空冷換熱器制造關(guān)鍵過程控制及檢驗要點

劉躍娣

摘 ?要：文章通過對空冷換熱器在制造過程中關(guān)鍵過程進行闡述說明、分析，并針對重要控制點的檢驗方法、檢驗依據(jù)、合格指標等內(nèi)容進行論述研究，從而確定最優(yōu)檢驗工藝，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，為空冷換熱器穩(wěn)定運行奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：原材料驗收;承壓焊縫;耐壓試驗;管與管板連接

中圖分類號：TU831.4 ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：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

空冷換熱器廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力能源等領(lǐng)域，隨著國內(nèi)制造能力的不斷提升，國產(chǎn)空冷器已進入國際市場，對空冷換熱器產(chǎn)品質(zhì)量提出更加嚴苛要求，因此對關(guān)鍵制造過程質(zhì)量控制尤為重要，只有充分掌握其檢驗要點，才能為產(chǎn)品質(zhì)量提供有力保證。

2 關(guān)鍵過程控制及檢驗要點

2.1 原材驗收

由于金屬結(jié)構(gòu)材料和焊接材料的化學(xué)成分和性能直接影響到空冷換熱器的運行特性和使用壽命。材料生產(chǎn)單位必須提供內(nèi)容齊全、準確的質(zhì)量證明書，各項理化性能必須符合相應(yīng)的國家標準或行業(yè)標準的規(guī)定，對于制造受壓部件和重要結(jié)構(gòu)用材料，原材料應(yīng)按批進行，理化性能復(fù)驗。確認材料各項性能指標符合相應(yīng)標準要求。材料的驗收項目應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計要求而定，主要項目有材料型號，牌號爐，批號，化學(xué)成分，力學(xué)性能，耐腐蝕性，高溫或低溫韌性等。對于首次使用的承壓材料，還應(yīng)按相應(yīng)的標準進行金屬的焊接試驗和焊接工藝評定試驗。

2.2 承壓焊縫過程控制及檢驗

焊接檢驗是根據(jù)產(chǎn)品的制造標準和技術(shù)要求，對焊接生產(chǎn)過程中的原材料，半成品，成品的質(zhì)量以及工藝過程進行檢查和驗證，目的是保證產(chǎn)品符合質(zhì)量要求。焊接檢驗可分為焊前檢驗，焊接過程中檢驗，焊后檢驗。

焊前檢驗包含：（1）母材質(zhì)量檢驗：檢查材料質(zhì)量證書和復(fù)驗單，確認其化學(xué)成分、力學(xué)性能和表面質(zhì)量是否符合標準要求，檢查領(lǐng)料單，確認領(lǐng)料是否正確，檢查材料上的原始標記，檢查標記移植是否正確清晰。（2）焊接材料質(zhì)量檢驗：檢查焊接材料的質(zhì)量證明書和復(fù)驗單，確認其化學(xué)成分，力學(xué)性能和表面質(zhì)量是否符合標準要求，核對是否符合工藝文件規(guī)定，檢查領(lǐng)料單，確認領(lǐng)料是否正確，檢查焊材上的原始標記是否清晰，焊接材料代用時是否有審批手續(xù)。（3）坡口檢查，檢查坡口形狀、尺寸是否符合要求，檢查表面粗糙度、清理情況等表面質(zhì)量。（4）焊接裝配質(zhì)量檢驗：檢查坡口間隙、錯邊量、坡口角度等是否符合要求，是否強力對接，定位焊及其焊縫質(zhì)量是否符合要求。（5）焊前預(yù)熱檢驗，檢查預(yù)熱方法、預(yù)熱溫度、預(yù)熱范圍等是否符合要求。（6）焊工資質(zhì)檢驗，檢查焊工是否有合格證并在有效期內(nèi)，合格項目是否與所含產(chǎn)品一致。

焊接過程中檢驗主要包含：（1）焊接環(huán)境檢驗：檢查環(huán)境溫度、空氣濕度、風(fēng)速等環(huán)境是否超過允許范圍，超過時必須采取措施。（2）焊接材料檢驗，檢查焊接材料的牌號或型號，尺寸是否符合要求。（3）焊接工藝規(guī)范檢驗，檢查焊接電流、電弧電壓、焊接速度等，焊接參數(shù)是否符合要求，檢查焊接順序、焊接方向是否符合要求。（4）焊縫表面質(zhì)量檢查，檢查焊縫表面有無裂紋、未熔合、夾渣、氣孔等不允許或超標缺陷。

