吸收式熱泵檢漏技術(shù)及工藝改進

段利哲 包廣華

摘? ?要： 吸收式熱泵若發(fā)生泄漏，將對產(chǎn)品使用性能產(chǎn)生嚴重影響，亟待提出工藝改進方案。從吸收式熱泵的工作原理出發(fā)，介紹三種檢漏技術(shù)——氣密性試驗、氦檢漏試驗和罩檢試驗;結(jié)合洛陽雙瑞特種裝備有限公司2019年采用氣密性試驗、氦檢漏試驗對產(chǎn)品漏點進行檢測的情況，從組件焊縫、本體焊縫、真空管道、閥門連接、脹接管頭五個方面具體分析了漏點的產(chǎn)生原因，提出了優(yōu)化箱體結(jié)構(gòu)、改進焊接工藝、彎頭一體成型、增強閥門密封性能、優(yōu)化脹接參數(shù)等措施。改進后，平均每臺吸收式熱泵氦檢漏點3.19處，接近行業(yè)標桿水平，質(zhì)量提升效果顯著。

關(guān)鍵詞： 吸收式熱泵;氣密性;氦檢漏;漏點;工藝改進

中圖分類號：TB774? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2095-8412 （2020） 05-142-05

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http：//gyjs.cbpt.cnki.net? ? DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.05.026

引言

吸收式熱泵源于吸收式制冷機，在我國經(jīng)過20多年的發(fā)展，設備研發(fā)、配套技術(shù)、產(chǎn)品性能已經(jīng)非常成熟、可靠。吸收式熱泵既可制冷，又可供熱，能夠?qū)崿F(xiàn)一機兩用。此外，在吸收式熱泵中，低位熱在全年都能得到很好的利用，在電力供應緊張、余熱資源豐富的地區(qū)具有獨特優(yōu)勢。因此，吸收式熱泵近年來受到了廣泛重視，今后必將成為制冷、供熱的一種主導設備。

截至目前，國內(nèi)外學者針對吸收式熱泵開展了諸多研究工作，主要集中在系統(tǒng)設計[1-2]、傳熱機理研究[3]、仿真模擬[4-5]、應用改造[6-7]等領域。吸收式熱泵有時會發(fā)生泄漏，哪怕是微小的泄漏，也會對產(chǎn)品的使用性能產(chǎn)生很大的影響，同時機組內(nèi)溴化鋰在空氣中氧化性、腐蝕性和吸濕性很強，對鋼鐵有很強的腐蝕作用，機組也會很快銹蝕壞掉。目前關(guān)于吸收式熱泵檢漏技術(shù)研究比較分散，從本體焊縫、組件焊縫、真空管道、閥門連接、脹接管頭綜合研究較少。

本文首先介紹吸收式熱泵的工作原理，對檢漏必要性進行分析;其次闡述三種檢漏技術(shù)——氣密性試驗、氦檢漏試驗和罩檢試驗的工藝流程和試驗步驟;然后結(jié)合洛陽雙瑞特種裝備有限公司（以下簡稱“我公司”）業(yè)務實際，對2019年產(chǎn)品漏點情況進行統(tǒng)計分析;最后，對漏點產(chǎn)生原因進行分析，提出工藝改進措施。

1? 工作原理及檢漏必要性分析

1.1? 工作原理與內(nèi)部流程

吸收式熱泵整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其工作原理是壓縮機消耗機械功，驅(qū)動工質(zhì)在熱泵中循環(huán)流動，從而將熱量從低溫熱源連續(xù)地“泵送”到高溫熱匯，以供給用戶。吸收式熱泵工作的內(nèi)部流程為：高溫驅(qū)動熱源對發(fā)生器進行加熱，制冷劑蒸汽從發(fā)生器內(nèi)的溶液中蒸發(fā)出來，在冷凝器中放熱，對熱水繼續(xù)加熱;節(jié)流后，熱水進入蒸發(fā)器，吸收低品位熱源的熱量，變成蒸汽，進入吸收器;發(fā)生器中變濃的溶液從熱交換器進入吸收器，吸收來自蒸發(fā)器的制冷劑蒸汽，放出熱量繼續(xù)加熱熱水，而吸收器中變稀的溶液又通過熱交換器進入發(fā)生器。至此，一輪循環(huán)完成并往復。

1.2? 檢漏必要性分析

吸收式熱泵結(jié)構(gòu)復雜，介質(zhì)特殊（溴化鋰在空氣中對鋼鐵有很強的腐蝕作用，但在真空狀態(tài)下加入緩蝕劑，基本上不腐蝕金屬），正常工作時內(nèi)部為真空狀態(tài)。不同于普通正壓設備，真空運行設備對設備密封性能、整機泄漏率控制要求較高，哪怕是微小的泄漏，也會對產(chǎn)品的使用性能產(chǎn)生很大的影響，而產(chǎn)品自身可能存在泄漏的位置又很多，因此檢漏工序顯得尤為重要和必要。

