電廠鍋爐脹管工藝探討

鄒本艷 呂 波

(神華包頭煤化工分公司，內蒙古 包頭 014010)

0 前言

二十世紀以來，世界各國電力事業飛速發展。我們需要不斷學習新知識、提升自己的能力和業務素質，跟上電力行業發展的步伐。本文根據從事電廠鍋爐工作多年經驗，分析對鍋爐脹管工藝的一點心得，供同行們探討。

1 鍋爐運行中脹口的最基本要求

鍋爐運行中脹口的最基本要求就是嚴密性和牢固性。由于脹口的嚴密性和牢固性是取決于管板的回彈力，且與回彈力的大小、管孔及管端的表面光潔度、形狀等有關。所以討論脹管工藝實質上就是討論這幾個問題。

回彈力分析

回彈力是產生彈性變形的管板在脹后要恢復原有尺寸但受到管子的約束而產生的徑向壓力d1-d2-δ，管板脹大程度與脹管率的大小有關，下面作個定性分析:

我們從脹管率H=0開始，當H=0時，由脹管率:

得知d1=d2+δ這時管子外徑與管孔仍有間隙，到d1=d2+δ+2△t時，此間隙消失。

上式中:Hn——采用內徑控制法時的脹管率;

Hw——采用外徑控制法時的脹管率;

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——脹完后緊靠鍋筒外壁處管子實測外徑，(mm);

δ——未脹時管孔與管子實測外徑之差，(mm);

△t——脹至間隙為零時管子壁厚的減薄值，(mm);

t——未脹時的管子壁厚，(mm);

這階段回彈力為零。

第二階段是管板彈性變形階段，這時回彈力與脹管率成正比。

第三階段從管板孔內壁屈服時算起。因為管板沿徑向的厚度很大，類似厚壁單層壓力容器，其應力分析沿半徑方向是不均勻的。直徑最小處應力最大。所以管孔內壁首先屈服。脹管率增大則屈服層厚度增加，所以脹管率增大時一方面是管孔變形大，回彈力也大。但同時因屈服層逐漸增厚，管板通過屈服層對管壁外徑所施加的回彈力的增加率卻逐漸減小，并達到一個最大值。

第四階段是隨著脹管率的繼續增加，屈服層的作用占了主導地位，對管外壁的回彈力反而逐漸減少。

以上所述的回彈力與脹管率之間的關系可用曲線表示如圖1:

根據以上分析和工作實踐，脹管率應控制在一定范圍內，一般應控制在1.0～2.1%范圍內。

圖1 為回彈力與脹管率之間曲線圖

2 脹管施工工藝

2.1 脹管準備

管板孔壁的檢查。首先脹接管板孔應符合相應的質量標準，中壓爐執行電建規、低壓爐執行GB50273-98，現以低壓爐為例對于φ32～42的鋼管其管孔應符合表1數據要求:

表1 為低壓爐φ32～42mm鋼管數據偏差值

其次脹接管孔表面不應有凹痕、邊緣毛刺和縱向溝紋，環向或螺旋形溝紋的深度不應大于0.5毫米，寬度不應小于1毫米，溝紋至管孔邊緣距離不應小于4毫米，檢查時可直觀或用放大鏡檢查。

2.2 管子的檢查

用肉眼及燈光管子的內外壁，應光滑沒有刻痕、裂紋、重皮等。管子脹接端的外徑偏差;公稱外徑為32～42毫米的管子，不應超過±0.45毫米，長度偏差不應超過±3毫米，彎曲管的外形偏差為:

a、管口偏移(△a)≤2毫米

b、管口偏移(△b)≤5毫米

c、管口間水平方向距離(m)偏差≤±2毫米

d、管口間鉛垂方向距離(h)的偏差+5-2

e、彎曲管的不平度見表2:

表2 為彎管不平度標準值

f、脹接管口的端面傾斜度不應大于管外徑的2%

g、通球檢查，用直徑為管子內徑70～85%的鋼球對管束進行逐根的通球檢查，并將檢驗完的管子作好記錄單獨擺放，以免混淆。

2.3 管端退火

鍋爐法規規定，脹接管子管端的硬度若大于管板硬度或管子硬度大于HB170時，應進行退火處理，退火長度一般為150～200mm。

退火時可將管頭插入鉛槽內，進行鉛浴。鉛的溫度應控制在600～650℃，可采用熱電偶隨時測量鉛液的溫度，管子在鉛槽內加熱15分鐘后，取出插入干燥的石灰粉內進行燜火，待徐徐冷卻到接近環境溫度后方可取出。熔鉛時為防止鉛液飛濺，在鉛液面上應撒上一層石棉灰，浴鉛及燜火時，可將管頭的另一端用木塞塞住，防止空氣對流，保證退火質量。

2.4 管端及管孔壁打磨

管端表面的加工程度直接影響脹管質量，實踐證明，管端內有7～12長的粗銼時，可保證較高值，脹接質量打磨管端后工作應在即將進行脹接時邊銼邊脹，打磨長度應為(管孔壁厚+50mm)管子端頭打磨可采用三塊砂輪片組成的卡頭安在床上進行，管頭插入砂輪塊中，當卡頭轉動時砂輪片靠外力作用和管頭接觸進行打磨，金屬表面打磨應以少為佳，只要缺陷磨掉露出金屬光澤即可，一般最終打磨量應控制在0.2毫米為宜。管孔壁打磨可用小風砂輪桿上纏砂紙進行，打磨時風砂輪桿應與管孔軸線盡量平衡，以免打磨不勻，出現喇叭口，不要將管孔打的很光滑，露出金屬光澤就可。

