Máy cán ống nồi hơi là gì?

Trong chế tạo và bảo trì nồi hơi công nghiệp, tính toàn vẹn của mỗi mối nối ống với mâm ống là rất quan trọng để vận hành an toàn, lâu dài. các máy cán ống nồi hơi — còn được gọi là thiết bị giãn nở ống hoặc con lăn ống — là công cụ chính xác tạo ra các mối nối cơ học chống rò rỉ này. Hiểu cách thức hoạt động của những máy này, nên chọn loại nào và cách vận hành chúng một cách chính xác sẽ giúp phân biệt việc lắp đặt đáng tin cậy với lỗi nguy hiểm, tốn kém.

Những máy này không thể thiếu trong sản xuất và bảo trì nồi hơi ống lửa, nồi hơi ống nước, bộ trao đổi nhiệt, bình ngưng và bình chịu áp lực. Mối nối ống được cán đúng cách có thể chịu được chu kỳ nhiệt, độ rung và chênh lệch áp suất cực cao vốn có trong vận hành nồi hơi công nghiệp - thường kéo dài toàn bộ thời gian sử dụng của thiết bị mà không cần lăn lại.

Quá trình cán đạt được hai kết quả đồng thời: nó con dấu ống chống rò rỉ chất lỏng, và nó khóa cơ học ống được đặt đúng vị trí để chống lại lực kéo ra do sự giãn nở nhiệt và áp suất hệ thống tạo ra.

Máy cán ống hoạt động như thế nào

Nguyên lý hoạt động cơ bản là biến dạng dẻo xuyên tâm. Thiết bị giãn nở ống được lắp vào đầu ống, được đặt bên trong lỗ của tấm ống. Khi trục gá quay, các con lăn côn di chuyển trên phần côn của trục gá và bị ép hướng ra ngoài theo hướng xuyên tâm, ép thành ống vào lỗ khoan của mâm ống. Ống trải qua biến dạng dẻo trong khi tấm ống vẫn chịu ứng suất đàn hồi, tạo ra lực nén dư - chênh lệch giãn nở nhiệt càng chặt thì khớp nối càng chắc chắn.

Thành phần chính

• trục gá Trục truyền động dạng côn đẩy các con lăn hướng ra ngoài khi nó tiến vào lồng
• Con lăn 3–5 con lăn thép cứng tiếp xúc và làm biến dạng thành ống hướng ra ngoài
• Lồng/Thân Chứa và định vị các con lăn ở khoảng cách góc chính xác xung quanh trục gá
• Động cơ truyền động Động cơ điện hoặc khí nén cung cấp mômen quay được điều khiển cho trục gá
• Bộ giới hạn mô-men xoắn Cơ cấu ly hợp ngắt truyền động ở mô-men xoắn đặt trước để tránh bị lăn quá mức
• Vít nạp Kiểm soát tiến độ dọc trục của trục gá để thiết lập độ sâu và chiều dài lăn

Các loại máy cán ống nồi hơi

Thị trường máy cán ống cung cấp một số cấu hình khác nhau. Việc chọn đúng loại phụ thuộc vào kích thước ống, vật liệu, hạn chế tiếp cận, thể tích và độ chính xác mà mã hiện hành yêu cầu.

Chọn thiết bị giãn nở ống phù hợp

Bản thân dụng cụ giãn nở - lồng con lăn và bộ trục gá - phải được khớp chính xác với các thông số kỹ thuật của ống và mâm ống. Việc sử dụng thiết bị giãn nở có kích thước không đúng sẽ tạo ra hiện tượng lăn dưới (rò rỉ) hoặc lăn quá mức (tường mỏng). Bảng sau đây tóm tắt các tiêu chí lựa chọn chính:

Số lượng con lăn: 3 con lăn so với 5 con lăn

Thiết bị giãn nở ba con lăn là phổ biến nhất - nhẹ hơn, ít tốn kém hơn và phù hợp với hầu hết các kích cỡ ống nồi hơi. Thiết kế năm con lăn phân phối lực giãn nở đồng đều hơn xung quanh chu vi ống, làm giảm hình bầu dục ở vùng giãn nở. Đối với các ống có đường kính lớn hoặc thành mỏng trong điều kiện hoạt động quan trọng, công cụ 5 con lăn được ưu tiên sử dụng.

Quy trình lăn ống từng bước

Cán ống thành công là một quá trình có kỷ luật. Bỏ qua các bước chuẩn bị là nguyên nhân phổ biến nhất dẫn đến hư hỏng mối nối mà chỉ biểu hiện trong chu trình nhiệt sau khi lò hơi được đưa vào vận hành.

