吸收式热泵检漏技术及工艺改进

段利哲 包广华

摘   要： 吸收式热泵若发生泄漏，将对产品使用性能产生严重影响，亟待提出工艺改进方案。从吸收式热泵的工作原理出发，介绍三种检漏技术——气密性试验、氦检漏试验和罩检试验;结合洛阳双瑞特种装备有限公司2019年采用气密性试验、氦检漏试验对产品漏点进行检测的情况，从组件焊缝、本体焊缝、真空管道、阀门连接、胀接管头五个方面具体分析了漏点的产生原因，提出了优化箱体结构、改进焊接工艺、弯头一体成型、增强阀门密封性能、优化胀接参数等措施。改进后，平均每台吸收式热泵氦检漏点3.19处，接近行业标杆水平，质量提升效果显著。

关键词： 吸收式热泵;气密性;氦检漏;漏点;工艺改进

中图分类号：TB774    文献标识码：A    文章编号：2095-8412 （2020） 05-142-05

工业技术创新 URL： http：//gyjs.cbpt.cnki.net    DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.05.026

引言

吸收式热泵源于吸收式制冷机，在我国经过20多年的发展，设备研发、配套技术、产品性能已经非常成熟、可靠。吸收式热泵既可制冷，又可供热，能够实现一机两用。此外，在吸收式热泵中，低位热在全年都能得到很好的利用，在电力供应紧张、余热资源丰富的地区具有独特优势。因此，吸收式热泵近年来受到了广泛重视，今后必将成为制冷、供热的一种主导设备。

截至目前，国内外学者针对吸收式热泵开展了诸多研究工作，主要集中在系统设计[1-2]、传热机理研究[3]、仿真模拟[4-5]、应用改造[6-7]等领域。吸收式热泵有时会发生泄漏，哪怕是微小的泄漏，也会对产品的使用性能产生很大的影响，同时机组内溴化锂在空气中氧化性、腐蚀性和吸湿性很强，对钢铁有很强的腐蚀作用，机组也会很快锈蚀坏掉。目前关于吸收式热泵检漏技术研究比较分散，从本体焊缝、组件焊缝、真空管道、阀门连接、胀接管头综合研究较少。

本文首先介绍吸收式热泵的工作原理，对检漏必要性进行分析;其次阐述三种检漏技术——气密性试验、氦检漏试验和罩检试验的工艺流程和试验步骤;然后结合洛阳双瑞特种装备有限公司（以下简称“我公司”）业务实际，对2019年产品漏点情况进行统计分析;最后，对漏点产生原因进行分析，提出工艺改进措施。

1  工作原理及检漏必要性分析

1.1  工作原理与内部流程

吸收式热泵整体结构如图1所示，其工作原理是压缩机消耗机械功，驱动工质在热泵中循环流动，从而将热量从低温热源连续地“泵送”到高温热汇，以供给用户。吸收式热泵工作的内部流程为：高温驱动热源对发生器进行加热，制冷剂蒸汽从发生器内的溶液中蒸发出来，在冷凝器中放热，对热水继续加热;节流后，热水进入蒸发器，吸收低品位热源的热量，变成蒸汽，进入吸收器;发生器中变浓的溶液从热交换器进入吸收器，吸收来自蒸发器的制冷剂蒸汽，放出热量继续加热热水，而吸收器中变稀的溶液又通过热交换器进入发生器。至此，一轮循环完成并往复。

1.2  检漏必要性分析

吸收式热泵结构复杂，介质特殊（溴化锂在空气中对钢铁有很强的腐蚀作用，但在真空状态下加入缓蚀剂，基本上不腐蚀金属），正常工作时内部为真空状态。不同于普通正压设备，真空运行设备对设备密封性能、整机泄漏率控制要求较高，哪怕是微小的泄漏，也会对产品的使用性能产生很大的影响，而产品自身可能存在泄漏的位置又很多，因此检漏工序显得尤为重要和必要。