2.5 掛管

2.5.1 配管

由于加工時的誤差，各管孔直徑大小是不同的，同樣規格的管子在制造時其外徑也有誤差，如φ42管子，制造時外徑在公稱直徑1%以內均合格，這樣它的范圍應是 φ41.58～φ42.42之間，而脹接管孔對應φ42管子可以在42.3+0.34之內，也就是說 φ42.3 ～ φ42.64 之間合格，若 φ42.4 的管子穿在φ42.64 的孔內，則間隙為0.24，若 φ41.6 管子穿在 φ42.64 的孔內間隙為1.04，可見間隙為0.24的非常難穿，而間隙為1.04的管子脹后塑性變形又太大，因此在配管前應將鍋筒(或聯箱)孔平面放大畫出管孔分布圖，并在每個孔上標出實測孔內徑數值，然后對每根管子逐根測量其直徑、編號、穿管時應采用對號入座，使其間隙盡量保持一致。

2.5.2 試裝和掛管

管頭伸出管孔的長度是鍋爐安裝的又一個質量標準，如果過長，則保證不了扳邊角度，而且也減少了拉脫力，如果過短則管孔壁容易變形，在鍋爐運行不正常時，管子容易脫落，因此在規程上對其伸出管孔壁長度都作出了規定，詳見表3:

表3 為管端伸出管孔的長度

為了保證這個數值，必須進行試安裝，對于管板壁薄的即＜20mm可直接用爐管試安裝，對于壁厚(＞20mm)的可用比爐管小一號的樣管進行試安裝，將正式安裝的爐管按此管進行切割后掛到爐上。

掛管時，上下鍋筒(或聯箱)都應有人配合，鍋筒外要專人負責找正，掛管時一般選擇鍋筒(或聯箱)位于同排管子兩端最邊上的一根管子作為基準管(也稱定位管)，脹接之后依它們來控制管子排面的整齊，并使脹接過程中上下鍋筒(或聯箱)之間的標準和平面不會發生變動。掛管過程中，由兩側基準管拉線找正，由兩側基準管向聯箱中部依次掛完，掛管時，脹的不要太緊，帶上點勁就可以。

2.6 脹管

脹管順序為沿鍋筒(或聯箱)縱向中心線來看，由兩側基準管向鍋筒(或聯箱)中部進行，從鍋筒(或聯箱)徑向來看，由中部向外側進行，各排管可同時進行脹接，就每排每列而言應采用反階式脹管次序，以免使已脹接完的脹口松弛，當脹接第二排時，其反階次序不應重合，而應交錯開脹接，第三排再錯開，依次類推，如圖2序號所示:

圖2 為脹管順序圖(箭頭表示脹接先后順序)

脹管時最好上下爐筒(或聯箱)同時進行，管子端頭應垂直于鍋筒，脹后的管壁減薄量應在5～15%之間，脹口不應有凹陷、裂紋，切口偏斜等缺陷，扳邊應從管邊外1～2毫米處扳起，并與管端軸線成12～15°角，脹粗變徑部分應緩慢，脹管率應控制在1～2.1%之間。

2.7 水壓實驗

當脹接工作和鍋筒內部裝置安裝工作結束后，水壓試驗前必須再對所有管束進行通球檢驗。水壓試驗時環境溫度應高于5℃，各缸應有防凍措施，水壓試驗時必須注意升壓和泄壓速度，一般在工作壓力以下每分鐘升壓1～2kg/cm2;超過工作壓力后，不宜超過1kgf/cm2;泄壓速度也一樣，若壓力升、降過急易造成脹口滲漏。

3 脹管工藝應注意的問題

3.1 管板及管子的硬度測試及管端退火。在開箱點件的同時，應對管板及管子的硬度進行測試，根據規程要求若管子硬度HB≯170且小于管板硬度可不進行退火，根據規范要求退火溫度控制在600～650℃，保溫15分鐘插入白灰中復冷至常溫，這種退火屬于低溫退火，所謂低溫退火就是將非淬火鋼加熱到低于AC1的某一溫度，保溫一定時間后緩慢冷卻，其目的是消除鍛、軋后管件的殘余內應力，以達到降低硬度，改善管子的延展性能。但是由于操作方法不當也會出現退火后的硬度降不下來，甚至高于退火前的硬度，若加熱溫度 ＞723℃時部分或全部的珠光體組織轉化為奧氏體組織，然后埋入涼的白灰中，這樣很薄的管壁就會急速冷卻奧氏體將部分轉變成索氏體，屈氏體而提高了硬度，由此可見鋁洛退火需注意以下幾點。第一退火溫度必須控制在600～650℃之間。第二燜火用的白灰應采取加溫去濕設施。第三管端應加封堵以防冷氣進入。

3.2 試脹。試脹所用的管板及管子的材質及加工精度必須同爐體相同。通過試脹除掌握脹管器性能外還要掌握脹管器每轉一圈管徑脹大值和脹管器軸向進給量，最后對試脹管口進行水壓試驗來找出脹管率約最佳值。

3.3 脹管率的控制。采用外徑控制，內徑計算，為了用外徑控制脹管率的大小，必須建立內、外徑間的函數關系，因直徑脹大部分不受管板約束，可以按截面積不變的原則計算。

4 總結

本文闡述了電廠鍋爐運行中脹口的基本要求，剖析脹管施工工藝過程，分析脹管工藝應注意的問題。只有充分掌握脹管施工的技術要求及脹接質量，保證鍋爐水壓時脹口無滲漏，才能確保鍋爐安裝工作順利進行。

[1]《鍋爐安裝手冊》.朱寶山.中國電力出版社 (2009-10出版)

[2]BJG17-65.《低壓水管鍋爐脹管施工規程》

[3]JB1623-83.《鍋爐脹接管孔尺寸及管端伸出長度》