浅析空冷器管束设计、制造、检验技术

高少平

（大庆石油化工机械厂有限公司，黑龙江 大庆163000）

由于空气冷却器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设备。它由许多零部件构成，但其中最主要的几个部分是：管束、风机、构架以及百叶窗，管束作为检验空冷器性能的主要部件，其质量的高低直接影响着空冷器换热能力也就是空冷器的冷却效果，因此必须要做好空冷器管束的设计、制造以及检验工作。

1 空冷器管束设计技术

1.1 翅片管的类型选择

在空冷器当中，翅片管是最主要的换热元件，因此在设计空冷器管束的结构前，首先就要确定好翅片管的结构类型，而这需要根据使用者对空冷器的具体要求来决定。当前存在于市面上的翅片管类型有很多，常用的有L 型绕片型翅片管、LL 型绕片型翅片管、镶嵌式翅片管、双金属轧片式翅片管等。这些翅片管在使用时都有一些注意事项，例如L 型绕片型翅片管不能应用在湿式空冷器当中，由于湿式空冷器内部的空气水含量较多，可能从翅片根部缝隙对换热管产生腐蚀，从而使换热管产生泄漏，进而影响使用；而双金属轧片式翅片管是由铝管与换热管套轧构成，换热管整体紧密地包裹在套轧管内，翅片不会产生松弛，这样就有效的避免了腐蚀的问题，但是其造价相对较高。因此在选用翅片管时必须要根据实际的需求来选择。

1.2 翅片管支撑的结构设计

在空冷器当中，是通过排布多个翅片管来实现对空气中热量的交换，因此为了使翅片管之间的位置稳定，通常情况下会使用波纹板等对翅片管进行支撑。在整个管束的结构中，最主要的影响因素就是翅片管因空气的流动而产生的振动，长期的振动会降低翅片管支撑的结构稳定性，从而使其失效，因此常见的解决方法是将受空气流动影响最大的空气进出口处的翅片管支撑进行固定，这样就会降低整体的振幅，从而减轻振动带来的影响。再一个问题就是翅片管的受力问题，翅片管支撑在长时间工作后容易产生或多或少的变形，这样就会使翅片管得不到有效支撑，其解决方法是通过将翅片管的支撑结构焊接在管束横梁上，从而增强其结构的稳定性。

1.3 管箱结构设计

管箱是整个空冷器的最主要的承压部件，因此在管箱的结构设计当中最主要的就是要考虑管箱的承压能力是否符合标准。当前在实际设计中最常见的管箱结构有三种，分别是：锻焊结构、集合管结构与矩形板结构。锻焊结构与集合管结构由于自身的整体性，受力结构合理，适用于高压工况，但对制造要求较高，造价较高，矩形板结构的管箱由于其拼接的结构突变特性，易产生应力集中等问题不适用于高压工况，但其生产制造条件简单，造价较低，具有较高的经济效益，是目前应用最广泛的一种管箱结构。

2 空冷器管束制造技术

2.1 换热管与管板接头技术

除可卸盖板、可卸帽盖式管箱（均属矩形板结构管箱）外，其余类型管箱很难拆开管箱对换热管与管板接头进行堵漏等维修，因此换热管与管板接头一定要确保密封的可靠性与持久性。换热管与管板接头有强度胀、强度焊、强度胀加密封焊和强度焊加贴胀等形式，一定要严格按照设计文件的要求施工，必要时进行换热管与管板接头胀焊等工艺评定，制定合理的施工工艺。对于焊接接头一般采用氩弧焊打底，焊缝至少焊两遍，以保证焊缝质量。

2.2 管箱焊接及热处理技术

空冷器管箱焊接量大，限于结构特点只能采用单面焊双面成形，且均为角焊缝，焊接难度大，要制定合理的焊接工艺保证焊缝全焊透，并且尽量减少焊后变形，特别是隔板、拉撑板的焊接，要防止焊缝与管头及丝堵孔发生干涉，焊接坡口宜采用40°～45°，坡口钝边1mm，或不留钝边，坡口钝边或尖角处间隙1～2mm，这样既有利于焊透，又可减少焊接量。管箱焊后是否进行热处理按图纸要求，若要求热处理，必须编制严格的热处理工艺，对管箱进行整体或局部热处理，以消除或减少焊接应力。

3 空冷器管束检验技术

3.1 管箱焊缝检查

管箱焊缝的检测要求应在图纸中明确，因为管箱结构的特殊性，对于要求进行焊缝内部缺陷检查，但不能按照GB/T 150的要求用射线照相来检查管箱焊缝，应在焊缝背部铲平或刨削后，用磁粉或液体渗透的方法对其根部焊道和最终焊道进行全面检查。焊缝的硬度检查则应在各种规定的热处理后进行，应检查有代表性的焊缝，包括接管与管箱焊缝。对于碳钢和含铬量不超过1.25%的铬钼钢，硬度不应超过225HB，对于其他铬钼钢和含铬量为11%、13%、17%的铬钢，硬度不应超过240HB。

3.2 管束耐压试验

空冷器管束需要承载介质的工作压力，因此需要对空冷器管束进行耐压试验。耐压试验一般有两种，一种是液体介质压力试验，另一种是气体介质压力试验，在这两种试验中，气体介质压力试验检测的效果较为直观，但是相比液体介质压力试验要更危险一些，一旦压力超过临界值，产生的爆炸会具有极强的破坏性，因此在采用气体介质压力试验时要有一定的保护措施。

对于耐压试验，要严格控制试验过程中的各个参数，同时要严格按照耐压试验的一切标准来进行，在整个试验过程中应无可见变形、无泄漏、无异常响声，管束耐压试验则可认为是合格的，最终在保压过程中，压力无明显变化，则认为管束的抗压性能良好。

4 结论

随着用户企业技术升级，空冷器的作用势必越来越重要。因此空冷器的制造厂商必须强化空冷器的设计、制作与检验环节，优化管束的设计，可以使空冷器的换热能力提升；规范管束的制作过程，可以提升管束的质量；加强检验环节，可以为空冷器的质量提供保障，从而使空冷器的使用寿命提升，带来更高的经济效益。