2  检漏技术

假定本文介绍的吸收式热泵由发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、溶液泵、冷剂泵、板换组的封闭环路，并内充以工质对（吸收剂溴化锂和循环工质水）溶液。目前机组的检漏技术包括气密性试验、氦检漏试验、罩检试验三种[8]。

2.1  气密性试验

气密性试验是为防止机组发生泄漏而进行的以气体为加压介质的致密性试验的一种，工艺流程如图2所示。

试验步骤如下：

（1）确认所有部件已经焊接完毕，胀管完成，产品主體及真空配管部分符合图纸要求，且整体外观满足要求。

（2）气密性试验前，将所有单向角阀关闭、双向角阀打开，确保各室相互连通。

（3）打开机组一个真空角阀，连接冲入压缩空气，待压力达到工艺要求时，关闭角阀开关。

（4）在机组充气过程中，可通过听声音（嘶嘶声）来判定是否有大漏洞。

（5）对所有外部焊缝均应喷检漏液，逐项检查漏点，并做好记录。若检验不合格，则重新补焊并检验。特别注意机组的纵、横向主焊缝，以及壳体外箱体、真空配管焊缝、管头等一些焊接难度大的区域和胀接难度较大的部位。）

2.2  氦检漏试验

氦检漏试验是一种利用氦气良好的渗透能力对机组泄漏进行检测的方法，工艺流程是将待检机组内部抽真空，示踪探头在被检表面扫过，通过高灵敏度的氦质谱检漏仪检出流入机组内部的氦气流，从而检测机组有无泄漏，并确定漏点部位[9-10]，如图3所示。

试验步骤如下：

（1）把真空泵、氦质谱检漏仪及数显表连接到设备上，把机组壳程内抽真空（5 Pa以下），再打开氦质谱检漏仪真空状态抽真空，再打开氦质谱检漏仪上面的阀门，与设备连通。

（2）待压力稳定后，使用示踪探头，按照气密性试验时发现的可疑漏点逐项检查。先从被检件的上部开始，由上而下，从靠近检漏仪的部位开始，由近及远，可准确判断漏孔位置。

（3）针对胀接管头，可采用局部排除法，对机组换热管管头进行局部罩检。将热泵两端对应的水室盖盖上，向内冲入适量氦气，两端密封，逐个水室排查。

（4）若存在局部漏率较大的问题，则采用排除法，用塑料布或工装将需要检漏的部分罩起来，向内充入氦气，期间等待时间应大于其反应时间，查看氦质谱检漏仪漏率变化。若漏率在一段时间内无变化，则确定该区域不漏;若漏率在短时间内迅速上升，则应继续进行小区域罩检，步骤同上，依次排查。

2.3  罩检试验

罩检试验是指用塑料罩将机组整体盖罩，把塑料罩内部充满氦气，测量单位时间内氦质谱检漏仪测定漏入机组内部的氦气量，通过计算得出的实际泄漏量，判定机组的泄漏量是否符合规定要求[11-12]。 罩检试验工艺流程如图4所示。

试验步骤：将整个机组包起来，将机组外侧与包装塑料膜之间冲入氦气，保证密封不漏气;然后将机组壳程抽真空，启动氦质谱检漏仪，报警值根据要求设定，待压力值稳定下来，保压30 min，测总漏率，每隔5 min记录一组数据。规定时间内，若漏率低于设定值，则罩检试验合格，机组检漏完毕。现场罩检试验如图5所示。

3  检漏问题统计分析

吸收式热泵泄漏位置主要包括本体焊缝、组件焊缝、真空管道、阀门连接、胀接管头五大类。以我公司2019年生产的16台吸收式热泵为例，通过气密性试验和氦检漏试验，平均每台漏点7.25处。表1对产品检漏情况进行了详细记录。