2? 檢漏技術(shù)

假定本文介紹的吸收式熱泵由發(fā)生器、吸收器、冷凝器、蒸發(fā)器、溶液泵、冷劑泵、板換組的封閉環(huán)路，并內(nèi)充以工質(zhì)對（吸收劑溴化鋰和循環(huán)工質(zhì)水）溶液。目前機組的檢漏技術(shù)包括氣密性試驗、氦檢漏試驗、罩檢試驗三種[8]。

2.1? 氣密性試驗

氣密性試驗是為防止機組發(fā)生泄漏而進行的以氣體為加壓介質(zhì)的致密性試驗的一種，工藝流程如圖2所示。

試驗步驟如下：

（1）確認所有部件已經(jīng)焊接完畢，脹管完成，產(chǎn)品主體及真空配管部分符合圖紙要求，且整體外觀滿足要求。

（2）氣密性試驗前，將所有單向角閥關(guān)閉、雙向角閥打開，確保各室相互連通。

（3）打開機組一個真空角閥，連接沖入壓縮空氣，待壓力達到工藝要求時，關(guān)閉角閥開關(guān)。

（4）在機組充氣過程中，可通過聽聲音（嘶嘶聲）來判定是否有大漏洞。

（5）對所有外部焊縫均應噴檢漏液，逐項檢查漏點，并做好記錄。若檢驗不合格，則重新補焊并檢驗。特別注意機組的縱、橫向主焊縫，以及殼體外箱體、真空配管焊縫、管頭等一些焊接難度大的區(qū)域和脹接難度較大的部位。）

2.2? 氦檢漏試驗

氦檢漏試驗是一種利用氦氣良好的滲透能力對機組泄漏進行檢測的方法，工藝流程是將待檢機組內(nèi)部抽真空，示蹤探頭在被檢表面掃過，通過高靈敏度的氦質(zhì)譜檢漏儀檢出流入機組內(nèi)部的氦氣流，從而檢測機組有無泄漏，并確定漏點部位[9-10]，如圖3所示。

試驗步驟如下：

（1）把真空泵、氦質(zhì)譜檢漏儀及數(shù)顯表連接到設備上，把機組殼程內(nèi)抽真空（5 Pa以下），再打開氦質(zhì)譜檢漏儀真空狀態(tài)抽真空，再打開氦質(zhì)譜檢漏儀上面的閥門，與設備連通。

（2）待壓力穩(wěn)定后，使用示蹤探頭，按照氣密性試驗時發(fā)現(xiàn)的可疑漏點逐項檢查。先從被檢件的上部開始，由上而下，從靠近檢漏儀的部位開始，由近及遠，可準確判斷漏孔位置。

（3）針對脹接管頭，可采用局部排除法，對機組換熱管管頭進行局部罩檢。將熱泵兩端對應的水室蓋蓋上，向內(nèi)沖入適量氦氣，兩端密封，逐個水室排查。

（4）若存在局部漏率較大的問題，則采用排除法，用塑料布或工裝將需要檢漏的部分罩起來，向內(nèi)充入氦氣，期間等待時間應大于其反應時間，查看氦質(zhì)譜檢漏儀漏率變化。若漏率在一段時間內(nèi)無變化，則確定該區(qū)域不漏;若漏率在短時間內(nèi)迅速上升，則應繼續(xù)進行小區(qū)域罩檢，步驟同上，依次排查。

2.3? 罩檢試驗

罩檢試驗是指用塑料罩將機組整體蓋罩，把塑料罩內(nèi)部充滿氦氣，測量單位時間內(nèi)氦質(zhì)譜檢漏儀測定漏入機組內(nèi)部的氦氣量，通過計算得出的實際泄漏量，判定機組的泄漏量是否符合規(guī)定要求[11-12]。 罩檢試驗工藝流程如圖4所示。

試驗步驟：將整個機組包起來，將機組外側(cè)與包裝塑料膜之間沖入氦氣，保證密封不漏氣;然后將機組殼程抽真空，啟動氦質(zhì)譜檢漏儀，報警值根據(jù)要求設定，待壓力值穩(wěn)定下來，保壓30 min，測總漏率，每隔5 min記錄一組數(shù)據(jù)。規(guī)定時間內(nèi)，若漏率低于設定值，則罩檢試驗合格，機組檢漏完畢?，F(xiàn)場罩檢試驗如圖5所示。

3? 檢漏問題統(tǒng)計分析

吸收式熱泵泄漏位置主要包括本體焊縫、組件焊縫、真空管道、閥門連接、脹接管頭五大類。以我公司2019年生產(chǎn)的16臺吸收式熱泵為例，通過氣密性試驗和氦檢漏試驗，平均每臺漏點7.25處。表1對產(chǎn)品檢漏情況進行了詳細記錄。

通過表1數(shù)據(jù)繪制如圖6所示的漏點分布圖，可以清晰地看到漏點的分布數(shù)量由多到少依次為組件焊縫、閥門連接、本體焊縫、真空管道、脹接管頭。后續(xù)根據(jù)圖6逐項解決。

