浅析空气冷却器管束的爆裂原因

浅析空气冷却器 管束的爆裂原因

李元孝

山东省产品质量检验研究院，济南 250100

摘要：针对安装于某A有限公司的牌号为3A21空气冷却器管束，本文从化学成分、金相、气密性试验等检测分析数据为依据，综合分析了其可能爆裂的原因，并提出了的分析意见。

关键词：空气冷却器管束；爆裂；气密性试验；

空气冷却器简称空冷器,以空气作为冷却剂,可用作冷却器，也可用作冷凝器。空冷器主要由管束、支架和风机组成。管内的热流体通过管壁和翅片与管外空气进行换热，所用的空气通常由通风机供给[1]。空气冷却器可用于冷却或冷凝，D型系列空气冷却器可与不同制冷剂的压缩冷凝机组配套，用于不同库温的冷库中，作为制冷设备，其中DL型适用于库温为0°左右的冷库，如保存鲜蛋或蔬菜的冷库，DD型适用于库温为-18°左右的冷库，作为肉类、鱼类等冷冻食品的冷藏用，DJ型适用于库温为-25°或低于-25°的冷库，作为鲜肉或鲜鱼制品或调理食品的速冻用[2]。

一、概述

当空气与冷却器表面接触时，冷却器的表面与空气之间存在着温差，依据传热学原理，空气的热量将通过冷却器的表面传递给管内的冷媒，空气的温度方得以降低。在冷却器的表面温度低于被处理空气的露点温度时，空气中的水蒸气被凝结，达到冷却去湿的目的。目前，国内外广泛使用的空冷器均采用铝材料制成，重量轻，抗振能力强。通道采用先进的同步分层流散热技术，在保持系统流量不变的前提下，将待消散工质的总流量分为若干个细的小流量。在每个平行通道之间选用铝材料制作翅片，以增加换热面积，加快传热。翅片一般用热导率高的材料（最常用的是铝）制成，缠绕或镶嵌到光管上。为强化空冷器的传热效果，可在进口空气中喷水增湿。这样既降低了空气温度，又增大了传热系数。采用空冷器可节省大量工业用水，减少环境污染，降低基建费用。特别在缺水地区，以空冷代替水冷，可以缓和水源不足的矛盾。

在冷却风扇的作用下，以空气为冷却源，强制加热，使系统介质温度降至理想工作范围，从而提高液压系统的工作稳定性和液压元件的使用寿命。空冷器有结构简单、重量轻、散热效果好、安装方便快捷等特点。

买卖双方某A有限公司与某B有限公司签订《工业品买卖合同》购买4台DL-200型空气冷却器。其中的1台DL-200型空气冷却器管束发生爆裂造成损失，现通过检测其化学性能、物理性能对空气冷却器管束的爆裂原因进行分析鉴定。

空气冷却器现安装于某A有限公司5～7号冷库的西墙北侧上方。该系统目前已无法运行，现将空气冷却器从墙壁上拆卸下来。

冷却器管束为回气管束，由一根长度为800mm、外径为72.2mm的铝管和8支外径为20.0mm的支管组成。勘验发现两处变形部位，其中一处靠近封头位置，两根支管之间有一唇形撕裂口，裂口长为60mm，翘起高度为15mm；另外一处靠近法兰位置，铝管发生环向起鼓变形，变形最大位置处的铝管外径为76.5mm。该冷却器设备标牌标识有“型号DL200”、“风量10000×2 m³/h”、 “冷却面积201m²”、“电机功率2.2×2kW”、“出厂编号Y80080916L645”、“重量400kg” 、“出厂日期×年×月”、“某B有限公司”、“地址：某市某×工业园×号”等信息。

二、检验情况

启动空气压缩机，测试空气冷却器进气管束与回气管束之间的内部情况，发现整个空气冷却器内部回路畅通，未发现堵塞现象。

将空气冷却器回气管束爆裂部位切割带回实验室，检测唇形撕裂口翘起边和未翘起边的壁厚为1.1mm ～1.5mm。

某B有限公司采购合同《工业品定做合同》，合同中明示该铝管的牌号为3A21。检测该铝管的化学成分符合GB/T 3190《变形铝及铝合金化学成分》中牌号为3A21的技术要求，见表1化学成分检测结果表。其中，化学成分按GB T 7999《铝及铝合金光电直读发射光谱分析方法》规定的方法进行分析，数值修约方法按GB/T8170《数值修约规则与极限数值的表示和判定》的规定。

表1化学成分检测结果表

从铝管爆裂处取样，检测其金相组织为α固溶体基体上均匀分布着析出的Al₆Mn等质点相，组织正常。

沿管束的唇形撕裂口外侧对铝管进行横向切割,然后用铝合金焊条将该管束的8根支管管口和切割后铝管的管口焊堵后，进行气密性试验，向管束内冲入氮气，使管内压力达到试验压力1.84MPa，保压10min，管束未发生泄漏及塑性变形，试验过程中，用于检测铝管变形的百分表指针未见摆动。1.84MPa气密性试验前后分别用π尺检测铝管同一位置处的周长，尺寸均为56.8mm。继续进行气压试验使管内压力达到3.0MPa，保压10min，用于检测铝管变形的百分表指针未见摆动。3.0MPa气压试验前后分别用π尺检测铝管同一位置处的周长，尺寸均为56.8mm。

三、分析说明

该回气管束爆裂处的宏观形貌呈唇形并向外张开，裂口处呈平滑的刀刃状，说明是由于管内承受压力向外爆裂所致。

爆裂铝管处的金相显微组织和化学成分正常，可以排除组织缺陷和非金属夹杂等组织结构原因导致的铝管机械性能下降的因素。

该管束按照某B有限公司《DL200 冷却器总图》进行1.84MPa的气密性试验时，未发生泄漏及塑性变形。继续进行3.0MPa气压试验时，管束同样未发生泄漏及塑性变形等现象。这说明该管束的铝管及8支外径为20.0mm的支管可以承受正常的工作压力。

综合上述因素，管束爆裂是由于管内承受较大压力造成的。

四、分析意见

该回气管束内部压力大，导致回气管束发生爆裂。

参考文献：

[1]王震.空气冷却器浅谈[J].机械与电子2014, (20). 120-121.

[2]陈家新,谭羽非.压缩机中间冷却器采用不锈钢波纹管的试验研究[J].热能动力工程,2001,(6).635-636.

作者简介：李元孝，男，汉族，1985年3月生，籍贯山东济南，大学本科，高级工程师。主要从事产品质量检测及司法鉴定方面的工作。