脹接爐管施工脹管器旋進量的計算與控制

孫彥釗

中國石油天然氣第七建設公司山東青島266061

脹接爐管施工脹管器旋進量的計算與控制

孫彥釗

中國石油天然氣第七建設公司山東青島266061

脹接爐管是利用金屬的彈性變形與塑性變形的性質，將管子脹接在鍋筒上。脹接的管口要求有足夠的嚴密性，必須保證不漏水，不漏氣，也要求有足夠的強度。脹接過程中，要嚴格控制其脹管率，不能脹接不嚴密且不能過脹。所以，脹接過程中脹管器旋進尺寸的控制尤為重要。小型鍋爐的對流管束多采用脹接方法與鍋筒連接，下面，介紹一種鍋爐對流管束脹接施工中脹管器旋進量的計算與控制方法。

1 脹管率的計算公式

脹接管道中脹管率的計算一般有內徑控制法和外徑控制法兩種，公式如下：

（1）內徑控制法：Hn=[d1－d2－（d3－d4）]/d3×100%或

Hn=（d1＋2t－d3）/d3×100%

（2）外徑控制法：Hw=（d5-d3）/d3×100%

式中：

Hn——采用內徑控制法的脹管率；Hw——采用外徑控制法的脹管率；

d1——脹完后的管子實測內徑（mm）；d2——未脹時的管子實測內徑（mm）；d3——未脹時的管孔實測直徑（mm）；d4——未脹時的管子實測外徑（mm）；

d5——脹完后緊靠鍋爐外壁處管子實測外徑（mm）；t——未脹時管子實測壁厚（mm）。

2 脹管率計算公式的比較和選用

2.1 內徑控制法和外徑控制法的比較

從公式中就可以看出，內徑控制法計算復雜，涉及的數據較多，其中（d3－d4）是未脹時管孔與管子實測外徑之差，也就是未脹時管孔與管子的間隙，這說明內徑控制法脹管率的計算中包含了管孔與管子間隙的脹量。

外徑控制法計算方法簡單，涉及數據較少，而其中（d5-d3）是脹完后緊靠鍋爐外壁管子凸起處外徑與管孔外徑之差，這說明外徑控制法脹管率的計算中只考慮管子在緊貼管孔之后的脹量，不包含管孔與管子間隙的脹量。另外，外徑控制法中需測量脹完后緊靠鍋爐外壁處管子外徑，由于測量工具（外徑千分尺或游標卡尺）的局限性，測量尺寸與緊靠鍋爐外壁處外徑尺寸誤差較大，而且，上鍋筒的外壁處尺寸測量實際操作起來極其困難。再有，脹管操作人員在鍋筒內部作業，鍋筒外壁處管徑測量需在鍋筒外部在增設測量人員，故不推薦使用外徑控制法。

2.2 內徑控制法兩個公式的比較

我們假設管子的實測壁厚等于管子的實測外徑與實測內徑之差的一半（2t=d4－d2），可以得出兩個公式是相同的。實際操作中，兩個公式的選用主要看管子的實測壁厚和實測內徑、實測外徑相比較哪個誤差較小。在實際操作中，壁厚測量工具（游標卡尺）與管徑測量工具（內徑千分尺、外徑千分尺、內徑百分表）相比較讀數復雜，而且，外徑和內徑需要測量兩次，可以有效減少測量誤差，另外，外徑和內徑的測量也是檢驗管子的一個過程，可以避免重復勞動，故推薦使用公式Hn=[d1－d2－（d3－d4）]/d3×100%來計算脹管率。

