鍋爐膜式壁鰭片管脹粗量檢測(cè)方法的研究與實(shí)現(xiàn)

沈華西，熊憶明，王俊杰，曹袁龍

江西省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)檢測(cè)研究院九江分院 江西九江 332000

1 序言

鍋爐檢驗(yàn)檢測(cè)相關(guān)規(guī)范[1]中規(guī)定：當(dāng)碳素鋼受熱面管脹粗量超過公稱直徑的3.5%、低合金鋼受熱面管脹粗量超過公稱直徑的2.5%時(shí)，應(yīng)對(duì)相關(guān)部件及時(shí)更換。將管子脹粗納入檢驗(yàn)檢測(cè)范圍，脹粗測(cè)量值作為一項(xiàng)判定管子是否需要更換的依據(jù)，可見管子脹粗量檢測(cè)方法研究的意義。

2 基本概況

鰭片管是將無縫鋼管和兩塊扁鋼對(duì)稱焊接在一起，膜式壁鰭片管是將許多根鰭片管沿扁鋼邊緣縱向依次焊接起來，組成一個(gè)整體，安裝時(shí)組與組間再用焊接密封，使?fàn)t膛四周被一層整塊的水冷壁膜片嚴(yán)密地包圍起來，構(gòu)成了電站鍋爐的水冷壁膜式壁。該部件具有氣密性好、不漏風(fēng)、不易結(jié)渣、傳熱效果好等優(yōu)點(diǎn)，可由制造廠在車間焊接成組件出廠，具有制造高效、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)[3]。

鍋爐運(yùn)行時(shí)水冷壁受高溫輻射，長時(shí)間處于高溫工況，鰭片管迎火面容易產(chǎn)生脹粗變形，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致爆管[2]。脹粗屬塑性變形，外力去除后變形不會(huì)恢復(fù)至原來狀態(tài)，會(huì)呈現(xiàn)變形疊加狀態(tài)，管子壁溫越高，周向應(yīng)力越大，脹粗就越明顯[4]。管子脹粗將導(dǎo)致管子壁厚減薄，承載能力下降，直至管子破裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)切割周邊的膜式壁管，危及周邊的膜式壁鰭片管甚至電站鍋爐的運(yùn)行安全。

膜式壁鰭片管結(jié)構(gòu)較為特殊，脹粗方向一般會(huì)垂直膜式壁方向，導(dǎo)致無法用傳統(tǒng)的管卡對(duì)脹粗后的管徑進(jìn)行測(cè)量，給鍋爐的安全、尤其是電站鍋爐的安全帶來隱患。本文結(jié)合膜式壁的結(jié)構(gòu)以及鍋爐現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的條件，對(duì)膜式壁鰭片管脹粗量的有效測(cè)量及計(jì)算進(jìn)行研究，解決了膜式壁因結(jié)構(gòu)復(fù)雜而造成鰭片管脹粗量難以測(cè)量的問題，為鍋爐膜式壁鰭片管脹粗量的檢測(cè)提供一種快速、簡便、實(shí)用、有效的手段。

3 檢測(cè)方案及實(shí)施

針對(duì)膜式壁結(jié)構(gòu)以及鍋爐現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)條件，提出了脹粗量檢測(cè)方案，在瑞昌某化工企業(yè)電站鍋爐檢驗(yàn)檢測(cè)過程中，對(duì)膜式壁鰭片管脹粗量進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

3.1 工裝夾具的設(shè)計(jì)

根據(jù)膜式壁鰭片管徑和管與管之間的間距，設(shè)計(jì)并制作了一類似卡箍的工裝夾具，其半圓直徑為70mm，直段為10mm，夾具中間使用塑性較好且易于貼合成形的橡膠泥，工裝夾具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及實(shí)物如圖1、圖2所示。

圖1 工裝夾具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

圖2 工裝夾具實(shí)物

（1）機(jī)械部分 類似卡箍的夾具，由304不銹鋼制作，厚度為4mm。電站鍋爐膜式壁鰭片管的管徑約為60mm，故設(shè)計(jì)制作直徑為70mm的半圓形卡箍。鰭片管之間的間隙一般在20mm左右，故該夾具兩邊直段各為10mm，方便操作。

（2）填充材料 使用塑性較好且易于貼合成形的塑性材料，該塑性材料應(yīng)干濕適中。若干度較大，則材料硬度較高，不方便操作，難于成形；若濕度較大，則復(fù)刻后從夾具上取下時(shí)，易粘貼在管子上，難以得到理想的輪廓圓弧。本文采用主要以碳酸鈣等為原料的工業(yè)橡膠泥，由液體石蠟與甘油等配制而成，主要有以下特點(diǎn)。

