林琦
浙江省特种设备科学研究院， 浙江 杭州 310020
摘要：蒸汽过热器是锅炉机组中的重要部件。它的作用是将从上锅筒引出的饱和蒸汽再加热,成为所需温度的过热蒸汽,以提高蒸汽的热焓,减少蒸汽在管内的凝结损失,提高蒸汽的作功能力。本篇文章主要描述了过热器蛇形管的概念，并对于蛇形管束制作的质量控制点及检验方法进行深入分析。
关键词：过热器；蛇形管束；制作方法；质量检验
引言：对于过热器而言，蛇形管束一直都是非常重要的部分。对流式过热器安装在炉膛出口之后,主要依靠高温烟气流过管束进行对流换热,它是锅炉受热面中工作条件最为恶劣的。由于过热器中工质(过热蒸汽)的温度高于其它受热面,而热量从金属向蒸汽传递的速率比向水传递差很多,因此,过热器管内承受高压,管壁承受高温。此外,管外有飞灰的冲刷,管内有盐垢和腐蚀。所以,为了保证过热器的安全运行,它的制造及安装质量尤为重要。
1过热器蛇形管的概念
蛇形管是在一个平面内多次迂回的管子。锅炉的对流受热面，如省煤器、过热器和再热器等，通带多采用蛇形管的结构，有水平和垂直两种布置方式。垂直式蛇形管在停炉后管内易积水，但便于支吊。
轴线不在同一平面上的连续三节圆柱管或圆锥管组成的构件称作蛇形管。这类构件在展开时和弯管类构件相同，可将各节管通过旋转和平移拼成一个完整的圆柱管或圆锥管，以简化作图和节省板料。但由于轴线不在同一平面上，每节管两端结合线相互间要错开一个角度，展开时必须按错心角的大小，令两条结合线的展开曲线沿圆周方向错开一段距离才能拼在一起[1]。
在建筑科学中，蛇形管（snaketube）是在一个平面内多次迂回，其形似蛇，弯来弯去的管子。锅炉的对流受热面如省煤器、过热器和再热器等，通常多采用蛇形管的结构，有水平和垂直两种布置方式。垂直式蛇形管在停炉后管内易积水，但便于支吊。蛇形管的纵向节距与弯管半径R有关，R一般不小于外径的1.5倍，以保证弯管质量。
锅炉的过热器、再热器及省煤器均是采用蛇形管受热面。这种蛇形管受热面由于数量多、弯曲半径不一、焊接接头多等一系列特点，使‘蛇形管受热面的制造工艺较复杂，生产率较低。近年来，我国各主要锅炉厂为了改变这张较落后的生产面貌，在设计和工艺上采取了一系列措施，提高产品零件部件的通用化程度，为蛇形管生产的机械化、自动化和组织自动生产线创造了必要的条件。目前我国各主要锅炉厂对蛇形管受热面的制造均采用了程序控制的生产自动线。
2蛇形管束制作的质量控制点及检验方法
2.1材质检验
对管材与焊材分别检验,首先对其产品合格证、质量证明书进行检查核对。
2.1.1管材检验
(1)管材外观检验
主要检查管子材料的规格型号是否符合图纸要求,并逐根检验管子外表面是否有重皮、裂纹、压扁、严重锈蚀等缺陷。如果外表面有刻痕、麻点等缺陷,其缺陷深度不得超过管子公称壁厚的10%[2]。
(2)理化性能复核
12Cr1MoV低合金耐热钢的化学成分、机械性能如规定所示。
(3)光谱检验和涡流探伤
发射光谱仪以电活化方式激发后,产生特征谱线,根据黑度对照标准能谱,判断材质中元素成分及含量。主要用于微量元素分析。用涡流探伤仪对同批号5%的管子进行涡流探伤检验,被检管材缺陷的最终显示当量等于或大于标准孔显示时,该缺陷所在部位的管段应予报废。
2.1.2焊材检验
检验焊丝规格是否符合图纸要求,质量证明书提供的化学成分是否符合标准规定。
2.2焊接工艺评定
2.2.1管子焊接性分析
