空冷器管束制造及檢驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)分析

楊峰

摘 要：空冷器為借助環(huán)境空氣進(jìn)行冷卻的換熱設(shè)備，在當(dāng)下石化、電力、核電行業(yè)中應(yīng)用較多。空氣對(duì)翅片管進(jìn)行冷卻降溫從而降低管內(nèi)工藝流體的介質(zhì)溫度，具有節(jié)能環(huán)保、冷卻效果良好的優(yōu)勢(shì)。空冷器管束是整個(gè)換熱設(shè)備的核心部分，需要引起足夠的重視。該文針對(duì)空冷設(shè)備管束的設(shè)計(jì)制造、檢驗(yàn)處理等操作進(jìn)行了全面分析，旨在為工藝實(shí)踐提供一定的理論參考。

關(guān)鍵詞：空冷器;管束;設(shè)計(jì)制造

中圖分類號(hào)：TE965? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

當(dāng)下石化、煉化產(chǎn)業(yè)中各種介質(zhì)熱交換頻率較高，為了保證所有化學(xué)反應(yīng)處于最佳溫度，需要及時(shí)地對(duì)其反應(yīng)放出熱量進(jìn)行吸收，如在燒堿生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，順流和蒸發(fā)等環(huán)節(jié)均是借助蒸汽加熱完成能量交換的;在氯乙烯生產(chǎn)中，需要經(jīng)過(guò)預(yù)熱、裂解、降溫?fù)Q熱等諸多環(huán)節(jié)。即換熱器在化工、煉化生產(chǎn)中具有重要價(jià)值。為此，加強(qiáng)換熱器的制造加工分析是保證設(shè)備長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，相關(guān)技術(shù)管理、質(zhì)量管理等均應(yīng)引起業(yè)內(nèi)人員的關(guān)注。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)空冷設(shè)備的制造一般是廠家按照設(shè)計(jì)圖紙、制造標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行規(guī)模化處理，卷制焊接殼體、管箱、加工管板，并完成管束、管板的組裝，隨后需要進(jìn)行檢測(cè)、壓力試驗(yàn)后方可將設(shè)備運(yùn)出場(chǎng)外。

1 管束結(jié)構(gòu)分析

1.1 翅片類型

翅片管的形式較多，包括L型繞片、LL型繞片、鑲嵌翅片、橢圓管翅片等。其中L型翅片一般不可用于濕式空冷設(shè)備。國(guó)外部分空冷廠家認(rèn)為翅片管在投入運(yùn)營(yíng)后，可能會(huì)因?yàn)閲娝仍黾悠潆娀瘜W(xué)腐蝕速度，熱阻增加還會(huì)引發(fā)傳熱效率下降，即整個(gè)空冷器的使用壽命會(huì)大打折扣。與L型繞片管相比，雙金屬軋制管一般是由鋁材料加工制造而成的，管子會(huì)隨著工藝加工介質(zhì)的腐蝕狀況、壓力變化等進(jìn)行調(diào)節(jié)處理，類似不銹鋼材料。對(duì)于緊密結(jié)合的軋制管，其性能相對(duì)較優(yōu)，不會(huì)因翅片管內(nèi)外間隙作用產(chǎn)生腐蝕、銹蝕，同時(shí)其傳熱效率相對(duì)更高。改造后的翅片管具有穩(wěn)固度高、不易變形的優(yōu)勢(shì)，一旦存在污垢問(wèn)題可及時(shí)借助高壓蒸汽、高壓水等完成清洗作業(yè)。

1.2 管箱結(jié)構(gòu)

空冷設(shè)備的主要受壓部件是管箱，從結(jié)構(gòu)角度進(jìn)行分析可發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段較為常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)包括：鍛焊結(jié)構(gòu)、集合管結(jié)構(gòu)、矩形板結(jié)構(gòu)，這是當(dāng)下應(yīng)用較多的管箱結(jié)構(gòu)類型。前兩者在高壓狀況下較為適用，矩形板結(jié)構(gòu)則不受壓力溫度等工藝參數(shù)的限制，應(yīng)用范圍更廣，同時(shí)由于矩形板結(jié)構(gòu)工藝制作簡(jiǎn)單、成本價(jià)格較低，其未來(lái)應(yīng)用前景將會(huì)更廣。

