解决换热器管束带水问题的管接头设计及制造、检测工艺
杭州杭氧换热设备有限公司｜冯苗根，周敏，赵茂根
摘 要： 换热器管接头的泄漏检测是产品制造过程的一个重要工艺环节，通过新型管接头的设计和制造工艺，对不同形式的管接头针对性地分别采取不同的泄漏检测工艺，改变了常用的单一、粗放的检测手段，解决了管束出厂带水的问题，对工程设计具有较好的参考作用。关键词：换热器管束；管接头；新型结构；泄漏检测前 言
管接头泄漏是换热器最常见的失效形式，也是影响换热器产品质量的重要指标，因此在换热器管束制作完工后，需对管接头的焊接或胀接部位进行工艺性的泄漏检测。检测方法中最常用的是在管内充气后浸入水池中进行查漏，俗称浸水法，此方法比较简单、直观、实用。但是对于管翅式冷却器，浸水后管束翅片间会存留大量水分，不易排除，如不采取有效措施，残留水分将会慢慢渗出至产品底部并随产品带到用户现场，不仅造成产品生锈，更给用户及企业造成重大的经济和名誉损失。
将浸水后的管束置于烘房内进行烘干是去除水分最有效的措施。但是烘房需要有蒸汽源以及其他的配套设备，投入较大，且使用过程能耗较高，在提倡节能减排、降低成本的形势下，采用浸水、烘干的泄漏检测工艺不是最合理的方法。
本文是基于解决管束出厂带水问题，优先采用不浸水查漏的工艺方法，从管接头的设计、制造工艺、检测方法等方面，采取相应的措施，做到既满足产品使用要求、保证质量，又降低成本。
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设计制造1 新型结构管接头设计
为了便于对管接头进行泄漏检测，设计了一种新型的管接头——带深孔结构管接头（如图1所示），对于胀焊并用的管接头，在管板的焊接和胀接区之间钻一排小孔作为管接头的试压孔，这样就可以不浸入水中利用小孔直接打压，很方便地查出哪一根换热管存在泄漏情况。
对于胀接结构的管接头，只要管板拥有足够的厚度，则采用分段式胀接结构。在管板外侧，根据规范要求采用强度胀接型式，且保证有50mm的胀管长度；在管板内侧则采用贴胀型式，长度可根据管板厚度控制在10～20mm即可。在管板的二段胀接区之间钻一排小孔作为管接头的试压孔，同样可以利用小孔进行试压（如图2所示）。深孔焊接区换热管管板胀接区深孔管板换热管胀接区图1 胀焊并用的带深孔结构管接头 图2 胀接结构的带深孔结构管接头新型管接头在焊接和胀接区域之间，横向钻一直径为5～8mm的深孔，深孔一端不完全打穿管板，另一端与外界相通，深孔与一排或两排换热管孔相交，最佳相交距离为1.5～3mm。在换热管与管板焊接或胀接完成后，通过对深孔打压，便可利用肥皂水对管接头进行查漏。2 带深孔结构管接头制造工艺管板外形加工完成后，首先对深孔进行精确定位，利用长深孔钻打深孔，再加工换热管孔，这样可以保证深孔在长度方向的精度，保证所有换热管孔被深孔贯穿。管板与换热管的连接结构如图1所示，优先采用先胀接后焊接的制造过程，胀接过程中需要保证管端清洁度，胀管完成后再进行焊接，焊接前先将换热管加工至焊接要求尺寸，然后清理管接头，清除油污、铁屑等杂质。焊接时，换热管端部与管板之间被加热膨胀的气体可以通过深孔排除，不会对焊接产生影响。若采用先焊接后胀接的制造过程，则由于胀接过程换热管长度的延伸，对管束长度尺寸控制不利，而且每根换热管延伸的长度不一致，易造成管板倾斜的情况。同理，对图2所示结构优先采用先胀接内侧再胀接外侧的制造过程，同样对管束长度尺寸控制有利。胀接区15SCIENCE & TECHNOLOGY IN HANGYANG
3 各种型式管接头泄漏检测工艺
管接头在胀接（或焊接）完工后，应对其是否存在泄漏进行工艺性检查，为了不采用浸水法查漏的方法，所以对不同结构型式的管接头，应根据其自身不同的特点、使用环境分别对待，制定不同的检测工艺。
