脹接爐管施工脹管器旋進(jìn)量的計(jì)算與控制

孫彥釗

中國(guó)石油天然氣第七建設(shè)公司山東青島266061

脹接爐管施工脹管器旋進(jìn)量的計(jì)算與控制

孫彥釗

中國(guó)石油天然氣第七建設(shè)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(zhì)，將管子脹接在鍋筒上。脹接的管口要求有足夠的嚴(yán)密性，必須保證不漏水，不漏氣，也要求有足夠的強(qiáng)度。脹接過(guò)程中，要嚴(yán)格控制其脹管率，不能脹接不嚴(yán)密且不能過(guò)脹。所以，脹接過(guò)程中脹管器旋進(jìn)尺寸的控制尤為重要。小型鍋爐的對(duì)流管束多采用脹接方法與鍋筒連接，下面，介紹一種鍋爐對(duì)流管束脹接施工中脹管器旋進(jìn)量的計(jì)算與控制方法。

1 脹管率的計(jì)算公式

脹接管道中脹管率的計(jì)算一般有內(nèi)徑控制法和外徑控制法兩種，公式如下：

（1）內(nèi)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(nèi)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(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——未脹時(shí)的管子實(shí)測(cè)外徑（mm）；

d5——脹完后緊靠鍋爐外壁處管子實(shí)測(cè)外徑（mm）；t——未脹時(shí)管子實(shí)測(cè)壁厚（mm）。

2 脹管率計(jì)算公式的比較和選用

2.1 內(nèi)徑控制法和外徑控制法的比較

從公式中就可以看出，內(nèi)徑控制法計(jì)算復(fù)雜，涉及的數(shù)據(jù)較多，其中（d3－d4）是未脹時(shí)管孔與管子實(shí)測(cè)外徑之差，也就是未脹時(shí)管孔與管子的間隙，這說(shuō)明內(nèi)徑控制法脹管率的計(jì)算中包含了管孔與管子間隙的脹量。

外徑控制法計(jì)算方法簡(jiǎn)單，涉及數(shù)據(jù)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(shuō)明外徑控制法脹管率的計(jì)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(cè)量脹完后緊靠鍋爐外壁處管子外徑，由于測(cè)量工具（外徑千分尺或游標(biāo)卡尺）的局限性，測(cè)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(cè)量實(shí)際操作起來(lái)極其困難。再有，脹管操作人員在鍋筒內(nèi)部作業(yè)，鍋筒外壁處管徑測(cè)量需在鍋筒外部在增設(shè)測(cè)量人員，故不推薦使用外徑控制法。

2.2 內(nèi)徑控制法兩個(gè)公式的比較

我們假設(shè)管子的實(shí)測(cè)壁厚等于管子的實(shí)測(cè)外徑與實(shí)測(cè)內(nèi)徑之差的一半（2t=d4－d2），可以得出兩個(gè)公式是相同的。實(shí)際操作中，兩個(gè)公式的選用主要看管子的實(shí)測(cè)壁厚和實(shí)測(cè)內(nèi)徑、實(shí)測(cè)外徑相比較哪個(gè)誤差較小。在實(shí)際操作中，壁厚測(cè)量工具（游標(biāo)卡尺）與管徑測(cè)量工具（內(nèi)徑千分尺、外徑千分尺、內(nèi)徑百分表）相比較讀數(shù)復(fù)雜，而且，外徑和內(nèi)徑需要測(cè)量?jī)纱危梢杂行p少測(cè)量誤差，另外，外徑和內(nèi)徑的測(cè)量也是檢驗(yàn)管子的一個(gè)過(guò)程，可以避免重復(fù)勞動(dòng)，故推薦使用公式Hn=[d1－d2－（d3－d4）]/d3×100%來(lái)計(jì)算脹管率。