1. Kiểm tra và chuẩn bị các lỗ của tấm ống

   Làm sạch tất cả các lỗ của tấm ống bằng chổi khoan và dung môi để loại bỏ cặn nghiền, chất oxy hóa, dầu mỡ và phoi gia công. Kiểm tra từng đường kính lỗ bằng thước đo lỗ khoan đã hiệu chuẩn và xác nhận nó nằm trong dung sai bản vẽ. Những lỗ không tròn đều phải được doa trước khi lăn.

2. Kiểm tra và chuẩn bị các đầu ống

   Các ống phải sạch, tròn và không có cặn hoặc vết bôi trơn trên phần sẽ giãn ra. Lau ống OD bằng axeton hoặc MEK trong vùng giãn nở. Kiểm tra độ bầu dục bằng micromet - các ống có độ lệch lớn hơn 0,1mm phải bị loại bỏ trước khi lắp đặt.

3. Chọn và thiết lập thiết bị mở rộng chính xác

   Chọn kích thước giãn nở cho sự kết hợp giữa đường kính ngoài và độ dày thành ống. Xác minh chiều dài cán bằng cách đặt độ sâu vòng chặn trên trục gá. Bôi trơn các con lăn và trục côn bằng dầu máy nhẹ hoặc chất bôi trơn con lăn - không bao giờ sử dụng dầu mỡ vì chúng sẽ hút phoi.

4. Đặt giá trị ly hợp mô-men xoắn

   Tính toán cài đặt mô-men xoắn cần thiết dựa trên vật liệu ống, độ dày thành và tỷ lệ giãn nở mục tiêu. Tham khảo biểu đồ mô-men xoắn của nhà sản xuất hoặc sử dụng công thức: Giảm tường % = (T1 – T2) / T1 × 100. Hầu hết các mã nồi hơi yêu cầu giảm tường 5–8%. Đặt ly hợp thấp hơn một chút so với giá trị tính toán và thực hiện lăn thử trên mẫu thử.

5. Chèn thiết bị mở rộng và bắt đầu lăn

   Chèn thiết bị giãn nở đã nạp vào đầu ống cho đến khi lồng được định vị trong lỗ của tấm ống ở độ sâu chính xác. Tạo áp lực dọc trục ổn định lên đầu ống bằng động cơ truyền động. Cho phép động cơ chạy cho đến khi ly hợp mô-men xoắn nhả ra - không tác dụng thêm lực xuống.

6. Đảo ngược và trích xuất thiết bị mở rộng

   Đảo ngược chiều quay của động cơ để rút trục gá ra khỏi lồng. Rút thiết bị giãn nở ra khỏi ống. Kiểm tra trực quan khu vực được cán xem có đồng đều không - một ống được cán chính xác sẽ có bề mặt nhẵn, sáng, không có vết lăn, tiếng kêu hoặc chuyển tiếp từng bước.

7. Đo lường và xác minh việc mở rộng

   Sử dụng micromet bên trong hoặc thước đo độ dày thành ống đã được hiệu chuẩn để xác minh mức giảm thành ống đạt được. Ghi lại số đo. So sánh với đặc điểm kỹ thuật cần thiết. Loại bỏ và đánh giá lại mọi mối nối nằm ngoài dung sai trước khi tiến hành thử thủy tĩnh.

8. Miệng chuông hoặc ống loe (nếu cần)

   Nhiều mã nồi hơi và tiêu chuẩn thiết kế yêu cầu đầu ống phải có mặt bích (miệng hình chuông) hơi nhô ra ngoài mặt mâm ống sau khi lăn. Điều này bổ sung lực cản cơ học khi kéo ra và đạt được bằng công cụ tạo miệng chuông riêng biệt hoặc phụ kiện loe trên cùng một thiết bị giãn nở.

Vật liệu ống và đặc tính cán của chúng

Các hợp kim ống khác nhau phản ứng khác nhau với quá trình cán. Biến số chính là cường độ chảy của vật liệu và tốc độ đông cứng của vật liệu. Hợp kim có độ bền cao hơn hoặc cứng lại nhanh chóng yêu cầu cài đặt mô-men xoắn cao hơn và kiểm soát tỷ lệ giãn nở cẩn thận hơn để tránh lăn quá mức hoặc quá mức.

Các lỗi thường gặp và cách tránh chúng

Các hư hỏng khi lăn ống có thể dự đoán được và phần lớn có thể tránh được. Sau đây là những vấn đề thường gặp nhất trong hoạt động cán ống nồi hơi, cùng với nguyên nhân gốc rễ và các biện pháp phòng ngừa.

