淺析空冷器管束設計、制造、檢驗技術

高少平

（大慶石油化工機械廠有限公司，黑龍江 大慶163000）

由于空氣冷卻器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設備。它由許多零部件構成，但其中最主要的幾個部分是：管束、風機、構架以及百葉窗，管束作為檢驗空冷器性能的主要部件，其質量的高低直接影響著空冷器換熱能力也就是空冷器的冷卻效果，因此必須要做好空冷器管束的設計、制造以及檢驗工作。

1 空冷器管束設計技術

1.1 翅片管的類型選擇

在空冷器當中，翅片管是最主要的換熱元件，因此在設計空冷器管束的結構前，首先就要確定好翅片管的結構類型，而這需要根據使用者對空冷器的具體要求來決定。當前存在于市面上的翅片管類型有很多，常用的有L 型繞片型翅片管、LL 型繞片型翅片管、鑲嵌式翅片管、雙金屬軋片式翅片管等。這些翅片管在使用時都有一些注意事項，例如L 型繞片型翅片管不能應用在濕式空冷器當中，由于濕式空冷器內部的空氣水含量較多，可能從翅片根部縫隙對換熱管產生腐蝕，從而使換熱管產生泄漏，進而影響使用；而雙金屬軋片式翅片管是由鋁管與換熱管套軋構成，換熱管整體緊密地包裹在套軋管內，翅片不會產生松弛，這樣就有效的避免了腐蝕的問題，但是其造價相對較高。因此在選用翅片管時必須要根據實際的需求來選擇。

1.2 翅片管支撐的結構設計

在空冷器當中，是通過排布多個翅片管來實現對空氣中熱量的交換，因此為了使翅片管之間的位置穩定，通常情況下會使用波紋板等對翅片管進行支撐。在整個管束的結構中，最主要的影響因素就是翅片管因空氣的流動而產生的振動，長期的振動會降低翅片管支撐的結構穩定性，從而使其失效，因此常見的解決方法是將受空氣流動影響最大的空氣進出口處的翅片管支撐進行固定，這樣就會降低整體的振幅，從而減輕振動帶來的影響。再一個問題就是翅片管的受力問題，翅片管支撐在長時間工作后容易產生或多或少的變形，這樣就會使翅片管得不到有效支撐，其解決方法是通過將翅片管的支撐結構焊接在管束橫梁上，從而增強其結構的穩定性。

1.3 管箱結構設計

管箱是整個空冷器的最主要的承壓部件，因此在管箱的結構設計當中最主要的就是要考慮管箱的承壓能力是否符合標準。當前在實際設計中最常見的管箱結構有三種，分別是：鍛焊結構、集合管結構與矩形板結構。鍛焊結構與集合管結構由于自身的整體性，受力結構合理，適用于高壓工況，但對制造要求較高，造價較高，矩形板結構的管箱由于其拼接的結構突變特性，易產生應力集中等問題不適用于高壓工況，但其生產制造條件簡單，造價較低，具有較高的經濟效益，是目前應用最廣泛的一種管箱結構。

2 空冷器管束制造技術

2.1 換熱管與管板接頭技術

除可卸蓋板、可卸帽蓋式管箱（均屬矩形板結構管箱）外，其余類型管箱很難拆開管箱對換熱管與管板接頭進行堵漏等維修，因此換熱管與管板接頭一定要確保密封的可靠性與持久性。換熱管與管板接頭有強度脹、強度焊、強度脹加密封焊和強度焊加貼脹等形式，一定要嚴格按照設計文件的要求施工，必要時進行換熱管與管板接頭脹焊等工藝評定，制定合理的施工工藝。對于焊接接頭一般采用氬弧焊打底，焊縫至少焊兩遍，以保證焊縫質量。

2.2 管箱焊接及熱處理技術

空冷器管箱焊接量大，限于結構特點只能采用單面焊雙面成形，且均為角焊縫，焊接難度大，要制定合理的焊接工藝保證焊縫全焊透，并且盡量減少焊后變形，特別是隔板、拉撐板的焊接，要防止焊縫與管頭及絲堵孔發生干涉，焊接坡口宜采用40°～45°，坡口鈍邊1mm，或不留鈍邊，坡口鈍邊或尖角處間隙1～2mm，這樣既有利于焊透，又可減少焊接量。管箱焊后是否進行熱處理按圖紙要求，若要求熱處理，必須編制嚴格的熱處理工藝，對管箱進行整體或局部熱處理，以消除或減少焊接應力。

3 空冷器管束檢驗技術

3.1 管箱焊縫檢查

管箱焊縫的檢測要求應在圖紙中明確，因為管箱結構的特殊性，對于要求進行焊縫內部缺陷檢查，但不能按照GB/T 150的要求用射線照相來檢查管箱焊縫，應在焊縫背部鏟平或刨削后，用磁粉或液體滲透的方法對其根部焊道和最終焊道進行全面檢查。焊縫的硬度檢查則應在各種規定的熱處理后進行，應檢查有代表性的焊縫，包括接管與管箱焊縫。對于碳鋼和含鉻量不超過1.25%的鉻鉬鋼，硬度不應超過225HB，對于其他鉻鉬鋼和含鉻量為11%、13%、17%的鉻鋼，硬度不應超過240HB。

3.2 管束耐壓試驗

空冷器管束需要承載介質的工作壓力，因此需要對空冷器管束進行耐壓試驗。耐壓試驗一般有兩種，一種是液體介質壓力試驗，另一種是氣體介質壓力試驗，在這兩種試驗中，氣體介質壓力試驗檢測的效果較為直觀，但是相比液體介質壓力試驗要更危險一些，一旦壓力超過臨界值，產生的爆炸會具有極強的破壞性，因此在采用氣體介質壓力試驗時要有一定的保護措施。

對于耐壓試驗，要嚴格控制試驗過程中的各個參數，同時要嚴格按照耐壓試驗的一切標準來進行，在整個試驗過程中應無可見變形、無泄漏、無異常響聲，管束耐壓試驗則可認為是合格的，最終在保壓過程中，壓力無明顯變化，則認為管束的抗壓性能良好。

4 結論

隨著用戶企業技術升級，空冷器的作用勢必越來越重要。因此空冷器的制造廠商必須強化空冷器的設計、制作與檢驗環節，優化管束的設計，可以使空冷器的換熱能力提升；規范管束的制作過程，可以提升管束的質量；加強檢驗環節，可以為空冷器的質量提供保障，從而使空冷器的使用壽命提升，帶來更高的經濟效益。