1、板翅式换热器泄漏的形成及检测朱宇龙 3 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
2、, 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111 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
3、 , 这样能把翅片间的介质导出 , 如图 1 所示。图 1 板式体基本结构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。112 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3 朱宇龙 , 男 ,
4、 1977 年 7 月生 , 助理工程师。杭州市 , 310003。84 板翅式换热器泄漏的形成及检测 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/图 2 板式体一层翅片导流片分布状况(a) 通道单叠排列 (b) 通道复叠排列图 3 板翅式换热器的排列方式距和垂直度等会在一定的范围内变化 , 如图 4所示。图 4 翅片的高度、节距和垂直度按照 JB T 7261- 1994铝制板翅式换热器技术条件标准规定 , 高度偏差为 + 0105mm- 0102mm 属于允
5、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 0107mm , 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
6、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211 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。212 水浸法在铝制板翅式换热器各个通道内充
7、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 30m in, 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
8、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。213 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94化工装备技术第 27 卷 第 2 期 2006 年 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/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
9、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。图 5 氦质谱外漏检测法装置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 1133M Pa。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1133Pa, 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 T 7261- 1994 标准规定 , 外漏漏率为 Q 外 1 10- 3Pa L s。当
10、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311 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 P a P b P c P d。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
11、 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图 6 肥皂泡法通道互漏检测(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。312 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
12、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。313 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% H e。将被测通道抽真空至低于 1133Pa,
13、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05 板翅式换热器泄漏的形成及检测 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/度低于 1133Pa 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 T 7261- 1994 标准规定 , 内漏漏率为 Q 内 011Pa 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
14、 , 常用的示踪气体有 C l2、 SF 6 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 42 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
15、 (5) : 54 583 嵇训达 . 板翅式换热器开发 . 石油化工设备 , 2000, 29(2) : 40 42(收稿日期 : 2005210214)导热油炉的传热计算分析汪 琦 3(上海热油炉 热风炉 热水炉 熔盐炉设计开发中心 )摘 要 分析了导热油炉的传热计算方法 , 包括炉子热平衡、炉膛辐射换热和对流换热计算。并论述了炉膛出口烟气温度、炉膛辐射受热面、对流段烟气流速和排烟热损失等问题。关键词 导热油炉 传热 热平衡 计算导热油炉传热计算的任务是要确定足够的受热面积 , 以保证炉子的额定热负荷和热效率。传热计算主要包括以下内容 :(1) 炉子热平衡计算。(2) 炉膛辐射换热计算。(
16、3) 对流换热计算。1 炉子热平衡计算炉子的热平衡计算是为了保证送入炉子的热量与有效利用热及各项热损失之总和相平衡 , 并在此基础上计算出炉子的热效率和燃料消耗量。炉子热平衡方程式为 :Q dw + ir+ Q zq+ Q w l= Q 1+ Q 2+ Q 3+ Q 4+ Q 5+ Q 6 (1)式中 Q dw 燃料的低位发热值 ;ir燃料的物理显热 ;Q zq雾化燃料所用蒸汽带入的热量 ;Q w l 用炉子系统以外的热量加热空气时 , 空气带入炉子的热量 ;Q 1炉子的有效利用热 ;Q 2排烟带走的热量 ;3 汪 琦 , 男 , 1961 年 10 月生 , 硕士 , 高级工程师。上海市 , 200042。15化工装备技术第 27 卷 第 2 期 2006 年 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/