通过表1数据绘制如图6所示的漏点分布图，可以清晰地看到漏点的分布数量由多到少依次为组件焊缝、阀门连接、本体焊缝、真空管道、胀接管头。后续根据图6逐项解决。

4  漏点产生原因分析及改进

对统计得到的产品漏点进行进一步细分，以明确泄漏具体位置，分析泄漏原因，进行针对性改善，通过PDCA循环不断提升产品质量。

4.1  组件焊缝

组件焊缝的漏点集中在外部箱体拐角处、喷淋入管端部等位置，分析原因如下：

（1）工艺规范执行不到位;

（2）组件焊工的技能水平参差不齐;

（3）个别焊缝焊肉不饱满，焊角高度不够;

（4）局部结构不合理，焊肉不能有效填充。

针对以上问题，提出以下改进措施：

（1）加强监督考核，通过不定期巡检、加大奖惩力度等促使工作人员严格执行工艺要求;

（2）组织焊工参加培训，提升业务技能;

（3）实施工艺改进，优化箱体结构。将拼板式改为折弯式，以减少焊缝数量。对喷淋入管端部结构进行改进，将直接折弯的堵板改为内伸焊接结构，增加焊角。更改前后的喷淋入管结构如图7所示。

4.2  本体焊缝

本体焊缝的漏点主要发生在主焊缝中间位置、外部箱体与壳体绕角焊接位置、开孔补板与壳体焊缝接头位置，如图8a所示。

分析得知漏点产生的主要原因是焊缝有气孔、局部熔深小、补板熔透等，与气保焊焊丝受潮、表面生锈、焊接操作不当、补板厚度不合适等有关。

改进措施：合理选择焊材，注意焊材存放，明确焊接操作要求，增加补板厚度等。合格焊缝如图8b所示。

4.3  真空管道

部分真空管道在前期进行了一些改进，包括明确了对接焊缝要求，优化了真空管路结构，减少了焊缝数量等。基于上述工艺改进，漏点数量已经相应下降。

后续改进思路：其一是实施真空预制，考虑通过管道自动焊设备的采用来提高效率和焊缝质量;其二是接口位置改进，在方便配管的前提下实现预制和一体成型的最大程度结合。如图9所示，直管、45°弯头、90°弯头一体成型，减少了配管后的焊接量，既提高了效率，又可减少漏点。

4.4  阀门连接

阀门连接处的漏点产生原因是管道过滤器端部排污口处采用的螺纹连接不合理，如图10a所示。发现问题后，对该螺纹连接处采取了缠绕加涂抹胀管胶的方法。后续拟再对该螺纹密封部位增加O形密封圈，使得真空密封更加可靠，如图10b所示。

另一方面是抽气电磁阀组件中真空接头与管子连接处，原因是初次使用的管子表面质量不好，影响真空接头密封性能;采用表面光滑的管子后，未再发现漏点。

4.5  胀接管头

对胀接管头进行了以下工艺改进：一是优化管孔加工工艺，增加滚孔工序，提高管孔尺寸一致性及表面光洁度;二是根据每个腔室实测的胀管率结果微调胀接参数。

全年胀接管头发现3处漏点，质量较往年显著提高。新发现的漏点主要是产生于个别换热管直径偏小，故采用原胀接参数胀管后扩管率不足。调整后，未再发生泄漏，如图11所示。

5  结束语

本文结合洛阳双瑞特种装备有限公司业务实际，详细介绍了吸收式热泵检漏技术，提出了针对漏点进行工艺改进的措施。目前行业标杆企业生产的其他热泵机组平均每台氦检漏点约3处，我公司吸收式热泵产品全年平均每台氦检漏点3.19处，接近行业标杆水平，产品质量提升效果显著。希望本文也能够对行业内其他类似产品的检漏工作提供一些启发。

参考文献

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[12] 中国化工装备协会. 钢制压力容器制造常规检验方法和检具[M]. 昆明： 云南人民出版社， 2006： 139-144.

作者简介：

段利哲（1985—），通信作者，男，汉族，河南洛阳人，本科，工程师。主要从事产品（压力容器、高压气瓶、膨胀节、桥梁支座、特种材料制品等）检验检测管理工作。

E-mail： duanlizhe168@163.com

（收稿日期：2020-08-31）