3 脹管率的選擇

試脹完成后（試脹按照標準規范進行，這里不詳細闡述），對試樣進行比較性檢查，檢查管孔壁與管子外壁的接觸表面的印痕和嚙合狀況，進行記錄，然后對試驗集箱進行水壓試驗。水壓試驗壓力、試驗要求及試壓操作程序與正式試壓相同。水壓試驗后，如實記錄試驗過程中滲漏狀態及試驗結果。水壓試驗后，根據脹前間隙、脹后形態、脹管率、水壓試驗狀況等因素，選擇不少于三根試管進行解剖分析，所取樣管的試脹記錄數據要處于規范允許范圍，并具有各類狀態代表性。依據解剖前記錄脹管率、脹前間隙、解剖后實測管孔壁、脹接切槽處管子壁的變形量和管壁減薄量，以及脹接接觸表面的印痕和嚙合狀況，結合試壓進行分析得出最佳脹管率控制范圍。因實際脹管操作存在施工誤差，為避免過脹，建議脹管率選擇不宜過大。例如：1.8%和1.9%的脹管率脹接之后的的管頭各項測量數據和外觀都滿足脹接要求，建議選擇1.8%的脹管率。

表1 脹管旋進量計算表

4 脹管器旋進量的計算與控制

確定合適的脹管率后，可根據公式Hn=[d1－d2－（d3－d4）]/d3×100%推算出d1=Hn×d3/100＋d2＋d3－d4。這樣，根據脹接前測量數據和脹管率可預先計算出管道脹完后的理論內徑。

管道試脹過程中，還需測量脹管器坡度即脹管器旋進每旋進360°脹桿，脹珠外擴尺寸。測量方法：在脹管器脹珠與脹接管道內壁緊密接觸的情況下，測量脹管器旋轉每10個360°之后管道內徑擴大值，選擇不同脹接狀態下的管道進行測量，記錄平均數值，再除以10計算出脹管器每旋進360°管子內徑的擴大值，該數值即為脹管器坡度，相同型號的脹管器坡度應相同，在后續計算中該坡度為常數。

我們將脹管器理論旋進尺寸用h表示，脹管器的坡度用δ表示，，則在脹管率確定的情況下，脹管器的旋進尺寸就為：

h=(d1－d2)/δ=(Hn×d3/100＋d3－d4)/δ

因鍋爐施工中脹接管頭數量較多，建議以上計算過程用Excel表格編輯公式進行。Excel表格中各參數的對應關系及數值舉例見表1。

在脹管之前，可根據管道和管孔的測量尺寸逐個計算出每個管子的脹量和脹管器理論旋進長度，為脹管做好準備。

在每根管子脹接之前，先將脹管器置入待脹接管道內部，用手力使脹珠緊貼管道內壁，用鋼板尺在脹管器脹桿上測量出理論旋進長度，用細頭的水性記號筆做好標記，脹接過程中控制脹桿旋進到記錄位置即停止，便能控制脹量達到理想效果。

脹接過程中，需要注意兩點，一是機械脹接之前用手力安裝脹管器到管道內部，所以，機械脹接開始階段仍是使脹管器和管道內壁貼緊的過程，不能使管內徑擴大，所以，脹桿的理論旋進長度應比計算數據加大一些；二是脹管結束后，用翻邊器翻邊過程中也會對管道進行脹接，所以，脹桿的理論旋進長度應比計算數據減少一些。以上這兩種情況對脹量的影響無法進行計算，只能在試脹時記錄經驗數據。經在施工中驗證，實際需要的脹桿旋進長度一般為理論旋進長度增加0～5mm不等，經大量的試驗數據表明，增加的長度和管端預留的翻邊長度有關，一般情況下，翻邊長度固定，增加的數值也是固定的。

5 結束語

2011年，在我公司承建的尼日爾Agadem油田一體化項目煉廠部分發電廠3臺75t/h蒸汽鍋爐對流管束脹接施工中，利用此種方法，在管道脹接之前提前計算出脹管器旋進尺寸，提高了施工效率，3臺鍋爐共計3234根對流管束、6468個脹接口水壓試驗全部一次合格。有效控制了對流管束的脹接質量，并為以后的管道脹接施工提供了可借鑒的經驗。

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