空冷器管束制造及检验关键技术分析

杨峰

摘 要：空冷器为借助环境空气进行冷却的换热设备，在当下石化、电力、核电行业中应用较多。空气对翅片管进行冷却降温从而降低管内工艺流体的介质温度，具有节能环保、冷却效果良好的优势。空冷器管束是整个换热设备的核心部分，需要引起足够的重视。该文针对空冷设备管束的设计制造、检验处理等操作进行了全面分析，旨在为工艺实践提供一定的理论参考。

关键词：空冷器;管束;设计制造

中图分类号：TE965      文献标志码：A

0 前言

当下石化、炼化产业中各种介质热交换频率较高，为了保证所有化学反应处于最佳温度，需要及时地对其反应放出热量进行吸收，如在烧碱生产环节中，顺流和蒸发等环节均是借助蒸汽加热完成能量交换的;在氯乙烯生产中，需要经过预热、裂解、降温换热等诸多环节。即换热器在化工、炼化生产中具有重要价值。为此，加强换热器的制造加工分析是保证设备长期安全稳定运行的关键，相关技术管理、质量管理等均应引起业内人员的关注。现阶段，国内空冷设备的制造一般是厂家按照设计图纸、制造标准等进行规模化处理，卷制焊接壳体、管箱、加工管板，并完成管束、管板的组装，随后需要进行检测、压力试验后方可将设备运出场外。

1 管束结构分析

1.1 翅片类型

翅片管的形式较多，包括L型绕片、LL型绕片、镶嵌翅片、椭圆管翅片等。其中L型翅片一般不可用于湿式空冷设备。国外部分空冷厂家认为翅片管在投入运营后，可能会因为喷水等增加其电化学腐蚀速度，热阻增加还会引发传热效率下降，即整个空冷器的使用寿命会大打折扣。与L型绕片管相比，双金属轧制管一般是由铝材料加工制造而成的，管子会随着工艺加工介质的腐蚀状况、压力变化等进行调节处理，类似不锈钢材料。对于紧密结合的轧制管，其性能相对较优，不会因翅片管内外间隙作用产生腐蚀、锈蚀，同时其传热效率相对更高。改造后的翅片管具有稳固度高、不易变形的优势，一旦存在污垢问题可及时借助高压蒸汽、高压水等完成清洗作业。

1.2 管箱结构

空冷设备的主要受压部件是管箱，从结构角度进行分析可发现，现阶段较为常见的结构包括：锻焊结构、集合管结构、矩形板结构，这是当下应用较多的管箱结构类型。前两者在高压状况下较为适用，矩形板结构则不受压力温度等工艺参数的限制，应用范围更广，同时由于矩形板结构工艺制作简单、成本价格较低，其未来应用前景将会更广。

2 管束制造技术分析

2.1 管板制造技术

首先，管板在拼接处理后，拼接对接焊缝需要及时进行超声波探伤、100 %射线处理，保证其满足基本行业规范。拼接后的管板需要及时进行消除应力处理，不锈钢材料可免做对应处理。复合管板材料的设计和检验需要满足国家标准，热处理后进行制造检验、超声探测，以2种材料的良好复合效果为基本要求，合格检测操作需要满足JB4730I级要求。

其次，管板孔桥宽度偏差。管板孔需要与密封板面相互垂直，一般允许偏差需要控制在0.05 mm范围之内，同时管板孔的表面不能存在纵向、螺旋向的痕迹，表面粗糙度需要低于12.5 μm方可投入运营。对空冷设备而言，管板加工精度具有较高的影响价值，这一参数对管板和换热管的组装具有明显作用。管板孔孔心距尺寸偏差会对焊管、胀管等质量产生明显作用。对钻孔进行背面孔桥宽度偏差进行全面分析的目的在于降低管板厚度的负面影响，提高管板孔的表面光滑度、垂直度，从而降低装管损伤长度，提高胀接质量方面的优化处理。当前在国内空冷厂家在机械加工中普遍采用数控钻床进行处理，根据管孔布置方法、排列方式等进行孔径、孔心距的确立，一次性钻出24或36个管孔，整体操作具有高效、高精度的特点，少见数控机床单独加工的作業模式。

