對空冷器管束結構設計、制造、檢驗問題的探討

摘 要：空冷器，又叫空氣冷卻器，在石油化工和電力行業被廣泛地使用。它是以環境空氣作為冷卻介質，橫掠翅片管外，使管內高溫工藝流體得到冷卻或冷凝的一種高科技工業設備。本文圍繞空冷器管束的設計及生產特點特點，探討相關結構設計、檢驗、制造等問題。

關鍵詞：空冷器；結構設計；制造

中圖分類號：TB494 文獻標識碼：A

空冷器，又叫空氣冷卻器，在石油化工和電力行業被廣泛地使用。它是以環境空氣作為冷卻介質，橫掠翅片管外，使管內高溫工藝流體得到冷卻或冷凝的一種高科技工業設備。主要由管束、風機、構架及百葉窗所組成?？绽淦靼踩煽窟\行的關鍵是它的空冷管束，合理精密的設計、質量優良的制造和生產后嚴格的檢驗是空冷器良好工作的保證。

1結構方面

1.1翅片管的結構改造

翅片管是空冷器用來傳熱的關鍵部件，它的好壞直接影響著空冷器的傳熱效率?？绽淦鞯乃轿恢梅植贾S多翅片管，目前多采用波紋板進行翅片管排與排之間的支撐結構，實際使用和操作過程中，往往外層翅片管振動和使用頻率很高，所以常常導致翅片管因變形而影響使用，這既削弱了傳熱效果又降低了管束的使用壽命。改造翅片管的結構方法是將之承結轉移，也就是固定外層兩排的翅片管，這樣外層兩排的翅片管就不能再振動，由于本身的重量作用使得中間的翅片管受到的振動力的大小相對來說要小，中間的翅片管工作的原理是波紋板支承。不過這種結構并不適用于干濕聯合型的空冷器。它們的立放管束和斜式管束會因下垂和錯位出現 故障，所以并不適合波紋板支撐。改造方法可以將支撐板上的距離間隔用板定位，這種方法對于支撐翅片管的間隔板兩兩之間焊接的距離要求很高，必須要求同層若干組間隔板保持在同一水平上，這是為了避免翅片管在裝配時出現故障或困難。

可以使翅片管的四周都均勻受力的一個很好的方法是用定距盒支撐翅片板，這樣也可防止翅片管的下垂錯位。但翅片管在長年累月的工作中會累積大量誤差和銹蝕，導致翅片管存在很大的撓度，我們可以使用一個附加力作用于翅片管與管板的脹口處，嚴重時翅片管與管板的脹口處會發生破列，導致泄漏情況。其解決方法多類似于折流板在管殼式換熱器結構中的原理。最近新的翅片管支撐結構，整塊下料的支撐板中的若干塊支撐板，在疊起后會有一個鉆孔的現象，是管板一次劃線形成的，這樣既解決了管孔的同心度問題，又在一定程度上減小制造時把握穿管的難度。此外為了進一步嚴密的防止管子下垂和錯位，應把每一支撐板孔中點焊一套筒，托起翅片。

1.2翅片結構類型的選擇

現如今翅片管最常用的形式多為：I型、簡單繞片管、L型繞片管、LL型繞片管、鑲嵌翅片管、雙金屬軋片式翅片管、橢圓翅片管等。不過單L型的片管不主張被運用在在濕式空冷器上使用。美國的赫德森公司、法國的克魯索一魯瓦爾公司，認為在翅片管工作時，直接對其進行噴水會造成翅片管和基管的快速電化學腐蝕。不僅如此，當熱阻增加，傳熱效率就會隨之下降，在一定程度上就縮短了空冷器的壽命。與L型繞翅片管相比，雙金屬軋片式翅片管的外管和內用管工業不但是純鋁制造，自身還會根據熱流體腐蝕情況和壓力的變化進行相應的選定和調節，就像碳鋼、不銹鋼、紫銅一樣。緊密結合后的軋制內、外管子，不但不會造成碳鋼翅片管表面的間隙被腐蝕和銹蝕，而且傳熱效率還被顯著的提高了。改造后的翅片呈現出牢固不變形等特點，而污垢問題可以通過高壓蒸汽和高壓水來解決。從提高傳熱效率、延長空冷器的使用壽命角度來考慮，使用雙金屬軋制翅片管這種方法，即使價格稍高一些，但綜合效益非?？捎^，值得采用

