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半圆管夹套(盘管)half-pipe coils

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摘要

本文介绍了夹套的类型,特别是半管夹套的设计计算、生产制造、失效分析以及检验与试验。半管夹套常用于高设计温度与压力,但存在焊接质量问题和易泄漏的风险。设计计算需遵循国内外标准,生产时需合理选择坡口形式并注意焊接顺序和间隙大小。失效分析表明,半管与筒体的角焊缝易因焊不透和应力集中导致失效。检验与试验包括气体泄漏试验、射线检测和水压试验,以确保焊接质量。文中还讨论了焊接返修和射线检测布置的细节。



正文

半圆管夹套(盘管)half-pipe coils

0 简介

夹套常用型式:整体夹套、蜂窝夹套、半管夹套。
半管夹套:用于较高的设计温度和设计压力,换热效率也较高,但半管夹套焊缝较长,焊接工作量大,较容易出现焊接质量问题,常发生泄漏。

1 设计计算

国标HG/T20582、美标ASME Ⅷ-1附录EE、欧标EN13445-3

2 生产制造

半管成型:管子剖一半或用钢带压成型后打磨坡口。
与设备焊接:氩弧焊打底,氩弧焊盖面或者气保护焊盖面。  
半管与筒体的坡形式:不开坡口、开内坡口、开外坡口。
1)不开坡口:角焊缝无法焊透,焊缝根部存在应力集中,运行过程中容易出现泄漏,不建议采用。

2)开内坡口:内侧坡口不需要(也无法)焊接,仅需根部焊透即可,焊接操作相对容易,但该型式坡口不适用于循环载荷和疲劳工况。
3)开外坡口:多用于循环载荷和疲劳工况,与开内坡口相比,开外坡口焊接难度高,施焊时,坡口根部视线差,易造成根部未焊透或在根部形成焊瘤。外坡口充氩气要比内坡口难度大
4)半管与筒体开坡口(内坡口、外坡口)焊接,根部应留有一定间隙。间隙过小容易造成根部未焊透,间隙过大,所需填充金属量大,易引起筒体变形。根据BS EN 1708-1-2010关于半管的焊接节点。
5)半管焊接时应先焊对接焊缝,然后再焊半管与筒体的角焊缝。
6)若半管夹套间距过大,会降低换热效率,间距过小,增大焊接难度。其中,开外坡口的半管夹套间距应比不开坡口和开内坡口大。半管间的间距不过分小时,内坡口容易焊透;外坡口也可以焊透。
7)半管壁厚2mm管子不加丝,内部容易成型,5mm不加丝内壁成型难度大。道理是大同小异的。个人认为:密封焊接后气密泄漏试验合格之后强度焊接,这种盘管内坡口更加容易全焊透。

3 失效与分析

1)半管接头失效问题:用户现场很多半管失效都是半管与筒体的角焊缝失效,焊缝焊不透是应力集中点,使用过程中容易撕裂,若半管内走的介质带有腐蚀性,此处会出现缝隙腐蚀等。很多设备半管要保证较高的传热,其压力较高,间距较密,压力高会导致半管比较厚,这时采用外坡口无法保证焊接时根部焊透(旁边的半管干涉焊枪,电弧可达性不好),且半管焊接后难有有效手段检查半管内侧根部焊接质量(当然也有用RT检测或内窥镜检查的),设备在服役时半管焊缝极易失效。若采用内坡口,焊接时电弧可达性性较好,熔池穿透根部背面形成较为平滑,避免了应力集中和缝隙。

2)半管夹套角焊缝泄漏失效分析认为泄漏原因大致为:

1)半管内温与容器壳体外温差异,产生附加应力,作用于半管焊缝;

2)半管焊缝不好施焊,易产生缺陷;

3)受结构限制,表面检测多只能用渗透,渗透剂窝在一起,灵敏度不高。贯穿性缺陷,压力试验能检出,消除了;大的非贯穿缺陷,使用时温度一变就扩展,引起不定时、非预期泄漏,原因是有了温度,附加应力甚至远高于压力试验应力。

3)返修:半管焊缝的长度一般较长,设备服役过后的半管,半管内部无法清洁,焊接容易出气孔,返修比较难。无论何种坡口结构,需要切实地能够保证全焊透。半管焊接与螺旋板换热器螺旋通道端面角焊缝(半管焊接位置更难)相似,焊道长,焊接工艺评定文件可以做得好,但实际施焊会相差较大。总之,应该属于执行焊接工艺、控制焊接过程,方能保证焊缝质量的范畴。此外,焊接返修降低焊缝质量也很明显。

4 检验与试验

1)气体泄漏试验

2)射线检测

程序:实践发现,达到检测最佳效果是采用倾斜角度检测。检测操作应按照有关规范,亦即,采用X 射线。只有在特殊情况下公司规定时才允许采用伽玛射线(Ir 192)应采用符合DIN EN444 C3 级胶片作射线透照的底片,胶片组合应与射线能量的界限匹配,胶片(长度48cm)放置位置应当把对接焊缝(横向焊缝)也包括到检测范围之内。

半管角焊缝/单边坡口焊缝射线检测布置(半管与容器的焊接)

角焊缝/单边坡口焊缝的射线检测范围

3)水压试验:应根据中国的《压力容器安全技术监察规程》进行。为帮助对试压结果进行评价可在半管盘管的焊缝上涂以白色(例如: 涂以着色检测的显像剂或石灰乳)这一点对于单焊道焊缝有特殊价值。


来源:压力容器工程师
疲劳焊接材料控制试验
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首次发布时间:2024-05-03
最近编辑:6月前
君雔
本科 | 高级工程师 压力容器工程师
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