对空冷器管束结构设计、制造、检验问题的探讨

摘 要：空冷器，又叫空气冷却器，在石油化工和电力行业被广泛地使用。它是以环境空气作为冷却介质，横掠翅片管外，使管内高温工艺流体得到冷却或冷凝的一种高科技工业设备。本文围绕空冷器管束的设计及生产特点特点，探讨相关结构设计、检验、制造等问题。

关键词：空冷器；结构设计；制造

中图分类号：TB494 文献标识码：A

空冷器，又叫空气冷却器，在石油化工和电力行业被广泛地使用。它是以环境空气作为冷却介质，横掠翅片管外，使管内高温工艺流体得到冷却或冷凝的一种高科技工业设备。主要由管束、风机、构架及百叶窗所组成。空冷器安全可靠运行的关键是它的空冷管束，合理精密的设计、质量优良的制造和生产后严格的检验是空冷器良好工作的保证。

1结构方面

1.1翅片管的结构改造

翅片管是空冷器用来传热的关键部件，它的好坏直接影响着空冷器的传热效率。空冷器的水平位置分布着许多翅片管，目前多采用波纹板进行翅片管排与排之间的支撑结构，实际使用和操作过程中，往往外层翅片管振动和使用频率很高，所以常常导致翅片管因变形而影响使用，这既削弱了传热效果又降低了管束的使用寿命。改造翅片管的结构方法是将之承结转移，也就是固定外层两排的翅片管，这样外层两排的翅片管就不能再振动，由于本身的重量作用使得中间的翅片管受到的振动力的大小相对来说要小，中间的翅片管工作的原理是波纹板支承。不过这种结构并不适用于干湿联合型的空冷器。它们的立放管束和斜式管束会因下垂和错位出现　故障，所以并不适合波纹板支撑。改造方法可以将支撑板上的距离间隔用板定位，这种方法对于支撑翅片管的间隔板两两之间焊接的距离要求很高，必须要求同层若干组间隔板保持在同一水平上，这是为了避免翅片管在装配时出现故障或困难。

可以使翅片管的四周都均匀受力的一个很好的方法是用定距盒支撑翅片板，这样也可防止翅片管的下垂错位。但翅片管在长年累月的工作中会累积大量误差和锈蚀，导致翅片管存在很大的挠度，我们可以使用一个附加力作用于翅片管与管板的胀口处，严重时翅片管与管板的胀口处会发生破列，导致泄漏情况。其解决方法多类似于折流板在管壳式换热器结构中的原理。最近新的翅片管支撑结构，整块下料的支撑板中的若干块支撑板，在叠起后会有一个钻孔的现象，是管板一次划线形成的，这样既解决了管孔的同心度问题，又在一定程度上减小制造时把握穿管的难度。此外为了进一步严密的防止管子下垂和错位，应把每一支撑板孔中点焊一套筒，托起翅片。

1.2翅片结构类型的选择

现如今翅片管最常用的形式多为：I型、简单绕片管、L型绕片管、LL型绕片管、镶嵌翅片管、双金属轧片式翅片管、椭圆翅片管等。不过单L型的片管不主张被运用在在湿式空冷器上使用。美国的赫德森公司、法国的克鲁索一鲁瓦尔公司，认为在翅片管工作时，直接对其进行喷水会造成翅片管和基管的快速电化学腐蚀。不仅如此，当热阻增加，传热效率就会随之下降，在一定程度上就缩短了空冷器的寿命。与L型绕翅片管相比，双金属轧片式翅片管的外管和内用管工业不但是纯铝制造，自身还会根据热流体腐蚀情况和压力的变化进行相应的选定和调节，就像碳钢、不锈钢、紫铜一样。紧密结合后的轧制内、外管子，不但不会造成碳钢翅片管表面的间隙被腐蚀和锈蚀，而且传热效率还被显著的提高了。改造后的翅片呈现出牢固不变形等特点，而污垢问题可以通过高压蒸汽和高压水来解决。从提高传热效率、延长空冷器的使用寿命角度来考虑，使用双金属轧制翅片管这种方法，即使价格稍高一些，但综合效益非常可观，值得采用