钢材的焊接性取决于其化学成分,其中碳对焊接性影响最大,通常用碳当量Ceq估算。一般用国际焊接学会所推荐的CE(IIW)或日本JIS标准所规定的Ceq(JIS)公式,现采用Ceq(JIS)公式
2.2.2焊接工艺评定试板检验
采用钨极氩弧焊。由具有锅炉焊接许可证的焊工焊接工艺评定试板。
试板经金相检验和机械性能试验,焊缝断面应无裂纹,熔合良好;抗拉强度≥440MPa;冷弯试验,面弯、背弯均无裂纹[3]。
2.3制作工序检验
2.3.1坡口与端面垂直度检验
坡口与端面垂直度检验如规定所示,Δf≤0.5mm。
2.3.2管子对接
蛇形管平均每4m允许有一条对接焊缝。L<3m不得拼接。对接段长度不宜小于2500mm,最短长度不小于500mm。对接焊缝应位于直段部分,距起弯点、附件边缘的距离不得小于200mm。对接时,坡口应尽量对齐,外壁错边量不大于0.5mm。
2.3.3直线度检查
管子对接后的直线度ΔW≤2.5mm/m;当管子外径小于108mm时,全长内直线度不得大于5mm。测量位置在距焊缝中心线50mm处。
2.3.4直线度检查
管子对接后的直线度ΔW≤2.5mm/m;当管子外径小于108mm时,全长内直线度不得大于5mm。测量位置在距焊缝中心线50mm处。
2.3.5拉伸面检查
弯曲部位拉伸面不允许有裂纹、分层、过烧。壁厚允许减薄率应符合相关规定,用测厚仪检查。
2.3.4通球检查
用空压机作动力设备,以30的钢球对每一根弯管进行通球试验,其目的是检验管子弯曲部位的椭圆度、管子对焊处内部成形质量和管内有无小动物的窝、棉布等杂物[4]。
2.5焊缝检验
2.5.1焊缝表面质量检验
要求无裂纹、夹渣、弧坑和气孔;高度不低于母材表面,与母材平滑过渡;咬边深度<0.5mm,焊缝两侧的咬边量不大于1mm,长度不大于焊缝全长的10%。
2.5.2无损探伤检验
焊缝表面检验合格后,清除探伤表面氧化物、锈蚀及油污,进行100%X射线无损探伤检验,Ⅱ级合格。
2.6水压试验
试验装置应满足试压的稳定性要求,无泄漏、滑压现象。装设两只经检定合格并在有效期内、两倍量程的压力表[5]。
3相关研究参数
我厂制造的热电锅炉(DG-220t/100-4)
过热器蛇形管束如规定所示,其主要参数如下:
管材:12Cr1MoV低合金耐热钢
规格:42×5mm
焊材:TIG-R30L珠光体耐热钢焊丝
规格:2.5mm
弯曲半径:R=85mm
工作压力:10.2MPa
水压试验压力:20.4MPa
4结束语
综上所述，在本次案例实验中，参照上述质量控制要求及检验方法,我们三次对过热器蛇形管束的制作过程进行了检验,均达到了标准要求,用户非常满意。在未来，相关人员还需要对此类方法予以进一步推广，促使更多人群能够从中受益。
参考文献：
[1]许朋真,张常喜.过热器蛇形管束制作的质量检验[J].化工装备技术,2017(15):00016-00017.
[2]胡兰花,杨虎成，陶寄基.过热器蛇形管束制作的质量检验[J].化工装备技术,2018,24(006):34-37.
[3]赵保强.高温过热器蛇形管开裂分析与探讨[J].装备制造技术,2018,No.278(02):242-244.
[4]龙良军.高压蒸汽过热器管束的制造[J].川化,1999,000(001):24-27.
[5]王永科.220t/h高压蒸汽锅炉高温过热器蛇形管焊接质量控制[J].石油化工建设,2007,29(002):54-55.