管脹粗量和脹粗率，并得出以下結(jié)論。

1）設(shè)計了一套工裝夾具，通過拓印鰭片管脹粗的外輪廓，解決了膜式壁鰭片管因結(jié)構(gòu)復(fù)雜而造成脹粗量難以測量的問題。

2）為鍋爐膜式壁鰭片管脹粗檢測，提供了一種快速、簡便、實用、有效的手段。

3）可得到較精確的鰭片管脹粗量，用來指導(dǎo)實際生產(chǎn)中是否需要更換脹粗的鰭片管。