1.3管箱结构

空冷器的主要受压部件为管箱，按结构角度分，有锻焊结构、矩形板结构和集合管结构，以上都是炼油化工行业比较常见且实用性强的管箱所采用的结构类型。压力较高的情况下适合使用锻焊结构和集合管结构常用。矩形板结构能够被广泛使用的原因，不同于以上两种，优点是原理和制作工艺简单、造价低廉。

2制造方面

矩形管箱的制造是空冷管束制造的关键。其制造工序包括下料、切割、刨边、组对、焊接等环节。要求焊透和全熔合是制造矩形管箱缝的标准，且应为双面焊或单面焊沿焊缝根部全长具有紧贴基体金属的垫板。矩形管箱普遍允许单面焊接，其原因是矩形管箱的设计结构特殊而制造时进行双面焊难度大，但无论哪种情况对于矩形管箱必须做到全焊透，制造的工艺才算合格。下面介绍三种焊接结构。第一种叫做垫板结构焊接法。优点为管箱变形小，制造工艺简单，焊后管箱缝处均熔合良好，不足是经无损检测发现，坡口处的焊接，在垫板和基体金属之间常有夹渣现象，及其不易清理干净，直接影响了管箱整体焊缝质量和使用。第二种焊接方法，运用到一种新型技术打底，叫氢弧焊，通过手弧焊焊接和自动焊接完成，但览弧打底层在监测时多被发现其缺陷，经分析得出故障原因多是管板或丝堵板与盖板的厚度差太大，导致结构拘束应力大，系统无法正常运行，因此便应运而生第三种焊接方法，在不断探索和改进工艺后，避免加工简单且减少了管板与盖板厚度差，研发出了一种新型焊接技术。不但可以减轻生产者的劳动量，又降低生产成本，提高了生产效率，而且制造出的产品在合格率上基本百分之百，且质量稳定，经超探检查，焊缝一次合格率达卯%以上，这种理想的坡口型式因其稳定的制造质量而倍数青睐。矩形管箱焊接完毕后，通常需进炉进行消除残余应力退火热处理。

3检验方面

我们使用国际上较为先进的超声波检测方法矩形管箱焊缝技术进行检验，在对第二种结构焊接进行试验时，发现接焊缝只能单侧进行，且反射出较为复杂的信息，根部缺陷较难区分，造成误判或漏检的可能性较大。经过结构调整与改造，全自动焊接解决了以上问题。焊接质量得到的有效的改善，生产效率在一定程度上也得到的提高。改善结构之后优化的超声波探测，简化了诸多影响缺陷判断的因素，探测的效率和准确性无形中得到了难得的提高。我们严格试验了翅片管胀接的制造成果，确定合适的胀接工艺参数。空冷器翅片管弯曲变形会造成冷却效果下降，特别是翅片管中部向下弯曲变形时更为明显。因为当冷却介质是液体时，翅片管弯曲变形会产生较大的阻力降，介质流过变形翅片管的速度比不变形翅片管的速度低，产生偏流，影响冷却效果；当介质是气体且发生相变时，即由气体变为液体时，翅片管向下弯曲变形的部位积存着液体，气体不能从该翅片管通过，也就是说该翅片管失效，造成空冷器整体冷却效果下降。

结语

空冷管束的设计，制造及检验，是生产的重要环节，保证其准确性和可靠性才是生产设计合理、质量优良空冷器的关键。

参考文献

[1]　崔铭远.新结构空冷器简介[J].化工炼油机械，1982.

[2]　CJ318型轧片式翅片管成形机[Z].产品样本.北京京都星火节能技术开发公司.

[3]　GB/T15836一94，空冷式换热器[S].