锅炉集箱小口径成排管接头内胀式水压堵头装置结构研究

2021-08-27周健

智能城市 2021年15期

周健

（安徽海螺川崎节能设备制造有限公司，安徽芜湖 241000）

随着市场化的竞争、企业成本管控及产品交货期要求日趋严峻，锅炉作为国家强制要求的特种设备，受国家法规、标准、行业标准以及地方监督部门监管，在锅炉结构上必须按要求执行，如何在锅炉制造企业做好降本增效尤为重要。公司积极投入从源头锅炉结构入手，优化生产工艺、工装，通过现场操作人员反馈，目前锅炉集箱水压试验时管接头封堵以及水压后拆除，工作时间长、劳动强度大。本文为解决以上问题提高锅炉集箱工厂水压试验时效率，减少工人劳动强度，提出一种新型水压试验工装。

锅炉产品中集箱最为主要部件，制作时数量较多，结构为Φ32～60 mm的小口径成排单管接头，根据《锅炉安全技术规程》（TSG 11—2020）和《水管锅炉》（GB/T 16507—2013）中相关规定散件出厂锅炉的集箱类部件需要在工厂内水压试验合格后方可发运出厂。对于承接的项目较多、交货期紧的公司，采用传统的水压试验工装材料成本高，制造工序周期长，针对工作压力不大于3.8 MPa的余热锅炉的特点，对锅炉集箱小口径管接头的水压试验工装进行一系列改进。

1 传统水压试验工装的结构及其缺点

作为锅炉的一个组成部分集箱，是汇集、混合、分配水及蒸汽的重要部件，其作用显著，制造厂在制作完成后需要做水压试验，对其进行质量检测，目前国内大多数锅炉制造厂家均采用焊接水压封板的方式对集箱成排管接头进行水压试验前的封堵。

水压试验合格结束后，操作人员采用气割的方式将多余的管接头和闷板进行切割，按图纸尺寸对管口位置通过角向磨光机进行打磨，用坡口机进行坡口加工，通过以上工序完成水压试验。通过统计及工时计算，采用这种封堵方式进行水压试验存在缺陷。

（1）单台锅炉中集箱数量一般较多，结合集箱自身的结构特点，其单根集箱管接头数量多管接头结构形式多样，空间弯管多，如采用焊接水压封板的形式人员操作空间受限，封板焊接工作量大。

（2）水压封板的结构、型式、厚度均要符合《水管锅炉》（GB/T 16507—2013）标准中相关要求进行计算校核。

（3）水压试验合格后需要安排操作人员按图纸尺寸将管接头余量及水压封板切除，焊接水压封板的利用率只有一次，造成管接头和封板的材料浪费。

（4）据统计，一根规格Φ219集箱，管接头数量为60个，水压试验准备到水压合格耗时约2 d，水压周期长，工作效率低。

焊接水压封板如图1所示，水压封板安装如图2所示。

图1 焊接水压封板

图2 水压封板安装

2 改进后的水压工装设计方案及工作原理

考虑焊接式水压封板封堵其劳动强度大、工作效率低等缺点，为了有效提高工作效率、降低劳动强度、缩短制造周期、降低制造成本，公司对其设计进行分析及改进。通过对锅炉集箱结构分析及各项试验设计内胀式水压试验装置，目前公司锅炉集箱管接头水压试验均采用内胀式水压堵头装置进行封堵，其结构稳定、安全、可多次重复使用，具有较高的经济实用性。该装置通过调节水压装置与管接头内壁间的间隙达到胀紧的目的，起到封堵的作用。

内胀式水压装置是由拉紧螺杆、固定螺母、橡胶密封圈、塞头Ⅰ、塞头Ⅱ、胀筒、垫圈、压紧螺母八个部件组成。工作原理是集箱水压试验前，操作人员将内胀式水压装置先置于集箱管接头内，通过调节压紧螺母，使塞头向管接头方向侧挤压压紧，塞头的结构都为锥型，受压紧螺母的向内压力时会使胀筒（为避免胀筒受力崩坏，采用分体式结构胀筒）受力后向管壁四周胀开，增大堵头与管壁的摩擦力，弹性橡胶密封圈受螺杆拉力发生塑性变形向管壁四周扩散，填满管接头，进行水压试验时，试验水充满管排内部起到封闭水的流向，达到密封的作用。

内胀式水压装置如图3所示，水压试验如图4所示，水压工装安装如图5所示。

图3 内胀式水压装置

图4 安装后水压试验

图5 水压工装安装

3 内胀式水压装置的优点

（1）内胀式水压装置操作简单，仅需要松紧螺母，不需要焊接，降低劳动强度。

（2）适用范围广，可用于Φ76 mm规格以下管径的管接头，使用时只需要更换相应规格的塞头和弹性橡胶密封圈即可，不需要全部更换，避免部件重复加工，提高使用率，降低投入成本。

（3）内胀式水压装置拆卸方便，缩短水压试验前后的时间，据统计，同样规格、管接头数量相同的集箱，水压试验耗时约1 d，是焊接水压封板耗时的一半，缩短水压周期，提高工作效率。

（4）内胀式水压装置在集箱管接头内部进行密封水压试验，不需要管接头留切割余量，减少管接头材料用量，降低产品制造成本。

（5）同种规格的内胀式水压装置可多台重复使用，非一次性，工装利用率高。

（6）内胀式水压装置承受水压可达10 MPa以上，满足多种压力的锅炉集箱管接头使用。

4 节约成本测算分析

经统计测算，采用原水压工装一台锅炉焊接水压堵板的工作时间为2人16 h，采用内胀式水压装置后工作时间为2人2～3 h完成，人工成本为250 元/（人·d），工作时间为8 h，钢材吨单价为5 000元/t，年产量为30台。节约工作时间、提高工作效率，内胀式水压装置可多次重复使用，为公司节约成本提供依据。

成本测算如表1所示。