4? 漏點產(chǎn)生原因分析及改進

對統(tǒng)計得到的產(chǎn)品漏點進行進一步細分，以明確泄漏具體位置，分析泄漏原因，進行針對性改善，通過PDCA循環(huán)不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量。

4.1? 組件焊縫

組件焊縫的漏點集中在外部箱體拐角處、噴淋入管端部等位置，分析原因如下：

（1）工藝規(guī)范執(zhí)行不到位;

（2）組件焊工的技能水平參差不齊;

（3）個別焊縫焊肉不飽滿，焊角高度不夠;

（4）局部結(jié)構(gòu)不合理，焊肉不能有效填充。

針對以上問題，提出以下改進措施：

（1）加強監(jiān)督考核，通過不定期巡檢、加大獎懲力度等促使工作人員嚴格執(zhí)行工藝要求;

（2）組織焊工參加培訓，提升業(yè)務技能;

（3）實施工藝改進，優(yōu)化箱體結(jié)構(gòu)。將拼板式改為折彎式，以減少焊縫數(shù)量。對噴淋入管端部結(jié)構(gòu)進行改進，將直接折彎的堵板改為內(nèi)伸焊接結(jié)構(gòu)，增加焊角。更改前后的噴淋入管結(jié)構(gòu)如圖7所示。

4.2? 本體焊縫

本體焊縫的漏點主要發(fā)生在主焊縫中間位置、外部箱體與殼體繞角焊接位置、開孔補板與殼體焊縫接頭位置，如圖8a所示。

分析得知漏點產(chǎn)生的主要原因是焊縫有氣孔、局部熔深小、補板熔透等，與氣保焊焊絲受潮、表面生銹、焊接操作不當、補板厚度不合適等有關(guān)。

改進措施：合理選擇焊材，注意焊材存放，明確焊接操作要求，增加補板厚度等。合格焊縫如圖8b所示。

4.3? 真空管道

部分真空管道在前期進行了一些改進，包括明確了對接焊縫要求，優(yōu)化了真空管路結(jié)構(gòu)，減少了焊縫數(shù)量等?；谏鲜龉に嚫倪M，漏點數(shù)量已經(jīng)相應下降。

后續(xù)改進思路：其一是實施真空預制，考慮通過管道自動焊設備的采用來提高效率和焊縫質(zhì)量;其二是接口位置改進，在方便配管的前提下實現(xiàn)預制和一體成型的最大程度結(jié)合。如圖9所示，直管、45°彎頭、90°彎頭一體成型，減少了配管后的焊接量，既提高了效率，又可減少漏點。

4.4? 閥門連接

閥門連接處的漏點產(chǎn)生原因是管道過濾器端部排污口處采用的螺紋連接不合理，如圖10a所示。發(fā)現(xiàn)問題后，對該螺紋連接處采取了纏繞加涂抹脹管膠的方法。后續(xù)擬再對該螺紋密封部位增加O形密封圈，使得真空密封更加可靠，如圖10b所示。

另一方面是抽氣電磁閥組件中真空接頭與管子連接處，原因是初次使用的管子表面質(zhì)量不好，影響真空接頭密封性能;采用表面光滑的管子后，未再發(fā)現(xiàn)漏點。

4.5? 脹接管頭

對脹接管頭進行了以下工藝改進：一是優(yōu)化管孔加工工藝，增加滾孔工序，提高管孔尺寸一致性及表面光潔度;二是根據(jù)每個腔室實測的脹管率結(jié)果微調(diào)脹接參數(shù)。

全年脹接管頭發(fā)現(xiàn)3處漏點，質(zhì)量較往年顯著提高。新發(fā)現(xiàn)的漏點主要是產(chǎn)生于個別換熱管直徑偏小，故采用原脹接參數(shù)脹管后擴管率不足。調(diào)整后，未再發(fā)生泄漏，如圖11所示。

5? 結(jié)束語

本文結(jié)合洛陽雙瑞特種裝備有限公司業(yè)務實際，詳細介紹了吸收式熱泵檢漏技術(shù)，提出了針對漏點進行工藝改進的措施。目前行業(yè)標桿企業(yè)生產(chǎn)的其他熱泵機組平均每臺氦檢漏點約3處，我公司吸收式熱泵產(chǎn)品全年平均每臺氦檢漏點3.19處，接近行業(yè)標桿水平，產(chǎn)品質(zhì)量提升效果顯著。希望本文也能夠?qū)π袠I(yè)內(nèi)其他類似產(chǎn)品的檢漏工作提供一些啟發(fā)。

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作者簡介：

段利哲（1985—），通信作者，男，漢族，河南洛陽人，本科，工程師。主要從事產(chǎn)品（壓力容器、高壓氣瓶、膨脹節(jié)、橋梁支座、特種材料制品等）檢驗檢測管理工作。

E-mail： duanlizhe168@163.com

（收稿日期：2020-08-31）