部分冷凝器的壓力試驗及其工裝設計

摘 要：根據部分冷凝器的結構特點，設計了試壓用工裝，并詳細介紹了該容器的壓力試驗程序及其注意事項，為相似結構的壓力容器的試壓提供了可以借鑒的方法。

關鍵詞：部分冷凝器；壓力試驗；試壓工裝；密封

1 引言

我司曾為某公司制造五臺部分冷凝器，如圖1，該容器要求較高，需經多次壓力試驗。壓力試驗采用臥試方式（以下提及壓力均為臥試壓力）要求如下：換熱管以10MPa進行水壓試驗；在殼程以3.7MPa壓力對換熱管接頭進行檢漏試驗；在管程以7.86MPa壓力對換熱管接頭進行強度試驗；在殼程對換熱管接頭進行氨檢漏試驗；以7.86MPa壓力進行管程液壓試驗；以6.43MPa壓力進行殼程液壓試驗，管程必須補壓，保證任何情況下殼程壓力不得高于管程壓力1.0MPa；以5.6MPa壓力進行管程氣密性試驗。

2 試壓工裝的設計

部分冷凝器在試壓時需要配套的工裝進行密封以便完成試驗。以下介紹其中兩個主要的工裝。

2.1 換熱管試壓工裝設計

該容器要求每根換熱管進行水壓試驗，因此需設計換熱管試壓工裝安裝在換熱管兩端使換熱管密封。試壓工裝的設計如圖2，試壓管夾校焊時須用一換熱管模擬定位中心位置，組焊時下管夾與兩側板焊牢，上管夾不與兩側板相焊，組焊下管夾要留1～2mm的空隙以便上管夾能上下滑動。上管夾的卡吊制造完成后開邊，裝配后與上管夾點焊牢固，轉動螺栓時可使上管夾能上下滑動。每根換熱管試壓時需使用兩套試壓管夾，壓力表座只需使用一個。換熱管試壓前，將換熱管裝入試壓管夾，旋轉螺栓，通過與壓板上的螺紋配合使上管夾向下滑動壓緊換熱管，再調整索母，使壓蓋壓緊換熱管口，一端通過壓蓋上的螺紋連接試壓泵向管內注水壓，另一端安裝壓力表，便可進行指定壓力的壓力試驗。對于不同管徑換熱管的試壓只需換上相應的上下管夾。

2.2 換熱管與管板連接接頭試壓工裝設計

根據換熱器壓力試驗要求，換熱管與管板焊接或脹接后需對接頭進行試壓，將殼程密封，待殼程充壓后檢查接頭泄漏情況[1]。密封用工裝填料座如圖3所示，主要由座板、座環、壓蓋、緊固件等組成。由于該容器結構的特殊性，座環為一次性使用。座環要求在法蘭與加強管焊接前套入加強管中，否則座環將無法安裝，待所有試壓完成后將其割除。座環套入前，加強管外表面作為密封面需先進行機加工。而壓蓋則采用分塊設計，因此時法蘭已焊上，壓蓋分塊設計便于安裝。為什么不采用座板與座環連成一體、壓蓋不分塊設計，在法蘭未與加強管焊接前套入加強管中的方案？經強度計算，該填料座所需厚度較大，預裝將嚴重妨礙容器后續工序的制造，況且該容器共制造五臺，填料座若只能一次性使用必然造成材料浪費。經上述優化設計，座板及壓蓋均可重復使用，大大節省制造成本。填料座的設計在保證強度滿足試壓要求的同時還需考慮：座板必須能穿過法蘭裝入；螺栓裝拆不受阻礙；盡量減少座板與壓蓋的厚度，使座板與法蘭間有足夠空間裝配壓蓋。

3 壓力試驗

3.1 壓力試驗基本要求

參與試驗工作的操作人員及監檢人員在試驗進行前應明確圖紙、工藝文件及相關標準的具體要求。

試驗使用場地應有可靠的安全防護設施，要有劃出試驗場地的安全區域。并用標識帶將試驗場地圍圈標志，明確告示正在進行試驗工作。試驗過程中不得在試驗場地區域進行與試驗無關的工作。試驗過程中由具體操作人員及相關的監檢人員負責現場的試驗工作，無關人員一律不得在試驗現場停留。

