鍋爐集箱小口徑成排管接頭內脹式水壓堵頭裝置結構研究

周 健

（安徽海螺川崎節能設備制造有限公司，安徽蕪湖 241000）

隨著市場化的競爭、企業成本管控及產品交貨期要求日趨嚴峻，鍋爐作為國家強制要求的特種設備，受國家法規、標準、行業標準以及地方監督部門監管，在鍋爐結構上必須按要求執行，如何在鍋爐制造企業做好降本增效尤為重要。公司積極投入從源頭鍋爐結構入手，優化生產工藝、工裝，通過現場操作人員反饋，目前鍋爐集箱水壓試驗時管接頭封堵以及水壓后拆除，工作時間長、勞動強度大。本文為解決以上問題提高鍋爐集箱工廠水壓試驗時效率，減少工人勞動強度，提出一種新型水壓試驗工裝。

鍋爐產品中集箱最為主要部件，制作時數量較多，結構為Φ32～60 mm的小口徑成排單管接頭，根據《鍋爐安全技術規程》（TSG 11—2020）和《水管鍋爐》（GB/T 16507—2013）中相關規定散件出廠鍋爐的集箱類部件需要在工廠內水壓試驗合格后方可發運出廠。對于承接的項目較多、交貨期緊的公司，采用傳統的水壓試驗工裝材料成本高，制造工序周期長，針對工作壓力不大于3.8 MPa的余熱鍋爐的特點，對鍋爐集箱小口徑管接頭的水壓試驗工裝進行一系列改進。

1 傳統水壓試驗工裝的結構及其缺點

作為鍋爐的一個組成部分集箱，是匯集、混合、分配水及蒸汽的重要部件，其作用顯著，制造廠在制作完成后需要做水壓試驗，對其進行質量檢測，目前國內大多數鍋爐制造廠家均采用焊接水壓封板的方式對集箱成排管接頭進行水壓試驗前的封堵。

水壓試驗合格結束后，操作人員采用氣割的方式將多余的管接頭和悶板進行切割，按圖紙尺寸對管口位置通過角向磨光機進行打磨，用坡口機進行坡口加工，通過以上工序完成水壓試驗。通過統計及工時計算，采用這種封堵方式進行水壓試驗存在缺陷。

（1）單臺鍋爐中集箱數量一般較多，結合集箱自身的結構特點，其單根集箱管接頭數量多管接頭結構形式多樣，空間彎管多，如采用焊接水壓封板的形式人員操作空間受限，封板焊接工作量大。

（2）水壓封板的結構、型式、厚度均要符合《水管鍋爐》（GB/T 16507—2013）標準中相關要求進行計算校核。

（3）水壓試驗合格后需要安排操作人員按圖紙尺寸將管接頭余量及水壓封板切除，焊接水壓封板的利用率只有一次，造成管接頭和封板的材料浪費。

（4）據統計，一根規格Φ219集箱，管接頭數量為60個，水壓試驗準備到水壓合格耗時約2 d，水壓周期長，工作效率低。

焊接水壓封板如圖1所示，水壓封板安裝如圖2所示。

圖1 焊接水壓封板

圖2 水壓封板安裝

2 改進后的水壓工裝設計方案及工作原理

考慮焊接式水壓封板封堵其勞動強度大、工作效率低等缺點，為了有效提高工作效率、降低勞動強度、縮短制造周期、降低制造成本，公司對其設計進行分析及改進。通過對鍋爐集箱結構分析及各項試驗設計內脹式水壓試驗裝置，目前公司鍋爐集箱管接頭水壓試驗均采用內脹式水壓堵頭裝置進行封堵，其結構穩定、安全、可多次重復使用，具有較高的經濟實用性。該裝置通過調節水壓裝置與管接頭內壁間的間隙達到脹緊的目的，起到封堵的作用。

內脹式水壓裝置是由拉緊螺桿、固定螺母、橡膠密封圈、塞頭Ⅰ、塞頭Ⅱ、脹筒、墊圈、壓緊螺母八個部件組成。工作原理是集箱水壓試驗前，操作人員將內脹式水壓裝置先置于集箱管接頭內，通過調節壓緊螺母，使塞頭向管接頭方向側擠壓壓緊，塞頭的結構都為錐型，受壓緊螺母的向內壓力時會使脹筒（為避免脹筒受力崩壞，采用分體式結構脹筒）受力后向管壁四周脹開，增大堵頭與管壁的摩擦力，彈性橡膠密封圈受螺桿拉力發生塑性變形向管壁四周擴散，填滿管接頭，進行水壓試驗時，試驗水充滿管排內部起到封閉水的流向，達到密封的作用。

內脹式水壓裝置如圖3所示，水壓試驗如圖4所示，水壓工裝安裝如圖5所示。

圖3 內脹式水壓裝置

圖4 安裝后水壓試驗

圖5 水壓工裝安裝

3 內脹式水壓裝置的優點

（1）內脹式水壓裝置操作簡單，僅需要松緊螺母，不需要焊接，降低勞動強度。

（2）適用范圍廣，可用于Φ76 mm規格以下管徑的管接頭，使用時只需要更換相應規格的塞頭和彈性橡膠密封圈即可，不需要全部更換，避免部件重復加工，提高使用率，降低投入成本。

（3）內脹式水壓裝置拆卸方便，縮短水壓試驗前后的時間，據統計，同樣規格、管接頭數量相同的集箱，水壓試驗耗時約1 d，是焊接水壓封板耗時的一半，縮短水壓周期，提高工作效率。

（4）內脹式水壓裝置在集箱管接頭內部進行密封水壓試驗，不需要管接頭留切割余量，減少管接頭材料用量，降低產品制造成本。

（5）同種規格的內脹式水壓裝置可多臺重復使用，非一次性，工裝利用率高。

（6）內脹式水壓裝置承受水壓可達10 MPa以上，滿足多種壓力的鍋爐集箱管接頭使用。

4 節約成本測算分析

經統計測算，采用原水壓工裝一臺鍋爐焊接水壓堵板的工作時間為2人16 h，采用內脹式水壓裝置后工作時間為2人2～3 h完成，人工成本為250 元/（人·d），工作時間為8 h，鋼材噸單價為5 000元/t，年產量為30臺。節約工作時間、提高工作效率，內脹式水壓裝置可多次重復使用，為公司節約成本提供依據。

成本測算如表1所示。

表1 成本測算

5 結語

綜上所述，鍋爐集箱管接頭內脹式水壓試驗裝置的使用在產品材料成本、用工成本、工人勞動強度等多個方面具有明顯優勢，該裝置的使用可以不需要提前對集箱管接頭進行封堵。可在水壓試驗前根據圖紙將管接頭的坡口通過坡口機或車床加工完成，保證其精度和尺寸要求，優化產品制作工藝，在提高產品質量等方面起到重要作用。