2.2 折流板制造技术

折流板的加工制造需要满足图纸要求，对应折流板的管孔直径、允许偏差均需满足图纸要求。铜镍合金折流板的加工检验不仅需要符合图纸要求，还需要满足GB151相关条款的规定，铜合金换热管的折流板、支持板管孔等均需满足允许偏差要求，且外圆面的尖角必须进行钝化处理。对于管板和折流板必须及时进行中间检验，这是及时发现质量缺陷的重要步骤，如考虑到复合层厚度有限，加工后复合层会有所缩减，如果厚度不满足加工余量，则危害突出;管板钻孔中，尽量避免中途更换钻头，这是降低孔径允许偏差超过规定范围的主要做法;管板和折流板的管孔两边需要根据图纸要求进行倒角去刺处理。避免组装操作中引发换热管受到机械摩擦引发的划伤，同时管板表面倒角如果不能达到相关要求，可能无法进行强度焊、密封焊等操作，加工质量下降，在一定程度上会导致换热设备的使用寿命降低。

2.3 管束组装

在管束组装环节中，注意事项较多，拉杆处的螺母需要关注紧固度，避免换热管安装中，受折流板动作影响产生损害。穿管操作中不可强行穿越、敲打推进，避免换热管外部发生机械损伤，影响换热性能;除了管板、换热管处可以焊接，其他零部件不可与换热管进行焊接连接处理，这是降低换热管受损的主要保护措施。

空冷器一般采用强度焊、密封焊的连接方法。最好的强度焊处理方法是填丝氩弧焊，焊接次数不低于2遍，避免管板和管子连接处发生泄露。此外，针对管束胀接、焊接的方法，其先后顺序在业内具有一定的争议性。2种方法各具优势，先焊后胀，即先进行密封焊接、试压合格后进行强度焊处理，焊接质量稳定性高，但是胀接效果有待考察。部分厂家仅进行贴涨，并未胀接便安装投入运行，一旦内部介质具有较高的腐蚀性，会在短时间内发生泄漏问题，危害突出。先胀后焊中，强度胀接试压合格后进行管板和管端的清洗，密封后进行焊接、耐压试验处理，该方法可保证管束连接质量满足预期要求，安装后稳定性较高。

3 检验技术分析

空冷器管箱检验操作中，一般借助焊缝检测完成相关操作。部分焊缝检测需要进行单侧处理，反射信息复杂度较高，极易引发根部质量缺陷问题，造成误判、漏检等操作的概率较高。通过厂家对空冷器管束进行结构优化改造后发现，全自动焊接可快速避免漏检等行为，焊接质量、生产效率等均会大幅提升。改善结构后进行超声波检测，可进一步降低质量缺陷问题，探测精度、探测效果等可以得到明显的改善作用。为了提高翅片管胀接效果，空冷厂家针对胀接工艺进行了参数优化分析，取得了良好的应用效果。实践经验表明空冷器翅片管弯曲、变形可能会导致冷却效果大打折扣，尤其是翅片管中部和下部的弯曲危害更为突出。这一现象的原因在于：冷却介质是液体状态时，翅片管一旦发生折损、弯曲，对应阻力作用会显著增加，介质通过变形的翅片管中速度下降，甚至会产生偏流现象，冷却效果下降;采用气体冷却且气体发生相变，生成液体状况下也会在弯曲部位囤积大量液体，气体无法通过翅片管区域，也可理解成这部分翅片管无法发挥冷却换热功效。

4 结语

空冷器中管束的设计制造、加工检验具有较高重要性，是整个空冷设备生产的关键环节。提高管束加工精度、可靠性管理是生产环节主要关注的要点，这对空冷器的使用寿命、换热性能等影响突出。少数厂家擅自更改图纸、工艺、检验条件，可能会导致设备后期安装、投运中出现质量问题，需要相关人员提高对空冷器制造检验技术的关注。

参考文献

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