空冷换热器制造关键过程控制及检验要点

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　　摘  要：文章通过对空冷换热器在制造过程中关键过程进行阐述说明、分析，并针对重要控制点的检验方法、检验依据、合格指标等内容进行论述研究，从而确定最优检验工艺，以保证产品质量，为空冷换热器稳定运行奠定基础。
　　关键词：原材料验收;承压焊缝;耐压试验;管与管板连接
　　中图分类号：TU831.4       文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）15-0104-02
　　Abstract： In this paper， the key process of air-cooled heat exchanger in the manufacturing process is described and analyzed， and the inspection method， inspection basis and qualification index of important control points are discussed and studied， so as to determine the optimal inspection process. In order to ensure the quality of the product and lay the foundation for the stable operation of the air-cooled heat exchanger.
　　Keywords： raw material acceptance; pressure weld; pressure test; pipe-tubesheet connection
　　1 概述
　　空冷换热器广泛应用于石油、化工、电力能源等领域，随着国内制造能力的不断提升，国产空冷器已进入国际市场，对空冷换热器产品质量提出更加严苛要求，因此对关键制造过程质量控制尤为重要，只有充分掌握其检验要点，才能为产品质量提供有力保证。
　　2 关键过程控制及检验要点
　　2.1 原材验收
　　由于金属结构材料和焊接材料的化学成分和性能直接影响到空冷换热器的运行特性和使用寿命。材料生产单位必须提供内容齐全、准确的质量证明书，各项理化性能必须符合相应的国家标准或行业标准的规定，对于制造受压部件和重要结构用材料，原材料应按批进行，理化性能复验。确认材料各项性能指标符合相应标准要求。材料的验收项目应根据产品的设计要求而定，主要项目有材料型号，牌号炉，批号，化学成分，力学性能，耐腐蚀性，高温或低温韧性等。对于首次使用的承压材料，还应按相应的标准进行金属的焊接试验和焊接工艺评定试验。
　　2.2 承压焊缝过程控制及检验
　　焊接检验是根据产品的制造标准和技术要求，对焊接生产过程中的原材料，半成品，成品的质量以及工艺过程进行检查和验证，目的是保证产品符合质量要求。焊接检验可分为焊前检验，焊接过程中检验，焊后检验。
　　焊前检验包含：（1）母材质量检验：检查材料质量证书和复验单，确认其化学成分、力学性能和表面质量是否符合标准要求，检查领料单，确认领料是否正确，检查材料上的原始标记，检查标记移植是否正确清晰。（2）焊接材料质量检验：检查焊接材料的质量证明书和复验单，确认其化学成分，力学性能和表面质量是否符合标准要求，核对是否符合工艺文件规定，检查领料单，确认领料是否正确，检查焊材上的原始标记是否清晰，焊接材料代用时是否有审批手续。（3）坡口检查，检查坡口形状、尺寸是否符合要求，检查表面粗糙度、清理情况等表面质量。（4）焊接装配质量检验：检查坡口间隙、错边量、坡口角度等是否符合要求，是否强力对接，定位焊及其焊缝质量是否符合要求。（5）焊前预热检验，检查预热方法、预热温度、预热范围等是否符合要求。（6）焊工资质检验，检查焊工是否有合格证并在有效期内，合格项目是否与所含产品一致。
　　焊接过程中检验主要包含：（1）焊接环境检验：检查环境温度、空气湿度、风速等环境是否超过允许范围，超过时必须采取措施。（2）焊接材料检验，检查焊接材料的牌号或型号，尺寸是否符合要求。（3）焊接工艺规范检验，检查焊接电流、电弧电压、焊接速度等，焊接参数是否符合要求，检查焊接顺序、焊接方向是否符合要求。（4）焊缝表面质量检查，检查焊缝表面有无裂纹、未熔合、夹渣、气孔等不允许或超标缺陷。
　　焊后检验主要包含：（1）外观检查，检查焊缝表面尺寸和表面缺陷，检查焊接接头表面清理情况。（2）无损检测，根据图纸及标准进行相应无损检测。
　　2.3 无损检测
　　无损检测是利用声，光，热，电，磁和射线等与被检物质的相互作用，在不损伤被检物质的内外部结構和使用性能的情况下，来探测材料、构件或设备（被检物）内部存在的宏观或表面缺陷的方法，目前广泛应用于压力容器、换热器等行业。
　　对于空冷器主要利用无损探伤对焊缝进行检查：包括熔焊的对接焊缝和角焊缝。（1）超声波探伤能发现焊缝中的裂纹，未焊透，未熔合。夹渣和气孔等缺陷。通常用斜射法，用2.5MHz频率的电源时最大有效探测深度约为200mm。超声波探伤能测定焊缝缺陷的位置和相对尺寸，但较难判定缺陷的种类。（2）磁粉探伤适用于探测铁磁性材料和工件的缺陷，包括锻件、焊缝、型材、铸件等，能发现表面和近表面的裂纹，折叠、夹层、夹杂、气孔等缺陷。一般能确定缺陷的位置、大小和形状，但难以确定缺陷的深度。（3）渗透探伤适用于探测金属材料和致密性非金属材料的缺陷。能发现表面开口的裂纹、折叠、疏松、针孔等。通常也能确定缺陷的位置、大小和形状，但难以确定缺陷的深度。