2 管束制造技術(shù)分析

2.1 管板制造技術(shù)

首先，管板在拼接處理后，拼接對(duì)接焊縫需要及時(shí)進(jìn)行超聲波探傷、100 %射線處理，保證其滿足基本行業(yè)規(guī)范。拼接后的管板需要及時(shí)進(jìn)行消除應(yīng)力處理，不銹鋼材料可免做對(duì)應(yīng)處理。復(fù)合管板材料的設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)需要滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，熱處理后進(jìn)行制造檢驗(yàn)、超聲探測(cè)，以2種材料的良好復(fù)合效果為基本要求，合格檢測(cè)操作需要滿足JB4730I級(jí)要求。

其次，管板孔橋?qū)挾绕睢９馨蹇仔枰c密封板面相互垂直，一般允許偏差需要控制在0.05 mm范圍之內(nèi)，同時(shí)管板孔的表面不能存在縱向、螺旋向的痕跡，表面粗糙度需要低于12.5 μm方可投入運(yùn)營(yíng)。對(duì)空冷設(shè)備而言，管板加工精度具有較高的影響價(jià)值，這一參數(shù)對(duì)管板和換熱管的組裝具有明顯作用。管板孔孔心距尺寸偏差會(huì)對(duì)焊管、脹管等質(zhì)量產(chǎn)生明顯作用。對(duì)鉆孔進(jìn)行背面孔橋?qū)挾绕钸M(jìn)行全面分析的目的在于降低管板厚度的負(fù)面影響，提高管板孔的表面光滑度、垂直度，從而降低裝管損傷長(zhǎng)度，提高脹接質(zhì)量方面的優(yōu)化處理。當(dāng)前在國(guó)內(nèi)空冷廠家在機(jī)械加工中普遍采用數(shù)控鉆床進(jìn)行處理，根據(jù)管孔布置方法、排列方式等進(jìn)行孔徑、孔心距的確立，一次性鉆出24或36個(gè)管孔，整體操作具有高效、高精度的特點(diǎn)，少見(jiàn)數(shù)控機(jī)床單獨(dú)加工的作業(yè)模式。

2.2 折流板制造技術(shù)

折流板的加工制造需要滿足圖紙要求，對(duì)應(yīng)折流板的管孔直徑、允許偏差均需滿足圖紙要求。銅鎳合金折流板的加工檢驗(yàn)不僅需要符合圖紙要求，還需要滿足GB151相關(guān)條款的規(guī)定，銅合金換熱管的折流板、支持板管孔等均需滿足允許偏差要求，且外圓面的尖角必須進(jìn)行鈍化處理。對(duì)于管板和折流板必須及時(shí)進(jìn)行中間檢驗(yàn)，這是及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷的重要步驟，如考慮到復(fù)合層厚度有限，加工后復(fù)合層會(huì)有所縮減，如果厚度不滿足加工余量，則危害突出;管板鉆孔中，盡量避免中途更換鉆頭，這是降低孔徑允許偏差超過(guò)規(guī)定范圍的主要做法;管板和折流板的管孔兩邊需要根據(jù)圖紙要求進(jìn)行倒角去刺處理。避免組裝操作中引發(fā)換熱管受到機(jī)械摩擦引發(fā)的劃傷，同時(shí)管板表面倒角如果不能達(dá)到相關(guān)要求，可能無(wú)法進(jìn)行強(qiáng)度焊、密封焊等操作，加工質(zhì)量下降，在一定程度上會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱設(shè)備的使用壽命降低。