焊后檢驗主要包含：（1）外觀檢查，檢查焊縫表面尺寸和表面缺陷，檢查焊接接頭表面清理情況。（2）無損檢測，根據(jù)圖紙及標準進行相應(yīng)無損檢測。

2.3 無損檢測

無損檢測是利用聲，光，熱，電，磁和射線等與被檢物質(zhì)的相互作用，在不損傷被檢物質(zhì)的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)和使用性能的情況下，來探測材料、構(gòu)件或設(shè)備（被檢物）內(nèi)部存在的宏觀或表面缺陷的方法，目前廣泛應(yīng)用于壓力容器、換熱器等行業(yè)。

對于空冷器主要利用無損探傷對焊縫進行檢查：包括熔焊的對接焊縫和角焊縫。（1）超聲波探傷能發(fā)現(xiàn)焊縫中的裂紋，未焊透，未熔合。夾渣和氣孔等缺陷。通常用斜射法，用2.5MHz頻率的電源時最大有效探測深度約為200mm。超聲波探傷能測定焊縫缺陷的位置和相對尺寸，但較難判定缺陷的種類。（2）磁粉探傷適用于探測鐵磁性材料和工件的缺陷，包括鍛件、焊縫、型材、鑄件等，能發(fā)現(xiàn)表面和近表面的裂紋，折疊、夾層、夾雜、氣孔等缺陷。一般能確定缺陷的位置、大小和形狀，但難以確定缺陷的深度。（3）滲透探傷適用于探測金屬材料和致密性非金屬材料的缺陷。能發(fā)現(xiàn)表面開口的裂紋、折疊、疏松、針孔等。通常也能確定缺陷的位置、大小和形狀，但難以確定缺陷的深度。

空冷換熱器無損檢測要點在于：（1）要進行熱處理的組焊件，考慮到熱處理夠后將會使質(zhì)量發(fā)生變化，如產(chǎn)生裂紋等缺陷，在這種情況下，該組焊件就應(yīng)在熱處理的前與后，都要進行無損檢測。在熱處理前對原材料進行無損檢測，主要是考核原材料的質(zhì)量，在熱處理后進行無損檢測，則是將熱處理時發(fā)生質(zhì)量變化的部件挑選出來。這兩道檢測雖然都是為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，但前道檢測是為了將不合格或帶有缺陷的產(chǎn)品挑出來，從而可節(jié)省熱處理這道工序所消耗的能源和勞力，同時還可保證合格的原材料進入后道的熱處理工序。而后道無損檢測則是將在熱處理時發(fā)生質(zhì)量變化的部件挑選出來，以保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量。與此同時，檢測的結(jié)果也可為改進熱處理工藝提供依據(jù)，這點是非常重要的。（2）對于有些高強度鋼的焊縫，由于氫氣的存在，將會延遲裂紋，這時就要考慮進行無損檢測的實施時間了。如果在焊接后立刻進行無損檢測，則由于裂紋還未產(chǎn)生，也就無法檢測出裂紋。對于這類鋼的焊縫，由于裂紋要在焊后數(shù)小時才能產(chǎn)生，并且裂紋隨時間的延長而擴大，因此，焊接件至少要放置一晝夜之后才能進行無損檢測。

2.4 耐壓試驗

耐壓試驗，可使用的介質(zhì)種類包含液體和氣體，由于耐壓試驗壓力比容器的工作壓力高，因此容器在壓力試驗下發(fā)生脆裂的可能性也大。在相同的試驗壓力下，氣體的爆炸能量比水大百倍，甚至萬倍。因此容器耐壓試驗通常采用液體，即水壓試驗。其重要檢驗要點為：（1）對試驗介質(zhì)的要求，液壓試驗一般采用潔凈的水。試驗時液體的溫度應(yīng)低于承壓材料的閃點和沸點，對于奧氏體不銹鋼換熱器，若由于結(jié)構(gòu)原因而不能將水漬去除干凈時，為了防止氯離子的腐蝕，則應(yīng)控制水中的氯離子含量不超過25mg/L。避免應(yīng)力腐蝕，為了避免試驗時發(fā)生危險的低溫脆性破壞，對于碳素鋼、16MnR和正火15MnVR制壓力容器，其溫度不得低于5℃;其它低合金材料空冷換熱器，其溫度不得低于15℃。（2）對壓力表的要求，至少采用兩個量程相同的壓力表，壓力表應(yīng)安裝在容器頂部，其盤面壓力范圍應(yīng)為最大試驗壓力值的2倍左右，但不得小于1.5倍或大于3倍，壓力表精度不低于1.6級，壓力表應(yīng)在檢定周期內(nèi)。（3）一般采用下部注水方式，并在空氣頂部設(shè)排氣孔，確認空冷器已被注滿水，氣體全部排凈。（4）升壓程序檢查：升壓至設(shè)計壓力，確認無泄漏后，繼續(xù)升到規(guī)定的試驗壓力，保壓30分鐘，然后降至規(guī)定試驗壓力的80%保壓進行檢查，保壓時間應(yīng)足夠長，以滿足檢查要求，一般不少于30分鐘，檢查期間壓力應(yīng)保持不變，保壓期間不得采用連續(xù)加壓來維持試驗壓力不變，水壓試驗過程中不得帶壓緊固螺栓或者向受壓元件施加外力。（5）水壓試驗合格標準是無泄露，無可見變形，無異常響聲。