1.3管箱結構

空冷器的主要受壓部件為管箱，按結構角度分，有鍛焊結構、矩形板結構和集合管結構，以上都是煉油化工行業比較常見且實用性強的管箱所采用的結構類型。壓力較高的情況下適合使用鍛焊結構和集合管結構常用。矩形板結構能夠被廣泛使用的原因，不同于以上兩種，優點是原理和制作工藝簡單、造價低廉。

2制造方面

矩形管箱的制造是空冷管束制造的關鍵。其制造工序包括下料、切割、刨邊、組對、焊接等環節。要求焊透和全熔合是制造矩形管箱縫的標準，且應為雙面焊或單面焊沿焊縫根部全長具有緊貼基體金屬的墊板。矩形管箱普遍允許單面焊接，其原因是矩形管箱的設計結構特殊而制造時進行雙面焊難度大，但無論哪種情況對于矩形管箱必須做到全焊透，制造的工藝才算合格。下面介紹三種焊接結構。第一種叫做墊板結構焊接法。優點為管箱變形小，制造工藝簡單，焊后管箱縫處均熔合良好，不足是經無損檢測發現，坡口處的焊接，在墊板和基體金屬之間常有夾渣現象，及其不易清理干凈，直接影響了管箱整體焊縫質量和使用。第二種焊接方法，運用到一種新型技術打底，叫氫弧焊，通過手弧焊焊接和自動焊接完成，但覽弧打底層在監測時多被發現其缺陷，經分析得出故障原因多是管板或絲堵板與蓋板的厚度差太大，導致結構拘束應力大，系統無法正常運行，因此便應運而生第三種焊接方法，在不斷探索和改進工藝后，避免加工簡單且減少了管板與蓋板厚度差，研發出了一種新型焊接技術。不但可以減輕生產者的勞動量，又降低生產成本，提高了生產效率，而且制造出的產品在合格率上基本百分之百，且質量穩定，經超探檢查，焊縫一次合格率達卯%以上，這種理想的坡口型式因其穩定的制造質量而倍數青睞。矩形管箱焊接完畢后，通常需進爐進行消除殘余應力退火熱處理。

3檢驗方面

我們使用國際上較為先進的超聲波檢測方法矩形管箱焊縫技術進行檢驗，在對第二種結構焊接進行試驗時，發現接焊縫只能單側進行，且反射出較為復雜的信息，根部缺陷較難區分，造成誤判或漏檢的可能性較大。經過結構調整與改造，全自動焊接解決了以上問題。焊接質量得到的有效的改善，生產效率在一定程度上也得到的提高。改善結構之后優化的超聲波探測，簡化了諸多影響缺陷判斷的因素，探測的效率和準確性無形中得到了難得的提高。我們嚴格試驗了翅片管脹接的制造成果，確定合適的脹接工藝參數?？绽淦鞒崞軓澢冃螘斐衫鋮s效果下降，特別是翅片管中部向下彎曲變形時更為明顯。因為當冷卻介質是液體時，翅片管彎曲變形會產生較大的阻力降，介質流過變形翅片管的速度比不變形翅片管的速度低，產生偏流，影響冷卻效果；當介質是氣體且發生相變時，即由氣體變為液體時，翅片管向下彎曲變形的部位積存著液體，氣體不能從該翅片管通過，也就是說該翅片管失效，造成空冷器整體冷卻效果下降。

結語

空冷管束的設計，制造及檢驗，是生產的重要環節，保證其準確性和可靠性才是生產設計合理、質量優良空冷器的關鍵。

參考文獻

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