3 脹管率的選擇

試脹完成后（試脹按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行，這里不詳細(xì)闡述），對(duì)試樣進(jìn)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(jìn)行記錄，然后對(duì)試驗(yàn)集箱進(jìn)行水壓試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)壓力、試驗(yàn)要求及試壓操作程序與正式試壓相同。水壓試驗(yàn)后，如實(shí)記錄試驗(yàn)過(guò)程中滲漏狀態(tài)及試驗(yàn)結(jié)果。水壓試驗(yàn)后，根據(jù)脹前間隙、脹后形態(tài)、脹管率、水壓試驗(yàn)狀況等因素，選擇不少于三根試管進(jìn)行解剖分析，所取樣管的試脹記錄數(shù)據(jù)要處于規(guī)范允許范圍，并具有各類狀態(tài)代表性。依據(jù)解剖前記錄脹管率、脹前間隙、解剖后實(shí)測(cè)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(jié)合試壓進(jìn)行分析得出最佳脹管率控制范圍。因?qū)嶋H脹管操作存在施工誤差，為避免過(guò)脹，建議脹管率選擇不宜過(guò)大。例如：1.8%和1.9%的脹管率脹接之后的的管頭各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)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(jìn)量計(jì)算表

4 脹管器旋進(jìn)量的計(jì)算與控制

確定合適的脹管率后，可根據(jù)公式Hn=[d1－d2－（d3－d4）]/d3×100%推算出d1=Hn×d3/100＋d2＋d3－d4。這樣，根據(jù)脹接前測(cè)量數(shù)據(jù)和脹管率可預(yù)先計(jì)算出管道脹完后的理論內(nèi)徑。

管道試脹過(guò)程中，還需測(cè)量脹管器坡度即脹管器旋進(jìn)每旋進(jìn)360°脹桿，脹珠外擴(kuò)尺寸。測(cè)量方法：在脹管器脹珠與脹接管道內(nèi)壁緊密接觸的情況下，測(cè)量脹管器旋轉(zhuǎn)每10個(gè)360°之后管道內(nèi)徑擴(kuò)大值，選擇不同脹接狀態(tài)下的管道進(jìn)行測(cè)量，記錄平均數(shù)值，再除以10計(jì)算出脹管器每旋進(jìn)360°管子內(nèi)徑的擴(kuò)大值，該數(shù)值即為脹管器坡度，相同型號(hào)的脹管器坡度應(yīng)相同，在后續(xù)計(jì)算中該坡度為常數(shù)。

我們將脹管器理論旋進(jìn)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(jìn)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(shù)量較多，建議以上計(jì)算過(guò)程用Excel表格編輯公式進(jìn)行。Excel表格中各參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系及數(shù)值舉例見(jiàn)表1。

在脹管之前，可根據(jù)管道和管孔的測(cè)量尺寸逐個(gè)計(jì)算出每個(gè)管子的脹量和脹管器理論旋進(jìn)長(zhǎng)度，為脹管做好準(zhǔn)備。

在每根管子脹接之前，先將脹管器置入待脹接管道內(nèi)部，用手力使脹珠緊貼管道內(nèi)壁，用鋼板尺在脹管器脹桿上測(cè)量出理論旋進(jìn)長(zhǎng)度，用細(xì)頭的水性記號(hào)筆做好標(biāo)記，脹接過(guò)程中控制脹桿旋進(jìn)到記錄位置即停止，便能控制脹量達(dá)到理想效果。

脹接過(guò)程中，需要注意兩點(diǎn)，一是機(jī)械脹接之前用手力安裝脹管器到管道內(nèi)部，所以，機(jī)械脹接開(kāi)始階段仍是使脹管器和管道內(nèi)壁貼緊的過(guò)程，不能使管內(nèi)徑擴(kuò)大，所以，脹桿的理論旋進(jìn)長(zhǎng)度應(yīng)比計(jì)算數(shù)據(jù)加大一些；二是脹管結(jié)束后，用翻邊器翻邊過(guò)程中也會(huì)對(duì)管道進(jìn)行脹接，所以，脹桿的理論旋進(jìn)長(zhǎng)度應(yīng)比計(jì)算數(shù)據(jù)減少一些。以上這兩種情況對(duì)脹量的影響無(wú)法進(jìn)行計(jì)算，只能在試脹時(shí)記錄經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。經(jīng)在施工中驗(yàn)證，實(shí)際需要的脹桿旋進(jìn)長(zhǎng)度一般為理論旋進(jìn)長(zhǎng)度增加0～5mm不等，經(jīng)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，增加的長(zhǎng)度和管端預(yù)留的翻邊長(zhǎng)度有關(guān)，一般情況下，翻邊長(zhǎng)度固定，增加的數(shù)值也是固定的。

5 結(jié)束語(yǔ)

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

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TE682

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1672-9323（2012）04-0075-02

2012-04-13）