2.3 管束組裝

在管束組裝環(huán)節(jié)中，注意事項(xiàng)較多，拉桿處的螺母需要關(guān)注緊固度，避免換熱管安裝中，受折流板動(dòng)作影響產(chǎn)生損害。穿管操作中不可強(qiáng)行穿越、敲打推進(jìn)，避免換熱管外部發(fā)生機(jī)械損傷，影響換熱性能;除了管板、換熱管處可以焊接，其他零部件不可與換熱管進(jìn)行焊接連接處理，這是降低換熱管受損的主要保護(hù)措施。

空冷器一般采用強(qiáng)度焊、密封焊的連接方法。最好的強(qiáng)度焊處理方法是填絲氬弧焊，焊接次數(shù)不低于2遍，避免管板和管子連接處發(fā)生泄露。此外，針對(duì)管束脹接、焊接的方法，其先后順序在業(yè)內(nèi)具有一定的爭(zhēng)議性。2種方法各具優(yōu)勢(shì)，先焊后脹，即先進(jìn)行密封焊接、試壓合格后進(jìn)行強(qiáng)度焊處理，焊接質(zhì)量穩(wěn)定性高，但是脹接效果有待考察。部分廠家僅進(jìn)行貼漲，并未脹接便安裝投入運(yùn)行，一旦內(nèi)部介質(zhì)具有較高的腐蝕性，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生泄漏問(wèn)題，危害突出。先脹后焊中，強(qiáng)度脹接試壓合格后進(jìn)行管板和管端的清洗，密封后進(jìn)行焊接、耐壓試驗(yàn)處理，該方法可保證管束連接質(zhì)量滿足預(yù)期要求，安裝后穩(wěn)定性較高。

3 檢驗(yàn)技術(shù)分析

空冷器管箱檢驗(yàn)操作中，一般借助焊縫檢測(cè)完成相關(guān)操作。部分焊縫檢測(cè)需要進(jìn)行單側(cè)處理，反射信息復(fù)雜度較高，極易引發(fā)根部質(zhì)量缺陷問(wèn)題，造成誤判、漏檢等操作的概率較高。通過(guò)廠家對(duì)空冷器管束進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造后發(fā)現(xiàn)，全自動(dòng)焊接可快速避免漏檢等行為，焊接質(zhì)量、生產(chǎn)效率等均會(huì)大幅提升。改善結(jié)構(gòu)后進(jìn)行超聲波檢測(cè)，可進(jìn)一步降低質(zhì)量缺陷問(wèn)題，探測(cè)精度、探測(cè)效果等可以得到明顯的改善作用。為了提高翅片管脹接效果，空冷廠家針對(duì)脹接工藝進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化分析，取得了良好的應(yīng)用效果。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明空冷器翅片管彎曲、變形可能會(huì)導(dǎo)致冷卻效果大打折扣，尤其是翅片管中部和下部的彎曲危害更為突出。這一現(xiàn)象的原因在于：冷卻介質(zhì)是液體狀態(tài)時(shí)，翅片管一旦發(fā)生折損、彎曲，對(duì)應(yīng)阻力作用會(huì)顯著增加，介質(zhì)通過(guò)變形的翅片管中速度下降，甚至?xí)a(chǎn)生偏流現(xiàn)象，冷卻效果下降;采用氣體冷卻且氣體發(fā)生相變，生成液體狀況下也會(huì)在彎曲部位囤積大量液體，氣體無(wú)法通過(guò)翅片管區(qū)域，也可理解成這部分翅片管無(wú)法發(fā)揮冷卻換熱功效。

4 結(jié)語(yǔ)

空冷器中管束的設(shè)計(jì)制造、加工檢驗(yàn)具有較高重要性，是整個(gè)空冷設(shè)備生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。提高管束加工精度、可靠性管理是生產(chǎn)環(huán)節(jié)主要關(guān)注的要點(diǎn)，這對(duì)空冷器的使用壽命、換熱性能等影響突出。少數(shù)廠家擅自更改圖紙、工藝、檢驗(yàn)條件，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備后期安裝、投運(yùn)中出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，需要相關(guān)人員提高對(duì)空冷器制造檢驗(yàn)技術(shù)的關(guān)注。

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