換熱器新型換熱管試壓裝置的設(shè)計與應(yīng)用

摘要：本文介紹了一種化工裝置中各類換熱器換熱管試壓卡具的設(shè)計結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用效果，該夾具具有密封性較好，操作簡單，適用面廣的特點。
　　關(guān)鍵詞：換熱器　　換熱管試壓　　卡具
　　換熱器是煉化企業(yè)生產(chǎn)裝置上重要設(shè)備之一，換熱器使用的換熱管規(guī)格主要為φ１９×２、φ２５×２．５、φ３２×３等幾種規(guī)格，按照ＧＢ　１５１－１９９９《管殼式換熱器》規(guī)定，對接后的換熱管和特殊要求的換熱器的換熱管要１００％進(jìn)行逐根試壓，試驗壓力為設(shè)計壓力的兩倍，一臺換熱器中換熱管有時達(dá)近千根。因此，換熱器的試壓工作很繁重。而且隨著近年來大規(guī)模煉化裝置的陸續(xù)建設(shè)與投入運行，換熱器試壓檢測工作量將成十?dāng)?shù)倍的增長，采用傳統(tǒng)的試壓方法已遠(yuǎn)不能滿足高速發(fā)展的煉化行業(yè)需求。本文結(jié)合生產(chǎn)實際，探討了一種新型換熱管試壓裝置的設(shè)計，并應(yīng)用于實踐，取得了良好的效果。
　?。?傳統(tǒng)試壓方法的缺陷
                       
     傳統(tǒng)換熱器換熱管試壓一般采用千斤頂壓塊法，操作原理如圖１所示。其基本原理是以壓緊螺栓固定換熱管，用千斤頂推動壓塊壓緊管口來達(dá)到密封管口的目的。這種方法雖然可以滿足試驗較高壓力的要求，但一次只能試一、兩根管，而且換熱管的固定、密封操作耗時較長，操作程序較為麻煩，工作效率低，此外必須要有專用場地用于試驗施工，因此隨著煉化企業(yè)的發(fā)展已不能滿足生產(chǎn)的需要。
    ２　　新型換熱管試壓裝置的設(shè)計
    針對這一問題，本文針對換熱管試壓過程進(jìn)行了分析，要提高工作效率，核心問題既是需要解決實現(xiàn)多管同時試壓并便于操作施工，因此，本文采用了設(shè)計一種高效換熱管試壓卡具的解決途徑，對其設(shè)計原理與依據(jù)進(jìn)行了探討。該單管試壓卡具的結(jié)構(gòu)設(shè)計綜合了多種卡具的特點（如圖２所示），由以下六部分組件構(gòu)成，包括：１．卡具接頭主體２．錐形密封卡套３．錐形緊固卡套４．鎖緊螺母５．○形圈密封６．管束
                  
