板翅式换热器泄漏的形成及检测方法
责任编辑：chineselng 浏览：2771次 时间： 2008-04-05 21:32:36
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摘要:朱宇龙 黄文大(杭州市特种设备检测院)(液化空气(杭州)有限公司) 摘要:介绍铝制板翅式换热器的发展情况及其结构,在分析泄漏形成原理的基础上,详细阐述了肥皂泡法、水浸法和氦质谱外漏检测法等外漏检测方法及肥皂泡法、插U型管法和氦质谱内漏检测法等内漏检测方..
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朱宇龙 黄文大 (杭州市特种设备检测院)(液化空气(杭州)有限公司) 摘要:介绍铝制板翅式换热器的发展情况及其结构,在分析泄漏形成原理的基础上,详细阐述了肥皂泡法、水浸法和氦质谱外漏检测法等外漏检测方法及肥皂泡法、插U型管法和氦质谱内漏检测法等内漏检测方法。 关键词:板翅式换热器 泄漏 检测 翅片 铝制换热器 0 引言 板翅式换热器作为一种高效、紧凑、轻巧的换热设备,已经在石油、化工、航空航天、电子、原子能、武器工业、冶金和动力机械等领域得到广泛应用,并在利用热能、回收余热、节约能源、降低成本以及一些特殊用途上取得了显著的经济效益。近年来,板翅式换热器的设计理论、试验研究、制造工艺、开拓应用的研究方兴未艾,特别是一些新技术的渗透,使其应用范围更加广泛,进入了一个新的发展时期。 铝制板翅式换热器在真空钎接和总装时会形成泄漏,泄漏使换热器换热效果变差,内部介质泄漏到板式体外面还会使产品纯度降低、杂质增加,严重影响换热器的正常运行,所以需对铝制板翅式换热器的泄漏进行检测并及时进行处理。 1 铝制板翅式换热器泄漏原理 1.1 铝制板翅式换热器的基本结构 铝制板翅式换热器主体主要由隔板、翅片、封条和导流片组成,隔板、翅片、封条和导流片都由铝合金制成。隔板把翅片夹在中间,边上分别用封条挡住,前后使用导流片,这样能把翅片间的介质导出。 板式体一层翅片导流片分布状况如图2所示。板翅式换热器就是这样一层一层叠加到设计的高度。板翅式换热器通道的排列方式有多种,常用的有单叠排列、复叠排列和混叠排列,图3中(a)为单叠排列,(b)为复叠排列。板翅式换热器组装完成后送到真空钎接炉中高温钎接,使得隔板、翅片、封条和导流片接触部分熔合在一起成为一个整体。 1.2 铝制板翅式换热器泄漏原因 由图1及图2可以看出,板式体是由翅片、隔板和封条组成的,并在真空钎接炉中经过高温钎接而成。在翅片冲压成形时,翅片高度、节距和垂直度等会在一定的范围内变化。 按照JB/T7261-1994《铝制板翅式换热器技术条件》标准规定,高度偏差为+0.05mm～-0.02mm属于允许误差范围,可以当作合格翅片使用。但是由于各种原因会出现两片相邻的翅片高度差超过0.07mm,于是,在板式体安装后放入真空炉钎接时,就只能够使两片翅片中较高的一片钎牢,而较低的翅片由于高度差没有钎牢,这样当换热器受压时就会出现泄漏、撕裂、鼓包、整体炸裂等情况。在板式体安装前,若隔板上有裂纹或隔板被利物损伤等而未被发现,安装钎接后也会形成漏孔,导致泄漏的产生。另外,由于板式体钎接后需要焊接上封头,在焊接过程中,焊缝边缘板式体受到高温加热,有时温度超过了钎料的熔点,使原来钎好的部位在应力等作用下出现开裂,也会形成泄漏。材料改变也会导致泄漏,例如部分钎接部位钎料改变了,钎料的熔点变高了,在相同的钎接温度下就不易钎牢,甚至会形成大面积泄漏。 2 铝制板翅式换热器外漏检测方法 2.1 肥皂泡法 总装完成后,在各个通道内充入干燥洁净的空气或惰性气体,加压至设计压力。把调好的肥皂泡用刷子刷到铝制板翅式换热器本体及封头上或者其他怀疑有泄漏的地方。当有泄漏时,由于换热器通道内气体压力的作用,在板式体泄漏处将鼓起很多小泡泡,根据肥皂泡的所在部位、大小及密集程度可以判断出漏孔的部位和大小。这种方法设备简单,易于操作,且比较直观,但不能准确地测出泄漏孔的大小。 2.2 水浸法 在铝制板翅式换热器各个通道内充入干燥洁净的空气或惰性气体,加压至设计压力,然后把换热器浸入水中。因为换热器体积较大,有时不能把整个换热器浸入水中,只能一部分一部分逐步检测。小的换热器应整个浸入水中,这样检测比较方便。浸入水中静止30min,在较好的光照条件下进行观察。 