空溫式高壓氣化器中復(fù)合管的應(yīng)用

畢征 鄧晶晶 魏永剛

摘 要：對(duì)復(fù)合管翅片與鋁制翅片的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，簡(jiǎn)述復(fù)合管的制造過(guò)程及工藝控制要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：復(fù)合管;脹接

近年來(lái)，我國(guó)LNG產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)LNG儲(chǔ)配站以及接收站將大量建設(shè)。LNG調(diào)峰站憑借能迅速滿足用氣市場(chǎng)需求的優(yōu)勢(shì)，已逐漸在我國(guó)眾多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、能源緊缺的中小城市建成，成為永久供氣設(shè)施或管輸天然氣到達(dá)前的過(guò)渡供氣設(shè)施。在各儲(chǔ)配站中，將LNG增壓后氣化，然后進(jìn)入輸氣管道，滿足下游各用戶用氣使用。常用的LNG氣化器包括水浴式和空溫式氣化器，空溫氣化器因其無(wú)需額外提供熱源而成為L(zhǎng)NG場(chǎng)站首選的節(jié)能產(chǎn)品。

1、結(jié)構(gòu)

因?yàn)榭諟厥綒饣鬟€沒(méi)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在氣化器的壓力等級(jí)習(xí)慣上按管道的劃分方法來(lái)劃分。設(shè)計(jì)壓力P≥4MPa為高壓氣化器，P<4MPa為中低壓氣化器。中低壓空溫式氣化器受壓元件主要以鋁材為主。大多數(shù)制造廠使用的星型管屬于型材，執(zhí)行的是GB/T6892-2015《一般工業(yè)用鋁及鋁合金擠壓型材》，本標(biāo)準(zhǔn)未注明是否可應(yīng)用于承壓件，壓力低時(shí)還可以滿足承壓的需要，但當(dāng)用在高壓氣化器時(shí)，是存在著安全隱患的。這時(shí)就需要考慮采用復(fù)合管的方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。復(fù)合管以304不銹鋼管作為承壓元件，鋁制翅片作為傳熱元件。二者以貼脹的方式結(jié)合到一起。

相對(duì)鋁制星型管，復(fù)合管具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）焊接性能要好于鋁制管。由于鋁制星型管的導(dǎo)熱系數(shù)較高，散熱快，

焊接時(shí)容易產(chǎn)生裂紋。

（2）設(shè)計(jì)溫度為-196℃時(shí)，304不銹鋼的許用應(yīng)力為137MPa，而鋁材6063的許用應(yīng)力為29MPa。安全系數(shù)更高

（3）不銹鋼管冷拔成型，鋁制星型管擠壓成型，力學(xué)性能比更穩(wěn)定。

但相對(duì)的，相同氣化量的情況下，復(fù)合管成本要比鋁制翅片管高，體積和重量也更大。

2、制造

影響空溫式氣化器使用效果的主要因素就是翅片管的導(dǎo)熱效率，因此復(fù)合管的脹接工藝就是保證導(dǎo)熱效率的關(guān)鍵技術(shù)控制要點(diǎn)。

現(xiàn)階段復(fù)合管脹管主要采用機(jī)械脹。S30408鋼管應(yīng)符合GB/T13296-2013中的規(guī)定，外形尺寸及壁厚公差按NB/T47019.1-2011執(zhí)行。翅片管應(yīng)符合GB/T6892-2015的規(guī)定。內(nèi)徑公差應(yīng)控制在+0.3～0mm的范圍內(nèi)。

由于現(xiàn)階段關(guān)于空溫式氣化器還未出臺(tái)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，脹管的脹度要求可參照GB/T151-2014中關(guān)于貼張的規(guī)定，脹度控制在2%～3%。

脹度的計(jì)算方法如下：

由于氣化器的翅片一般都較長(zhǎng)，采用管殼式換熱器換熱管那樣的脹接方法行不通，為了滿足脹接的需要，特設(shè)計(jì)了一種拉桿帶動(dòng)脹環(huán)擠壓內(nèi)管的機(jī)械裝置來(lái)達(dá)到脹接的目的。

通過(guò)上述公式計(jì)算所需脹環(huán)的外徑，脹環(huán)表面進(jìn)行淬火處理，以延長(zhǎng)使用壽命。也可以采用鎢合金做脹環(huán)。脹接時(shí)管內(nèi)需添加潤(rùn)滑劑，潤(rùn)滑劑一般采用潤(rùn)滑油或石灰漿。以潤(rùn)滑油作為潤(rùn)滑劑時(shí)，脹管后需要用脫脂劑對(duì)內(nèi)管進(jìn)行脫脂處理，并用水沖洗干凈。而用石灰漿作為潤(rùn)滑劑時(shí)，脹管后也需要將附著在內(nèi)管壁上的石灰清理干凈，并用壓縮空氣吹干。

以石灰漿作為潤(rùn)滑劑時(shí)，石灰漿的灌注一般是在鋼管制造廠完成的。在鋼管制造完成后需將鋼管浸泡在石灰漿池內(nèi)，使管內(nèi)壁掛滿石灰，再進(jìn)加熱爐烘干。如果脹管時(shí)，石灰漿未干，潤(rùn)滑效果不好，會(huì)造成拉桿斷裂，脹環(huán)卡在管的中間，造成復(fù)合管報(bào)廢。脹管完成后需檢查復(fù)合管端部是否有裂紋。

脹管前需做脹接試件，按2%和3%的脹度各做三件。每件試件選取三個(gè)截面進(jìn)行測(cè)量，檢驗(yàn)所選脹環(huán)是否能夠滿足需要，觀察脹接過(guò)程中翅片是否有較大變形，翅片管直線度是否發(fā)生較大變化，翅片是否發(fā)生變形。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和經(jīng)濟(jì)效益選出最優(yōu)的尺寸批量生產(chǎn)。

復(fù)合管的制造過(guò)程中，內(nèi)管與外管的穿管是一個(gè)難度大，勞動(dòng)強(qiáng)度高的工序，尤其是氣化量較大的氣化器，以5000Nm3/h氣化器為例，不銹鋼管外徑為Φ20±0.1mm，長(zhǎng)度10.2米，翅片管內(nèi)徑Φ20，公差+0.3～0mm，長(zhǎng)度9.8米。不銹鋼鋼管要求不能有急彎，端部一定要平直。由于不銹鋼鋼管直徑較細(xì)，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，兩管間隙較小，撓度較大，很難實(shí)現(xiàn)機(jī)械穿管，我們?cè)?jīng)利用脹管機(jī)改造實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穿管，但效率還沒(méi)有人工穿管快，并且一次穿管成功率也不高。

3、結(jié)束語(yǔ)

復(fù)合管只是在沒(méi)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，解決高壓汽化器翅片管承壓?jiǎn)栴}的一種方法，如果能夠?qū)B/T6892-2015列入承壓用材料進(jìn)行規(guī)范管理，才是解決問(wèn)題的根本辦法，畢竟不銹鋼與鋁合金的線膨脹系數(shù)有差別，空溫氣化器存在從常溫到-162℃的溫度變化。而且每根復(fù)合管的實(shí)際脹度不可控，存在導(dǎo)熱效率低的問(wèn)題。

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