• Rò rỉ mối nối sau khi kiểm tra thủy tĩnh: Hầu như luôn luôn xảy ra do lăn dưới (giảm thành không đủ) hoặc các lỗ của tấm ống bị bẩn. Tăng mô-men xoắn thêm 5%, đảm bảo các lỗ sạch sẽ và xác minh thiết bị giãn nở có kích thước chính xác cho tổ hợp ống/lỗ.
• Khu vực cuộn hiển thị dấu hiệu huyên thuyên: Nguyên nhân là do con lăn bị mòn hoặc bị rỗ, bôi trơn không đủ hoặc khớp trục lăn với trục không chính xác. Thay thế các con lăn ngay lập tức - các vết kêu lạch cạch tạo ra các điểm tăng ứng suất gây ra các vết nứt do mỏi trong quá trình luân chuyển nhiệt.
• Thành ống mỏng quá mức (Lăn quá mức): Cài đặt mô-men xoắn quá cao hoặc người vận hành tiếp tục lăn sau khi nhả ly hợp. Mối nối phải được loại bỏ và thay thế ống - một ống mỏng không thể phục hồi được bằng cách cuộn lại.
• Biến dạng ống giữa các lỗ liền kề: Độ sâu lăn vượt quá mặt sau của tấm ống. Luôn đặt độ sâu vòng chặn trên trục gá trước khi bắt đầu công việc và kiểm tra bằng thước đo độ sâu.
• Nứt đầu ống ở miệng chuông: Vật liệu ống được làm cứng trước khi loe hoặc bán kính dụng cụ loe quá sắc. Ống ủ kết thúc trước khi loe ra khi làm việc với các hợp kim gia công cứng như thép không gỉ austenit.
• Số đọc mô-men xoắn không nhất quán trên các khớp: Sự thay đổi về đường kính lỗ của tấm ống, dung sai đường kính ngoài của ống hoặc độ mòn của con lăn. Đo lỗ thứ 10 bằng thước đo lỗ khoan và thay thế con lăn sau mỗi 200–300 khớp nối trong quá trình sản xuất.
• Ống kéo ra trong quá trình đạp xe nhiệt: Loại thiết bị giãn nở không chính xác cho ứng dụng - khớp nối chỉ dựa vào ma sát mà không có miệng chuông hoặc khóa rãnh thích hợp. Xem xét thiết kế chung và các yêu cầu về mã hiện hành.

Bảo trì thiết bị cán ống

Máy cán và dụng cụ giãn nở là những dụng cụ chính xác. Việc bảo trì cẩu thả sẽ trực tiếp dẫn đến các mối nối không nhất quán. Lịch trình bảo trì có cấu trúc không phải là tùy chọn đối với công việc liên quan đến bình chịu áp lực theo quy định.

Lưu trữ và xử lý con lăn

Cất giữ bộ con lăn trong hộp có đệm, có dán nhãn — không bao giờ để lỏng trong hộp dụng cụ. Ngay cả những hư hỏng bề mặt cực nhỏ do va chạm cũng sẽ chuyển sang bề mặt ống và làm giảm chất lượng mối nối. Giữ các con lăn và trục gá thành bộ phù hợp; trộn các thành phần từ các trạng thái mài mòn khác nhau tạo ra kết quả giãn nở không thể đoán trước.

Quy tắc và tiêu chuẩn áp dụng

Việc cán ống nồi hơi được điều chỉnh bởi một số tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế chồng chéo, tùy thuộc vào khu vực pháp lý và ứng dụng. Các nhà chế tạo và nhà thầu bảo trì phải xác định mã áp dụng trước khi xác định quy trình cán.

• Mã nồi hơi và bình chịu áp lực ASME (BPVC), Phần I: Quản lý nồi hơi điện ở Bắc Mỹ. Xác định các loại mối nối có thể chấp nhận được, các yêu cầu giãn nở và tiêu chí kiểm tra đối với các mối nối ống với tấm ống.
• ASME BPVC Phần VIII, Phân khu 1: Bao gồm các bình áp lực không nung và bộ trao đổi nhiệt. Phụ lục A nêu chi tiết các yêu cầu thử nghiệm và thiết kế mối nối ống mở rộng.
• Tiêu chuẩn TEMA (Hiệp hội các nhà sản xuất thiết bị trao đổi hình ống): Tham chiếu chính về độ hở giữa ống với tấm ống và dung sai giãn nở của bộ trao đổi nhiệt ở ba loại (R, C và B).
• EN 13445 (Tiêu chuẩn bình chịu áp lực không nung của Châu Âu): Mã Châu Âu tương đương với ASME VIII. Cung cấp các quy tắc thiết kế khe co giãn và các yêu cầu kiểm tra.
• BS EN 12952 (Nồi hơi ống nước): Tiêu chuẩn Anh và Châu Âu về kết cấu nồi hơi ống nước, bao gồm các yêu cầu về mối nối ống.
• AWS D1.1 / EN ISO 15614: Mặc dù chủ yếu là các tiêu chuẩn hàn, những tiêu chuẩn này thường được tham chiếu kết hợp với cán ống cho các mối hàn và giãn nở.