空冷器设备制造过程中的质量控制

王飞 石留帮 赵清万 王常青

摘 要从监理方角度对空冷器重要质量控制如原材料检验、组装尺寸检验、焊接检验、热处理检验及压力试验等进行分析，描述控制点中易出现的质量问题和提出控制措施及建议，对未来类似设备监理工作具有参考意义。

关键词空冷器制造;质量控制;设备监理

空冷器是石化、炼油、能源等换热装置中不可或缺的设备，因其高效、节水、节能等优点，近几年随着国内大型炼油炼化项目、油品升级项目、煤制油等一系列国家工程的进行，空冷器有广泛的应用[1-2]。国内生产厂家经过多年的探索，已总结生产空冷器的一套工艺，当然也存在不足之处。本文依据用于芳烃抽提装置的空冷器监理工作，介绍丝堵式管箱结构的空冷器在监理过程中的质量控制，并对制造过程中出现的质量问题和处理措施进行了论述，对今后类似设备监理和制造工作具有参考价值。本文所述空冷器均指丝堵式管箱结构的空冷器。

1 空冷器技术参数

空冷器一般包括管束、钢结构、风机等，其中管束（其中一台管束技术参数如表1所示）是空冷器的主体，是由多排翅片管或光管和端部管箱构成，是空冷器的主要受压部位。风机产生的空气流过管束表面，管束温度被带走实现空冷。管束内介质流向有逆流、顺流，管束倾斜方向由流向决定。空气流动方向与风机形式和安装方位保持一致。

2 质量要求

由于空冷器工作介质为C6～C7，易爆易燃不允许泄漏，质量要求高，因此在制造过程中要严格执行质量控制，采取相应的措施以保证产品的质量。

2.1 材料采购阶段质量控制

审查制造工艺文件、焊接工艺文件，并对其合理性和完整性进行审查，熟悉图纸、技术协议、技术规格书等相关技术要求的基础上编制检验计划，并经过部门领导、技术负责人、业主和设备监理审查认可后执行，对即将开始制造的设备设置关键质量点设置，制造厂按设定的点通知监理见证检查，监理单位完成以上工作后形成监理工作实施细则。

2.2 主要受压原材料质量控制

主要受压的钢板、锻件、基管、焊丝等材料的产品质量证明书应详细核对检查。需要复验材料的应在制造厂完成复验合格后才可使用。

原材料质量是产品质量的基础，原材料质量控制是空冷器制造过程中重要环节之一，应对该过程进行全面的跟踪和监督，将原材料入厂验收作为停止点验收，按检验计划要求通知设备监理人员见证。

基管是空冷器主要换热的核心部件，其在挤压翅片前，应逐根进行二倍设计压力的水压试验，合格后才能进行除锈、绕制等工序，水压试验在实际施工中最容易被忽视，所以此点被设备监理方设置为见证点，检验员应通知设备监理人员见证。基管在挤压翅片后，应逐根检查翅片管目视型式，本设备翅片管为DR 型，如轧制不当，翅片未能全覆盖基管，将在缝隙处集聚液体而腐蚀基管，按要求每200根翅片管抽查一根进行单管传热性能试验，并提供试验报告，使翅片管的换热性能得到保证，其他检查项目可按NB/T47007-2010检查[3]。如检验合格，翅片管方能入库。翅片管的尺寸检验是保证设备换热性能的关键，但管子数量多，监理人员应进行见证检验人员现场抽检尺寸验收。

实际工作中，会出现制造厂不能及时提供空冷器管束受压件原材料的质保书及材料理化复验报告的情况，制造方迫于项目工期又急于使用材料，同时采取了及时开展了复验工作，监理方采取对原材料的质保书进行审查并对制造厂的复验工作进行现场见证的方式，以确保所有材料在合格后再进行划线下料、机加工等后续工作。同时督促制造厂的复验报告编制工作，并给予及时审查，既保证了材料的合格使用，又不影响到生产工期[4]。有时是因为制造方进度安排不合理而造成的急于用料的情况，而又拖延复验工作，此时必须书面要求整改。涉及复验工作周期较长的项目如应力腐蚀试验、回火脆化倾向评定等，应及时关注，提醒厂方应预留有足够的工期进行此项工作。