3.1 泄漏率要求及检测灵敏度
根据不同产品的特点和工艺要求，分别给出设计要求的泄漏率（见表1），不同测试方法的检测灵敏度见表2。
表1 不同产品设计要求的泄漏率
产品冷却器蒸汽加热器注：合同或技术文件有特殊要求时，按特殊要求执行。
设计要求的泄漏率/（P·L/s）10-210-4表2 不同检测方法的灵敏度
测试方法浸水法（将管束浸入水池中）气泡法或无脂皂液涂刷法U形管显示法*
测试介质干燥空气或氮气干燥空气或氮气干燥空气或氮气测试压力1.0倍工作压力1.0倍工作压力1.0倍工作压力检测灵敏度约10-2P·L/s约10-2P·L/s*约10-2P·L/s注：可见的气泡（直径约2mm）出现的时间与泄漏率的对应关系：1P·L/s，3s后；10-1P·L/s，30s后；10-2P·L/s，5min后。
3.2 带深孔结构管接头的泄漏检测
对于带深孔结构管接头的泄漏检测（如图1、图2所示），可直接在深孔处打气压，一般压力为0.8MPa，并在管端处用无脂皂液涂刷，来检测管接头的泄漏情况。后续如设计有泄漏率要求，可增加一道氦质谱检漏的工序，以定量确定整体的泄漏率是否满足设计要求。
3.3 无深孔结构管接头的泄漏检测
对于无深孔结构管接头的泄漏检测（如图3、图4所示），由于无法直观检测管接头的泄漏情况，所以其检测过程相对复杂一些，可分以下几个步骤进行：
16SHEJIZHIZAO设计制造焊接换热管管板胀接管板换热管图3 焊接结构的无深孔结构管接头 图4 胀接结构的无深孔结构管接头（1）管束两端装上水盖，对管程打压并进行保压，保压一般采用水压方法，保压时间大于8小时，保压压力为管程设计压力。保压过程中如发现有较明显的泄漏点，进行补胀或补焊，然后重新保压。此工艺过程可以检出虚焊、虚胀甚至漏胀等较大的泄漏点。（2）如设计有泄漏率要求，完成以上（1）步骤后，可直接进行氦质谱检漏。（3）如设计无泄漏率要求，完成以上（1）步骤后，考虑到氦质谱检漏工序周期较长，或会影响产品周期，则可采取将管束套入筒体内用U形管查漏、气泡法查漏等方法进行反试，以查出较小的泄漏点，满足设计要求。
U形管查漏（如图5所示）、气泡法查漏（如图6所示），即在管程内充气，在壳程管接处接出细小的皮管，将皮管连接水银柱U形管，利用U形管的液位差进行查漏，或将皮管直接浸入装水的玻璃瓶内，通过观察气泡查漏。
图5 U形管查漏
17SCIENCE & TECHNOLOGY IN HANGYANG壳体封闭可能泄漏气体管束保压，压力为管束试压压力气泡法显示可能泄漏气体量图6 气泡法查漏根据表2中各种测试方法的检测灵敏度数据，用以上方法基本能查出满足产品要求的泄漏率。4 泄漏检测操作要求管束泄漏检测除应遵守国家相关法律法规的规定外，操作过程中主要应注意以下几点：（1）操作者应熟悉、遵守工艺规程，了解产品图样和工艺文件的要求。（2）严禁超压，不得采用连续加压的办法保压，不得带压紧固螺栓，严禁带压补焊。（3）发现渗漏，应将水（气）排尽，在无压力和干燥的情况下进行修补，修补后需重新检查，直至合格。5 结束语管接头的泄漏检测是属于换热器制造过程中的一个过程质量控制范畴，是一种工艺性检查，随着产品制造过程的不断精细化，对管接头的检测也应更有针对性。根据产品不同的结构型式和使用场合，不同介质对漏率的不同要求而针对性地采取相应的查漏方式，避免了对所有产品采取相同标准的问题。通过以上各种步骤的操作，杜绝了常规将管束直接浸入水中的粗放、单一的模式，杜绝了管束出厂带水的问题，同样也保证了管接头的质量。同时，根据产品不同的使用场合和要求，针对性地采取不同的检测方法，这样也更合理、更科学，对提高企业声誉有很大的帮助。
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