1）不含防腐劑，油性成分使用的是液體石蠟，使用安全，無毒無臭，可塑性好。

2）室溫下幾乎不會(huì)蒸發(fā)干燥，易于成形，穩(wěn)定性好，拓印輪廓不易變形。

3）操作容易，柔軟性好，不沾手。

4）添加有金屬皂成分，既可提高無機(jī)填料與油成分的親和力，又能提高粘土的粘性。

3.2 工裝夾具的應(yīng)用

在膜式壁發(fā)生脹粗的鰭片管部位，操作人員手持夾具，將橡膠泥一側(cè)與鰭片管緊密貼合，用力擠壓夾具的金屬部分，使橡膠泥全部包裹該鰭片管圓弧部分，夾具的位置盡量選擇在脹粗最為嚴(yán)重的部位，其測(cè)量如圖3所示。

圖3 脹粗管測(cè)量

在夾具完成貼合后，用小刀去除夾具兩側(cè)因貼合鰭片管而擠壓出的橡膠泥，使夾具上下端面保持平整順滑，如圖4所示。

圖4 端面平整的脹粗管測(cè)量

3.3 脹粗量的檢測(cè)

當(dāng)橡膠泥完成對(duì)脹粗部位的復(fù)刻后，輕輕地取下夾具，盡量保證輪廓圓弧的完整。將夾具端面平齊地固定在紙上，在貼合成形后的橡膠泥上，用筆畫出與脹粗部位幾何外形相同的輪廓圓弧，如圖5所示。

圖5 輪廓圓弧

此時(shí)所繪得的輪廓圓弧，可以通過三點(diǎn)定圓的方法，畫出一個(gè)圓，使該輪廓圓弧與其圓盡量重合，該圓直徑便可作為此鰭片管脹粗后的管徑D弧，如圖6所示。三點(diǎn)定圓方法能比較精確地測(cè)量脹粗量。經(jīng)測(cè)量D弧為63mm。

圖6 三點(diǎn)定圓

現(xiàn)將圖6所測(cè)得膜式壁脹粗部位拓印的3個(gè)點(diǎn)，在Auto CAD繪圖模塊中，按1∶1比例還原，再利用Auto CAD中的3點(diǎn)畫圓指令，將所選取的點(diǎn)擬合為一個(gè)完整的圓，使該擬合而成的圓與拓印出的膜式壁脹粗部位的圓保持一致，再通過測(cè)量模塊，得出該圓的直徑為62.8mm，其結(jié)果與圖6手繪方法測(cè)量所得的63mm基本相等，如圖7所示。

圖7 Auto CAD的3點(diǎn)擬合成圓

通過資料審查，該膜式壁鰭片管材質(zhì)為20G，D標(biāo)為60mm（D標(biāo)為鰭片管的標(biāo)準(zhǔn)直徑），通過公式：脹粗量＝D弧－D標(biāo)，計(jì)算可得鰭片管的脹粗量為3mm，脹粗率為5%，因此必須更換該鰭片管。根據(jù)相關(guān)規(guī)范的規(guī)定[4]，碳素鋼受熱面管脹粗量超過公稱直徑的3.5%時(shí)，應(yīng)對(duì)相關(guān)部件及時(shí)更換。

4 檢測(cè)內(nèi)容分析

通過研究檢測(cè)方法，設(shè)計(jì)并制造出了一種工裝夾具，用來實(shí)現(xiàn)對(duì)膜式壁鰭片管脹粗量的檢測(cè)，該檢測(cè)方法快速且簡便，能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能。

1）設(shè)計(jì)并制造出了一種簡易的工裝夾具，用來拓印膜式壁鰭片管的外輪廓，以獲得鰭片管的輪廓圓弧。

2）工裝夾具設(shè)計(jì)及制作簡單、易于實(shí)現(xiàn)。針對(duì)電站鍋爐現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)具有攜帶方便、操作性強(qiáng)、適用性好等優(yōu)點(diǎn)。該工裝夾具由兩部分構(gòu)成：①機(jī)械部分類似卡箍的夾具，由304不銹鋼制作。②填充材料使用塑性較好且易于貼合成形的工業(yè)橡膠泥。

3）輪廓圓弧通過3點(diǎn)定圓，CAD三點(diǎn)擬合成圓，能快速、簡便、精確地測(cè)量鰭片管脹粗后的管徑D弧。

4）通過計(jì)算可得到鰭片管脹粗量及脹粗率，為實(shí)際生產(chǎn)中是否需要更換發(fā)生脹粗的膜式壁鰭片管提供可靠的理論依據(jù)。

5 結(jié)束語

本文研究的檢測(cè)方法實(shí)施后，可得到較精確的鰭片管脹粗量和脹粗率，并得出以下結(jié)論。

1）設(shè)計(jì)了一套工裝夾具，通過拓印鰭片管脹粗的外輪廓，解決了膜式壁鰭片管因結(jié)構(gòu)復(fù)雜而造成脹粗量難以測(cè)量的問題。

2）為鍋爐膜式壁鰭片管脹粗檢測(cè)，提供了一種快速、簡便、實(shí)用、有效的手段。

3）可得到較精確的鰭片管脹粗量，用來指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)中是否需要更換脹粗的鰭片管。