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計結構原理及應用效果，該夾具具有密封性較好，操作簡單，適用面廣的特點。
　　關鍵詞：換熱器　　換熱管試壓　　卡具
　　換熱器是煉化企業生產裝置上重要設備之一，換熱器使用的換熱管規格主要為φ１９×２、φ２５×２．５、φ３２×３等幾種規格，按照ＧＢ　１５１－１９９９《管殼式換熱器》規定，對接后的換熱管和特殊要求的換熱器的換熱管要１００％進行逐根試壓，試驗壓力為設計壓力的兩倍，一臺換熱器中換熱管有時達近千根。因此，換熱器的試壓工作很繁重。而且隨著近年來大規模煉化裝置的陸續建設與投入運行，換熱器試壓檢測工作量將成十數倍的增長，采用傳統的試壓方法已遠不能滿足高速發展的煉化行業需求。本文結合生產實際，探討了一種新型換熱管試壓裝置的設計，并應用于實踐，取得了良好的效果。
　　１.傳統試壓方法的缺陷
                       
     傳統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，因此隨著煉化企業的發展已不能滿足生產的需要。
    ２　　新型換熱管試壓裝置的設計
    針對這一問題，本文針對換熱管試壓過程進行了分析，要提高工作效率，核心問題既是需要解決實現多管同時試壓并便于操作施工，因此，本文采用了設計一種高效換熱管試壓卡具的解決途徑，對其設計原理與依據進行了探討。該單管試壓卡具的結構設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，鎖緊螺母的內錐面壓緊錐形緊固卡套，使其擠壓換熱管外壁，用外壓產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。
    卡具受力及結構尺寸計算分析如下：換熱管受擠壓力經推導簡化，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，其對換熱管產生壓力的轉換關系式為：
    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＝　Ｆ′×μ
    μ—摩擦系數＝０．２
    即ｆ＝　Ｆ（２πＬ／Ｌ′）ｓｉｎαｃｏｓα×μ
    由此關系式可以得出，α角在４５°時，產生的摩擦力最大。
    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＝　Ｆ′×μ＝　Ｆ（２πＬ／Ｌ′）ｓｉｎαｃｏｓα×μ
    ＝Ｆπ６００／３０×０．２＝４Ｆπ
    換熱管受壓力：Ｇ＝Ｐ×Ｓ＝Ｐ×π２．５２／４＝４．９１Ｐ
    假設Ｐ＝１００ｋｇ／ｃｍ２，則Ｇ＝４９１ｋｇ，即ｆ要大于４９１ｋｇ。
    ４　Ｆπ≥４９１
    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。
    依據設計結構圖與理論計算數據，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，然后進行打壓試驗。
    當壓力升到１００ｋｇ／ｃｍ２時，換熱管與卡具無相對滑動跡象，密封點也無泄漏現象，經過多次測試，均達到預期試壓檢測效果。
    通過制作不同管徑換熱管試壓卡具，可實現對各種換熱器換熱管同時進行試壓檢測。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行試壓。進行多管同時試壓檢測，只需用相應卡具和高壓軟管將多根換熱管進行串連（圖４），打開進水閥１及放空閥３，使換熱管內充滿水并排凈空氣；關閉進水閥１及放空閥３，打開試壓泵閥，然后起動試壓泵，按規定的壓
力和保壓時間試壓檢漏。檢漏結束后卸去管內壓力，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。依據此試壓方法，可最多同時進行３０多根管的試壓檢測，且操作方便快捷。相比傳統的千斤頂壓塊法，極大的提高了工作效率，降低了工作強度。
     ３ 結論
    通過對該換熱器新型換熱管試壓方法原理及卡具構成結構的探討與設計。解決了換熱器制作中換熱管試壓的檢測效率問題。
    所設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。
     該試壓卡具結構簡單，使用時不需要特殊專用夾具及專用設備，只需兩把管鉗就可安裝使用。具有造價低、操作簡便，密封圈壽命長等優點；并可實現同時串聯多管試壓，大大降低了工作強度，提高了工作效率。在煉化行業具有良好的實際應用價值。