2.3 组装尺寸验收

空冷器的管箱基本都是长方体，管丝板和盖板较长，为保证管箱的直线度，管丝板和盖板下料后，应校平整。管束两端间距应与图纸保持一致。内部隔板或加强板组装时应平直不能倾斜，以免影响开孔和管头施焊。

2.4 焊接与热处理质量控制

空冷器管束重要焊缝焊接是管束箱体焊接、翅片管与管板的焊接，此处焊接质量的好坏决定了空冷器的最终质量[5]，监理人员对焊接应加强管理。空冷器管束管箱基本上全采用全焊透式结构（如图一所示），焊接过程中应及时在背面进行表面检查，以保证无未焊透、未熔合、裂纹、咬邊等缺陷后再进行填充和盖面。隔板与管板和丝堵板组焊应采用交叉对称分层施焊，以减小管箱变形管箱，焊脚高度按要求，以免影响管头施焊。

管箱端盖与主体之间采用单面焊接的方式，为保证焊接质量，采用钨极氩弧焊自熔，电弧焊打底、填充、盖面。打底后应及时在背面进行表面检查，以保证无未焊透、未熔合、裂纹、咬边等缺陷后再进行填充和盖面，这种全焊透式结构焊缝系数高，焊接变形小。隔板与管板和丝堵板组焊应采用交叉对称分层施焊，以减小管箱变形管箱。

因管箱内部空间狭小，施焊采用专用工装，后续探伤发现不合格缺陷，返修比较困难，为保证焊缝一次施焊合格，坡口形式和尺寸严格与工艺一致，采用单边U型坡口，坡口组对间隙 0～1mm，便于氩弧焊打底，不允许偏差较大对施焊造成很大困难而增大缺陷产生概率。管箱焊后热处理后应检查管箱直线度和管丝板的平面度，避免后续划线开孔偏差，管头与管箱组对时，管头无外伸，施焊困难，管头质量无法保证。管箱钻孔后，内部铁屑应清理干净，管孔处应按工艺倒角，此倒角亦是管头坡口，因隐蔽在管箱内部，容易被机加工操作人员和检验忽略。

焊接中容易产生且影响使用的内部缺陷是气孔，焊接前应仔细检查焊缝，坡口干净、无铁屑、无油污，焊材烘干，已按工艺进行预热或者消除母材金属含水量的影响和消除环境湿度的影响。

管箱组焊完成后在机加工前应整体进行消除应力热处理。

翅片管与管板的采用强度焊加贴胀的方式，管头焊接采用深孔全位置钨极氩弧焊，填丝焊，焊接质量高，成型好。贴胀采用机械胀接方式，应有胀接工艺，以适当的工艺保证管子胀度，防止管子和管头不适当的胀接造成机械损坏。管板与翅片管处的焊缝是空冷器的薄弱环节，在制造过程中也可能因翅片管过长，吊运中产生振动而造成管头焊缝破坏，使用过程总也是管束产生泄漏的主要部位[6]，这个环节的质量控制是制造和监理工作的重点之一。

在翅片管与管板的实际焊接中，部分制造厂对因返修或者管孔位置与加强板、侧板之间空间过于狭小，或者隔板装配尺寸偏差较大，无法进行自动焊接时，而采用SMAW 施焊。因结构限制，手工焊要选用经验丰富的焊工按严格的焊接工艺进行全位置施焊，使焊接质量得以保证。在实际焊接过程中，因空冷器的接管原因，焊前预热不易进行操作而往往被工人人为放弃，检验人员必须在焊前对此进行检查，并进行详细的预热测量和记录，监理人员应到现场见证。找到一种易于预热操作而不影响焊接的方法是制造企业亟待解决的问题。