　　空冷换热器无损检测要点在于：（1）要进行热处理的组焊件，考虑到热处理够后将会使质量发生变化，如产生裂纹等缺陷，在这种情况下，该组焊件就应在热处理的前与后，都要进行无损检测。在热处理前对原材料进行无损检测，主要是考核原材料的质量，在热处理后进行无损检测，则是将热处理时发生质量变化的部件挑选出来。这两道检测虽然都是为了保证产品质量，但前道检测是为了将不合格或带有缺陷的产品挑出来，从而可节省热处理这道工序所消耗的能源和劳力，同时还可保证合格的原材料进入后道的热处理工序。而后道无损检测则是将在热处理时发生质量变化的部件挑选出来，以保证最终产品的质量。与此同时，检测的结果也可为改进热处理工艺提供依据，这点是非常重要的。（2）对于有些高强度钢的焊缝，由于氢气的存在，将会延迟裂纹，这时就要考虑进行无损检测的实施时间了。如果在焊接后立刻进行无损检测，则由于裂纹还未产生，也就无法检测出裂纹。对于这类钢的焊缝，由于裂纹要在焊后数小时才能产生，并且裂纹随时间的延长而扩大，因此，焊接件至少要放置一昼夜之后才能进行无损检测。 　　2.4 耐压试验
　　耐压试验，可使用的介质种类包含液体和气体，由于耐压试验压力比容器的工作压力高，因此容器在压力试验下发生脆裂的可能性也大。在相同的试验压力下，气体的爆炸能量比水大百倍，甚至万倍。因此容器耐压试验通常采用液体，即水压试验。其重要检验要点为：（1）对试验介质的要求，液压试验一般采用洁净的水。试验时液体的温度应低于承压材料的闪点和沸点，对于奥氏体不锈钢换热器，若由于结构原因而不能将水渍去除干净时，为了防止氯离子的腐蚀，则应控制水中的氯离子含量不超过25mg/L。避免应力腐蚀，为了避免试验时发生危险的低温脆性破坏，对于碳素钢、16MnR和正火15MnVR制压力容器，其温度不得低于5℃;其它低合金材料空冷换热器，其温度不得低于15℃。（2）对压力表的要求，至少采用两个量程相同的压力表，压力表应安装在容器顶部，其盘面压力范围应为最大试验压力值的2倍左右，但不得小于1.5倍或大于3倍，压力表精度不低于1.6级，压力表应在检定周期内。（3）一般采用下部注水方式，并在空气顶部设排气孔，确认空冷器已被注满水，气体全部排净。（4）升压程序检查：升压至设计压力，确认无泄漏后，继续升到规定的试验压力，保压30分钟，然后降至规定试验压力的80%保压进行检查，保压时间应足够长，以满足检查要求，一般不少于30分钟，检查期间压力应保持不变，保压期间不得采用连续加压来维持试验压力不变，水压试验过程中不得带压紧固螺栓或者向受压元件施加外力。（5）水压试验合格标准是无泄露，无可见变形，无異常响声。
　　气压试验，通常采用水下气泡检测或肥皂泡法检测，其试验介质通常为压缩空气，但对于高压、高腐蚀、有毒介质通常检测介质采用压缩空气加入一定量氦气进行检查，氦气量通常为容积的5%。对于升压方法应严格控制，应缓慢升压至试验压力的10%，保压十分钟，并对所有焊缝和连接处进行初次检查，确认无泄露后继续升压至试验压力的50%，如无异常现象其后按每级试验压力的5%的级差逐级升压至试验压力，保压30分钟。然后降至规定试验压力的80%保压进行检查，无气泡、无异常响声。无可见变形即为合格。
　　2.5 管与管板连接
　　在空冷换热器中最薄弱环节就是管与管板连接处，其连接强度和密封性能直接关系到设备使用时间和是否泄漏，因此对于管与管板连接处的检查尤为重要。在标准NB47007中规定，一般管与管板连接形式有：胀接、焊接、胀焊并用等形式。（1）强度胀接适用于设计压力不大于4MPa，设计温度不高于300℃工况，其结构特点在于管板可有加强槽，加强槽尺寸根据胀接方法的不同而分别选取。胀接前应对管控表面质量进行检查，不得有影响胀接紧密的缺陷，如贯通的纵向或螺旋状刻痕，胀后检查胀接长度不得伸出管板空气侧表面，换热管的胀接部分与非胀接部分应圆滑过渡，对于高温、高压、高腐蚀工况或特殊材料的空冷器还应对胀接前后换热管胀度进行测量、计算，一般贴胀胀度宜不超过2%，强度胀胀度宜不超过8%，实际胀度应根据换热管实际壁厚、管孔加工精度等级以及胀接方法进行胀接评定确定，在产品正式胀接前对胀接评定进行确认检查。（2）强度焊接适用于较高压力的空冷器，但不适用于有较大振动的工况，由于空冷换热器结构空间限制，通常检测方法有：管端渗透法与水下气密性法，由于每台空冷器几百个管端接头，若采用100%渗透检查，成本较大且不易操作，后续清理较困难。因此通常采用水下气密法进行检测，此种方法成本低、检测精度高、检测效率高，一般气密性压力为0.17MPa即可。（3）胀焊并用形式适用于密封性能要求较高且有振动的工况条件，其又可分为：强度胀加密封焊与强度焊加贴胀形式，一般采用先焊后胀方法，即在管端焊接完成后进行气密性试验，合格然后再进行管与管板胀接，胀后通过耐压试验对整个管端接头进行强度与密封性检查。
　　3 结束语
　　随着现代工业技术的不断进步，制造手段不断提升，空冷换热器产品质量保证面临更加严苛挑战，因此有效控制好制造关键过程检验，才能挑战激烈市场竞争，为国产空冷换热器面向世界提供坚实基础。
　　参考文献：
　　[1]NB/T 47007-2010.空冷式热交换器[Z].国家能源局.1-47.
　　[2]强天鹏.压力容器检验[M].北京：新华出版社，2008：125.
　　[3]卢若微.无损检测技术[M].北京：机械工业出版社，1998：4-20.
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