液壓試驗一般采用水作為試驗介質，并在常溫下進行。由于該容器主體材料采用復合板，應控制水中氯離子含量不超過25mg/L。

壓力試驗時必須采用兩個量程相同并經檢定合格的壓力表，壓力表的量程為試驗壓力2倍左右，但不應低于1.5倍和高于3倍的試驗壓力值。壓力表的精度不得低于1.6級，表盤直徑不得小于100mm。

保壓期間不得采用連續加壓來維持試驗壓力不變，壓力試驗過程中不得帶壓擰緊緊固件或者向受壓元件施加外力。

3.2 壓力試驗程序

3.2.1 換熱管水壓試驗

在換熱管兩端裝上專用的試壓管夾，一端連接試壓泵，一端連接壓力表，按圖紙要求以10MPa進行水壓試驗。

3.2.2 換熱管接頭壓力試驗

當部分冷凝器的殼體、管束、管箱等各部件制造完成后，徹底清除容器里面的飛濺、焊渣等，然后將管束用枕木墊托底部以及兩側，用起重專用的尼龍帶吊起管束裝入部分冷凝器的殼體中，此時上部殼體與管箱暫不安裝，裝上換熱管接頭專用的密封填料座及試驗壓環，并在殼程各法蘭裝上試壓盲板。在殼程加以3.7MPa水壓對換熱管接頭進行檢漏試驗。對有出現滲漏的地方進行標記，卸壓后按原換熱管接頭焊接工藝進行補焊處理。補焊后，殼程重新以3.7MPa水壓進行檢漏，檢查換熱管接頭無滲漏現象出現為之合格。換熱管接頭檢漏合格后，殼程徹底排干液體，安裝管箱并在管程各法蘭裝上試壓盲板，管程以7.86MPa水壓進行換熱管接頭強度試驗。待其合格后，殼程按HG/T20584-2011附錄A中B法對換熱管接頭進行氨檢漏試驗。

3.2.3管殼程水壓試驗

換熱管接頭壓力試驗合格后，拆除專用填料座，裝上上部殼體及膨脹節部件。各部件組裝完畢后，按照圖紙要求管程以7.86MPa壓力進行水壓試驗。管程水壓試驗合格后，殼程以6.43MPa壓力進行水壓試驗。特別要注意的是進行殼程水壓試驗時嚴格按照圖紙技術要求，必須同時在管程補壓≥5.43MPa以保證管程在任何情況下承受的負壓≤1MPa，包括升壓和卸壓過程。升壓時，管程先升壓，卸壓時，殼程先卸壓。

水壓試驗充水時容器頂部應設有排氣口，充水時應將容器內的空氣排盡。容器臥試時管程側上管箱有部分空氣難以排出，充水前用小膠管一端扎一塊泡沫塑料放在上管箱內，另一端從容器上封頭處法蘭口引出，以便將上管箱內空氣完全排出。試驗過程中應保持容器外表面的干燥。

水壓試驗時壓力應緩慢上升，達到設計壓力時，檢查確認無泄漏后繼續升壓至試驗壓力，保壓不小于30分鐘，然后將壓力降至設計壓力，保壓足夠的時間以對所有焊接接頭和連接部位進行檢查。檢查期間壓力應保持不變。

水壓試驗合格后，操作人員在放水前應首先打開排氣口，然后排干容器里的水，容器臥放時上管箱有部分水不能自然排出，應用人工將上管箱內的水排盡吸干。

3.2.4 管程氣密性試驗

管程和殼程的水壓試驗合格后，將容器里面的水徹底排放干凈后，按圖紙技術要求，管程以5.6MPa干燥潔凈的空氣進行氣密性試驗。當容器所有試驗全部完成后，用通過干燥器的壓縮空氣進行干燥處理。

4 結束語

壓力試驗是檢驗壓力容器整體質量的傳統試驗方法。為了避免制造過程中產生嚴重問題，容器制造后應經壓力試驗。本文針對部分冷凝器的結構及試壓要求，設計了試壓工裝。實踐證明，工裝很好解決了壓力試驗中的兩大難點，結合試壓程序及注意事項，使壓力試驗得以順利完成，確保產品的質量。

參考文獻

[1]GB151-1999.管殼式換熱器[S].