2.5 无损检测过程质量控制

空冷器管箱所有承压焊缝（包括进、出口法兰锻件与异形管焊缝，异形管与管箱组焊缝，但排气口法兰和加强板焊缝除外）进行100%射线无损检测和100%超声无损检测;管子管板组焊缝进行100%PT探伤。制造过程中除了审阅无损检测报告外，更有必要检查无损检测人员操作的原始记录及射线底片。因需RT探伤焊缝大部分为角焊缝，尤其是异形管与管箱组D 类焊缝，胶片与焊缝贴合时弯曲成弧形，不易与焊缝贴合，成像不清晰，因此为保证焊缝质量，对要进行RT探伤的焊缝需要求更高的表面质量，避免表面质量成像在片子中，造成误判，更需要技术水平比较高的探伤人员进行操作和评片。监理人员最好具备评片能力，当然对探伤人员的资质要求必须审查。

2.6 水压与气密性试验质量控制

空冷器水压试验（试验压力为3.14MPa）按GB150相关规定进行，保压时间不少于1h，试压后用压缩空气将管束内部吹干。水压试验合格后，进行整体气密性试验（试验压力为2.5MPa），气密试验采取管束整体沉浸水中进行，如有泄漏，有气泡冒出，易于发现缺陷，因管头较多，定位缺陷位置并不容易[7]，因此要保证良好的水清洁度、光照度等易于目视的环境条件，必要时将管束置于水箱外进行喷淋肥皂水检查或者采用水下摄像头进行观察。缺陷修补后应重新进行水压试验和气密性试验。水压后，内部排水干净，将修补过程中产生的少量铁屑等杂质清理干净，应防止其在修补过程中出现焊前不预热和管束内部清理不干净的情况。

水压试验和气密性试验在监理工作中均作为停止点控制。检验员应提前通知设备监理人员见证压力试验，监理人员应对试验用压力表、试验程序、试验压力、试验温度、保压时间等进行现场检查和确认。

如果管束压力高，可对管头进行煤油渗漏试验，进行无损表面探伤，合格后再进行高压试压试验，对安全有一定保证[8]。

分解式管箱因存在兩端管箱高度不一样，在进行试验介质为气体的压力试验时，因水箱高度不足，管束不能完全浸入水中是，可采取喷淋肥皂水和浸水同时进行来检查。

2.7 出厂资料的质量控制

按标准和技术要求对设备制造过程中对几何尺寸记录、零部件材料质保书、热处理记录报告、探伤记录报告、焊接记录、产品试件理化报告应一一跟踪，要求制造厂及时完成，到设备出厂时只进行汇总即可。监理人员应对制造厂提交给业主的出厂资料进行审查，审查主要内容为资料的完整性和准确性。

3 结束语

国内制造厂生产空冷器质量日趋提高，国产空冷器应用也日趋广泛，而国内制造厂的管理体系与质保体系的完善性和执行力度却不能跟上质量的要求，因此重视空冷器制造过程中的监理制度是完善项目管理的重要手段。国务院在质量发展纲要（2011-2020）中明确对监理制度支持和推广，促使设备监理与项目管理制度、企业质量管理制度、国家的质量监管等密切配合，多种手段、多种方式全方位进行质量保证，在质量控制发挥着积极作用。通过本次监理工作，监理做到提前发现问题，及时反映问题，使各方能及时有效采取措施解决问题，再次通过实践表明，全过程监理是空冷器制造质量的重要保证，对设备质量地提供起重要贡献。

参考文献

[1]陆青松，汪辉，李云福，郭春光.高压空冷器监造过程中的质量控制[J].化工设备与管道，2009.

[2]杨峰.空冷器管束及检验关键技术分析[J].中国新技术新产品，2019.

[3]NB/T47007-2010，空冷式热交换器[s].

[4]顾晶，裴红.高压空冷器管箱的制造[J].压力容器，2005，22（1）.

[5]高晖.国产INCOLOY825高压空冷器的设计制造[J].石油化工设计，2005.

[6]周夏，孙新华.化工设备的监造实践及思考[J].石油和化工设备，2005（3）.

[7]郭建华.加氢裂化高压空冷器国产化进程简述[J].石油和化工设备，2009（1）.

[8]段瑞娇.浅析丝堵空冷器管束的查漏方法[J].中国新技术新产品，2018.