铝换热管和碳钢管板的胀接结构及粘胀工艺

　　引　言

　　碳化塔是化肥生产中的重要设备。碳化塔中用于热交换的换热管材料大部分已用铝管代替了碳钢管,这类塔设备的壳程介质一般为氨水、二氧化碳等,铝管较碳钢管对上述介质除有更好的耐蚀性能外,还有换热效率高(铝的导热系数是碳钢的4.375倍)、管内不易结垢等特点。铝管与管板的连接一般采用橡胶胀管法。胀接的原理是靠铝管的塑性变形和管板的弹性变形使铝管与管板的接触面产生很大的挤压力,达到密封和抗拉脱力的目的。由于铝管和碳钢管的力学性能有比较大的差别,其胀接质量比较难控制。实际上,铝管和碳钢管板胀接时接触表面所产生的挤压力很难满足设备密封和抗拉脱力的需要,经常发生的情况是:换热管束虽经水压试验合格,但经运输装配后,相当数量的胀接接头仍会发生松弛而造成泄漏。经过多次试验比较,对于制造此类设备,采用锥形管胀接结构及粘胀工艺可获得较高的胀接质量。

　　1　胀接结构的确定

　　1.1　胀接结构

　　如图1所示,在换热管管端增加一段碳钢锥形管,锥形管起胀接和加强换热管管端的作用。采用管板上的管孔开槽胀接形式。管板孔的尺寸按GB151-1999标准的要求,开槽尺寸不同于碳钢管板的要求,改8-3-6-3为8-6-6-6。由于铝换热管发生塑性流动使部分受挤压的金属嵌入槽内,因此增大管孔内槽的尺寸有利于提高抗拉脱力和密封性能。

　　1.2　锥形管的设计

　　一般的胀接结构必须通过试验和检测,得到并确定特定尺寸和材料管子的胀管率[1]。采取锥形管胀接时,各点的胀管率是不同的。以Φ25 mm×3 mm的铝换热管和碳钢管板胀接为例,试验证明,胀管率K=1.6%~2.8%比较合适,大于国内有关文献推荐的1.0%~1.9%。国内常用的胀管率计算公式如下:

　　式中:D———胀前管板上的管孔孔径,mm;

　　d———胀前铝换热管外径,mm;

　　d1———胀前铝换热管内径,mm;

　　d2———胀后铝换热管内径(采用锥形管胀接,此值是变量),mm。

　　本试验取D=25.5 mm;d=25 mm,d1=19 mm。

　　以图1为例,根据选定的胀管率范围和所需的胀接长度,锥形管全长取50 mm,锥度取1∶50(如增加长度可以减小锥度),基本尺寸如图2。选定一个K值代入式(2),即可求出与之对应的d2,以此方法来确定锥形管的基本尺寸。

　　取K=0时,锥形管小端直径为Φ19.5 mm,大于胀前换热管内径Φ19 mm,这样在始胀时产生较大的轴向推力,管端不易定位。如在Φ19.5 mm前面增加一导引段,使其在始胀的一瞬间,锥形管所起的主要作用是将管端径向扩大、定位,以抵消锥形管胀接时产生的轴向推力。如将锥形管全部胀入管端,则管头端部这一点的胀管率可达3.5%。试验证明,当K>3%时,管端将胀裂,所以在胀接时留出10 mm的预留段,只胀至锥形管的40 mm处。冲头端部的10 mm凹槽就是为了保证预留长度、控制胀管率而设置的。本试验根据要求选定K=2.82%。考虑到铝换热管本身和管孔加工过程中存在的误差以及管头因欠胀而造成泄漏等问题,还可以将预留段再胀进去一些。