换热器通道内的气体由于压力的作用会从漏孔中泄漏出来,在水中形成水泡。由于位置不同,水泡形状也不同。当漏孔在换热器内部时,由于板式体位置及各种力的作用,泄漏气体不能立刻跑出,只有在累积到一定量时才形成一个很大的气泡冒出水面。这种状况需要一定的时间,检测时应该耐心观察。对有气泡的位置应该长时间观察,如果每隔一段相近的时间就有气泡,说明这个部位确有漏孔。换热器表面有漏孔时,气体从通道内一漏出就立刻形成小泡泡从水中向上冒,形成一条细细水线,在水面上像开了锅的水,不断有水泡冒出,这种泄漏观察比较容易。 2.3 氦质谱外漏检测法 把被测换热器用聚乙烯塑料袋密封形成罩室,排除罩室内的空气,然后充满氦气或氦氮混合气至一个大气压(绝压)。当罩室的容积大于100L时静置1～2h,小于100L时可以适当缩短静置时间。氦质谱外漏检测法装置如图5所示。 在静置时间内被测通道预抽真空至仪器的工作真空度,一般低于1.33MPa。同时调节仪器灵敏度,测出仪器本底信号A本。测出标准漏孔在氦质谱仪的输出信号A标。静置一段规定的时间以后,若被测通道内的真空度低于1.33Pa,则测出被测通道的漏率信号A试。漏率按式(1)计算: Q=(A试-A本)Q标/A标(1) 按照JB/T7261-1994标准规定,外漏漏率为Q外≤1×10-3Pa·L/s。当检测到的漏率小于Q外时,即为合格。3铝制板翅式换热器内漏(通道互漏)检测方法 3.1 肥皂泡法 总装完成后,在各个通道内充入干燥洁净的空气或惰性气体,加压至设计压力。把各组通道中设计压力最低的通道内的压力放空,静置1h,再将调好的肥皂水用刷子刷到铝制板翅式换热器该通道封头的通气口。 以四通道的换热器为例,其中各通道的压力大小为Pa≤Pb≤Pc≤Pd。先把压力低的通道a气体放完,这样就可以查出剩余三个通道对通道a的互漏;查完通道a,就放掉通道b内的气体,查通道c、d对通道b的互漏;然后释放通道c内的气体,查通道d对通道c的互漏;如此就可以完成各个通道间互漏的检测,如图6(c)所示。当肥皂水涂上封头的通气口后,如果有互漏,则出现图6(a)这种情况,肥皂泡会向外凸;如果没有互漏,则为图6(b)所示的情况。这种检测方法较为简易,但只能够查到互漏明显的情况。 3.2 插U型管法 插U型管法与肥皂泡法相似,只是把抹肥皂水调换成插U型管,检查各个通道互漏的顺序也一样,从压力小的到压力大的。插上U型管后静置2～6h,如果U型管内的水位有变化,当和通道相连一则的水位低于和大气相连一则的水位时,说明这个通道有互漏;当水位没有变化或者水位变化与上述相反时,说明这个通道没有互漏。这种方法能够检查出比肥皂泡法更细小的漏孔。 3.3 氦质谱内漏检测法 把被测通道与氦质谱仪连通,并抽真空;在相邻通道通入氦气或氦氮混合气体。如果被测通道有泄漏,则相邻通道内的氦气将通过漏孔进入被检测通道内,用氦质谱仪可以检测出渗漏量,可以衡量被测通道的漏率。 被检测通道的清洁度和干燥程度需符合规定。氦气纯度为工业级,当被测通道大于100L时,可采用氦氮混合气体。当试验压力高、容积较大时,氦氮的比例可取较小值,但不得低于10%He。 将被测通道抽真空至低于1.33Pa,保压1h。在保压时调节仪器灵敏度,测出仪器本底信号A本,同时测出标准漏孔信号A标。到真空度低于1.33Pa保压1h后测出被测通道的漏率信号A试,漏率计算式同式(1)。按照JB/T7261-1994标准规定,内漏漏率为Q内≤0.1Pa·L/s。当检测到的漏率小于Q内时,即为合格。 和氦质谱内漏检测法相类似的还有示踪气体检测法,常用的示踪气体有Cl2、SF6等。该方法的基本原理是:把示踪气体通入到被检测的设备内,在设备外部检测示踪气体,看是否可检测到示踪气体及其量的多少,以此来判断被检测设备是否有泄漏及漏孔的大小。 4 结论 以上检测方法均有各自的优缺点,在选择检测方法时可根据具体情况灵活应用,这样铝制板翅式换热器泄漏检测即可得到有效解决。 参 考 文 献 1 凌祥,周帼彦,邹群彩,等.板翅式换热器新技术及应用.石油化工设备,2002,31(2):1～4 2 凌祥,涂善东,陆卫权.板翅式换热器的研究及应用进展.石油机械,2000,28(5):54～58 3 嵇训达.板翅式换热器开发.石油化工设备,2000,29(2):40～42 |
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