    卡具使用基本原理是將卡具主體通過高壓軟管與試壓泵相連進(jìn)行試壓。試壓時，將換熱管插入卡具，旋緊鎖緊螺母，鎖緊螺母的內(nèi)錐面壓緊錐形緊固卡套，使其擠壓換熱管外壁，用外壓產(chǎn)生摩擦力以固定換熱管，防止換熱管受壓時向外滑動；錐形緊固卡套同時將受擠壓的壓力傳遞給錐形密封卡套，使其擠壓Ｏ型圈，使Ｏ型圈與卡具主體密封錐面和換熱管外壁緊密貼合，擠住縫隙，從而達(dá)到管口密封目的。其受力及工作原理如圖３所示。
    卡具受力及結(jié)構(gòu)尺寸計算分析如下：換熱管受擠壓力經(jīng)推導(dǎo)簡化，得出扳手的力矩通過鎖緊螺母受力傳遞給錐形緊固卡套后，其對換熱管產(chǎn)生壓力的轉(zhuǎn)換關(guān)系式為：
    Ｆ′＝Ｆ（２πＬ／Ｌ′）ｓｉｎαｃｏｓα
    Ｆ—扳手所受的力矩
    Ｆ′—錐形緊固卡套對換熱管的壓力
    Ｌ —扳手的力臂
    Ｌ′—　鎖緊螺母的半徑
    α—錐形緊固卡套錐面與換熱管夾角
    換熱管試壓時不滑動所需靜摩擦力為：
    ｆ＝?。啤洹力?BR>    μ—摩擦系數(shù)＝０．２
    即ｆ＝　Ｆ（２πＬ／Ｌ′）ｓｉｎαｃｏｓα×μ
    由此關(guān)系式可以得出，α角在４５°時，產(chǎn)生的摩擦力最大。
    以φ２５×２．５換熱管為例計算（取α＝４５°，Ｌ′＝３０ｍｍ，用２４′′　管鉗）其可行性：
   摩擦力ｆ＝?。啤洹力蹋健。疲ǎ拨校蹋獭洌螅椋瞀粒悖铮螃痢力?BR>    ＝Ｆπ６００／３０×０．２＝４Ｆπ
    換熱管受壓力：Ｇ＝Ｐ×Ｓ＝Ｐ×π２．５２／４＝４．９１Ｐ
    假設(shè)Ｐ＝１００ｋｇ／ｃｍ２，則Ｇ＝４９１ｋｇ，即ｆ要大于４９１ｋｇ。
    ４?。痞小荩矗梗?BR>    Ｆ≥３９．１ｋｇ
    即在２４″的管鉗上施用４０ｋｇ的力，試壓卡具
    即能承受１００ｋｇ的試驗壓力。
    依據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖與理論計算數(shù)據(jù)，制作用于φ２５×２．５換熱管試壓卡具，使用時將換熱管的一端盲死，另一端安裝卡具，然后進(jìn)行打壓試驗。
    當(dāng)壓力升到１００ｋｇ／ｃｍ２時，換熱管與卡具無相對滑動跡象，密封點也無泄漏現(xiàn)象，經(jīng)過多次測試，均達(dá)到預(yù)期試壓檢測效果。
    通過制作不同管徑換熱管試壓卡具，可實現(xiàn)對各種換熱器換熱管同時進(jìn)行試壓檢測。多管試壓操作示意圖如圖４所示：
                  
    試壓前，將試壓卡具按圖２組裝，鎖緊螺母安裝但不旋緊。試壓時，先將試壓卡具通過高壓軟管與試壓泵連接，然后將換熱管插入卡具（到底），旋緊鎖緊螺母就可進(jìn)行試壓。進(jìn)行多管同時試壓檢測，只需用相應(yīng)卡具和高壓軟管將多根換熱管進(jìn)行串連（圖４），打開進(jìn)水閥１及放空閥３，使換熱管內(nèi)充滿水并排凈空氣；關(guān)閉進(jìn)水閥１及放空閥３，打開試壓泵閥，然后起動試壓泵，按規(guī)定的壓
力和保壓時間試壓檢漏。檢漏結(jié)束后卸去管內(nèi)壓力，旋松卡具鎖緊螺母，拔去換熱管，即完成一組管子的試壓檢漏全過程。依據(jù)此試壓方法，可最多同時進(jìn)行３０多根管的試壓檢測，且操作方便快捷。相比傳統(tǒng)的千斤頂壓塊法，極大的提高了工作效率，降低了工作強度。
     ３ 結(jié)論
    通過對該換熱器新型換熱管試壓方法原理及卡具構(gòu)成結(jié)構(gòu)的探討與設(shè)計。解決了換熱器制作中換熱管試壓的檢測效率問題。
    所設(shè)計的新型換熱管試驗裝置其核心為一種新型單管試壓卡具，由于該卡具采用了合理的錐面固定和Ｏ型圈密封，因此具有較高的密封性能、承壓能力和抗振能力；且卡具的壓縮范圍增大，可有效克服換熱管的直徑公差，適用于各種換熱管的單管試壓。
     該試壓卡具結(jié)構(gòu)簡單，使用時不需要特殊專用夾具及專用設(shè)備，只需兩把管鉗就可安裝使用。具有造價低、操作簡便，密封圈壽命長等優(yōu)點；并可實現(xiàn)同時串聯(lián)多管試壓，大大降低了工作強度，提高了工作效率。在煉化行業(yè)具有良好的實際應(yīng)用價值。