Trong thế giới phức tạp của sản xuất công nghiệp, một quy trình thường bị bỏ qua đóng một vai trò quan trọng trong việc duy trì tính toàn vẹn của thiết bị và ngăn ngừa các sự cố thảm khốc. Mở rộng ống, hay còn gọi là "cán ống", đại diện cho người hùng thầm lặng trong việc xây dựng bộ trao đổi nhiệt và nồi hơi.
Mở rộng ống không chỉ đơn giản là làm to ống. Quá trình tạo hình nguội này liên quan đến việc biến dạng cơ học chính xác của các ống kim loại ở nhiệt độ phòng để tạo ra các kết nối an toàn, kín khí giữa các ống và tấm ống. Những kết nối này tạo thành xương sống của các thiết bị công nghiệp quan trọng được tìm thấy trong các nhà máy điện, cơ sở chế biến hóa chất và nhà máy lọc dầu trên toàn thế giới.
Hãy xem xét môi trường hoạt động của một bộ trao đổi nhiệt điển hình: nhiệt độ khắc nghiệt, áp suất cao và môi trường ăn mòn liên tục thách thức tính toàn vẹn của hệ thống. Một kết nối ống được mở rộng đúng cách phải đồng thời cung cấp:
Để đạt được việc mở rộng ống tối ưu, cần xem xét cẩn thận nhiều thông số kỹ thuật. Mỗi yếu tố góp phần vào hiệu suất và tuổi thọ của kết nối cuối cùng.
Bề mặt lỗ ống nhẵn, được hoàn thiện đúng cách sẽ cải thiện đáng kể diện tích tiếp xúc và ma sát giữa các bộ phận. Độ nhám bề mặt tác động trực tiếp đến khả năng bịt kín và độ bền của kết nối.
Các rãnh được gia công chính xác hoạt động như các khóa liên động cơ học, làm tăng đáng kể khả năng chống kéo ra. Tuy nhiên, hình học rãnh không đúng cách có thể tạo ra các điểm tập trung ứng suất làm ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của tấm ống.
Độ ăn khớp ép - sự khác biệt giữa đường kính ống đã mở rộng và kích thước lỗ - phải được kiểm soát cẩn thận. Độ ăn khớp không đủ sẽ dẫn đến rò rỉ, trong khi biến dạng quá mức có nguy cơ làm hỏng các bộ phận.
Khoảng cách giữa các lỗ ống liền kề (chiều rộng dây chằng) ảnh hưởng đến cả độ bền kết cấu và hiệu quả vật liệu. Thiết kế phù hợp cân bằng các yêu cầu cạnh tranh này dựa trên kích thước ống và điều kiện vận hành.
Độ dày thành ống xác định ứng suất dư sau khi mở rộng. Thành mỏng có thể không cung cấp đủ độ bền mối nối, trong khi thành dày làm tăng độ khó mở rộng và nguy cơ ống bị vỡ.
Độ cứng vật liệu nền và xu hướng hóa bền trong quá trình tạo hình nguội ảnh hưởng đáng kể đến yêu cầu lực mở rộng và các đặc tính mối nối cuối cùng.
Kiểm soát đường kính chính xác đảm bảo độ ăn khớp ban đầu thích hợp giữa các ống và lỗ, ngăn ngừa việc mở rộng không đều hoặc khó lắp.
Các hợp kim khác nhau yêu cầu các kỹ thuật mở rộng cụ thể. Ví dụ, thép không gỉ đòi hỏi sự kiểm soát cẩn thận do hành vi hóa bền rõ rệt của chúng.
Người vận hành có thể sử dụng phương pháp theo dõi mô-men xoắn hoặc đo độ dày thành cuối cùng để kiểm soát quá trình mở rộng, mỗi phương pháp đều có những ưu điểm riêng biệt về độ chính xác và độ phức tạp khi triển khai.
Nhu cầu cụ thể của ứng dụng sẽ quyết định các thông số mở rộng. Dịch vụ áp suất cao đòi hỏi độ ăn khớp lớn hơn so với các kết nối dễ bảo trì.
Các phần mở rộng dài hơn làm tăng độ bền mối nối nhưng cũng làm tăng độ khó và chi phí sản xuất. Chiều dài tối ưu cân bằng các yếu tố này.
Khả năng tương thích điện giữa các vật liệu ống và tấm ống ngăn ngừa sự suy giảm ăn mòn, một yếu tố quan trọng để đảm bảo độ tin cậy lâu dài.
Từ nguồn gốc của nó trong việc xây dựng động cơ hơi nước vào thế kỷ 19 cho đến các hệ thống tự động tinh vi ngày nay, việc mở rộng ống đã trải qua quá trình tinh chỉnh liên tục. Giữa thế kỷ 20, các nhà sản xuất dụng cụ chuyên dụng đã xuất hiện, thúc đẩy sự đổi mới hỗ trợ sự tăng trưởng nhanh chóng trong các ứng dụng trao đổi nhiệt trên các ngành công nghiệp.
Về cốt lõi, việc mở rộng ống đại diện cho một quá trình biến dạng dẻo được kiểm soát cẩn thận. Các dụng cụ mở rộng làm biến dạng vĩnh viễn vật liệu ống trong khi tấm ống chỉ trải qua biến dạng đàn hồi. Hành vi khác biệt này đòi hỏi các vật liệu tấm ống có độ bền chảy cao hơn so với chính các ống.
Việc dự đoán chính xác kích thước ống sau khi mở rộng đảm bảo sự hình thành mối nối thích hợp. Phép tính cơ bản kết hợp:
Trong đó:
D = ID mở rộng lý thuyết
D1 = ID ống ban đầu
D2 = Đường kính lỗ ống
D3 = OD ống ban đầu
Sp = Độ dày thành ống
Phạm vi phần trăm (2-12%) đại diện cho độ mỏng thành trong quá trình mở rộng, với độ mở rộng nhẹ ở mức 2-6% và độ mở rộng nặng ở mức 7-12%. Mặc dù công thức này cung cấp hướng dẫn lý thuyết, kinh nghiệm thực tế vẫn rất cần thiết để có kết quả tối ưu.
Các dụng cụ mở rộng hiện đại bao gồm bốn thành phần chính được chế tạo từ thép hợp kim chịu mài mòn, có độ bền cao:
Không có phương pháp mở rộng nào phù hợp với tất cả các ứng dụng. Các dịch vụ áp suất cao đòi hỏi các phương pháp tiếp cận khác nhau so với các hệ thống dễ bảo trì. Việc lựa chọn phù hợp đòi hỏi sự hiểu biết thấu đáo về các yêu cầu vận hành và đặc tính vật liệu.
Các công nghệ Công nghiệp 4.0 đang chuyển đổi việc mở rộng ống thông qua các hệ thống thông minh, tự điều chỉnh và dây chuyền sản xuất tự động. Những tiến bộ này hứa hẹn sự nhất quán chưa từng có đồng thời giảm yêu cầu về lao động và lỗi của con người.
Khi thiết bị công nghiệp tiếp tục vượt qua các ranh giới hiệu suất, quá trình mở rộng ống khiêm tốn sẽ vẫn rất cần thiết để đảm bảo hoạt động an toàn, đáng tin cậy trong vô số ứng dụng quan trọng.