氣壓試驗，通常采用水下氣泡檢測或肥皂泡法檢測，其試驗介質(zhì)通常為壓縮空氣，但對于高壓、高腐蝕、有毒介質(zhì)通常檢測介質(zhì)采用壓縮空氣加入一定量氦氣進行檢查，氦氣量通常為容積的5%。對于升壓方法應(yīng)嚴格控制，應(yīng)緩慢升壓至試驗壓力的10%，保壓十分鐘，并對所有焊縫和連接處進行初次檢查，確認無泄露后繼續(xù)升壓至試驗壓力的50%，如無異?，F(xiàn)象其后按每級試驗壓力的5%的級差逐級升壓至試驗壓力，保壓30分鐘。然后降至規(guī)定試驗壓力的80%保壓進行檢查，無氣泡、無異常響聲。無可見變形即為合格。

2.5 管與管板連接

在空冷換熱器中最薄弱環(huán)節(jié)就是管與管板連接處，其連接強度和密封性能直接關(guān)系到設(shè)備使用時間和是否泄漏，因此對于管與管板連接處的檢查尤為重要。在標準NB47007中規(guī)定，一般管與管板連接形式有：脹接、焊接、脹焊并用等形式。（1）強度脹接適用于設(shè)計壓力不大于4MPa，設(shè)計溫度不高于300℃工況，其結(jié)構(gòu)特點在于管板可有加強槽，加強槽尺寸根據(jù)脹接方法的不同而分別選取。脹接前應(yīng)對管控表面質(zhì)量進行檢查，不得有影響脹接緊密的缺陷，如貫通的縱向或螺旋狀刻痕，脹后檢查脹接長度不得伸出管板空氣側(cè)表面，換熱管的脹接部分與非脹接部分應(yīng)圓滑過渡，對于高溫、高壓、高腐蝕工況或特殊材料的空冷器還應(yīng)對脹接前后換熱管脹度進行測量、計算，一般貼脹脹度宜不超過2%，強度脹脹度宜不超過8%，實際脹度應(yīng)根據(jù)換熱管實際壁厚、管孔加工精度等級以及脹接方法進行脹接評定確定，在產(chǎn)品正式脹接前對脹接評定進行確認檢查。（2）強度焊接適用于較高壓力的空冷器，但不適用于有較大振動的工況，由于空冷換熱器結(jié)構(gòu)空間限制，通常檢測方法有：管端滲透法與水下氣密性法，由于每臺空冷器幾百個管端接頭，若采用100%滲透檢查，成本較大且不易操作，后續(xù)清理較困難。因此通常采用水下氣密法進行檢測，此種方法成本低、檢測精度高、檢測效率高，一般氣密性壓力為0.17MPa即可。（3）脹焊并用形式適用于密封性能要求較高且有振動的工況條件，其又可分為：強度脹加密封焊與強度焊加貼脹形式，一般采用先焊后脹方法，即在管端焊接完成后進行氣密性試驗，合格然后再進行管與管板脹接，脹后通過耐壓試驗對整個管端接頭進行強度與密封性檢查。

3 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷進步，制造手段不斷提升，空冷換熱器產(chǎn)品質(zhì)量保證面臨更加嚴苛挑戰(zhàn)，因此有效控制好制造關(guān)鍵過程檢驗，才能挑戰(zhàn)激烈市場競爭，為國產(chǎn)空冷換熱器面向世界提供堅實基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]NB/T 47007-2010.空冷式熱交換器[Z].國家能源局.1-47.

[2]強天鵬.壓力容器檢驗[M].北京：新華出版社，2008：125.

[3]盧若微.無損檢測技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998：4-20.