段利哲 包廣華

摘? ?要： 吸收式熱泵若發(fā)生泄漏，將對產(chǎn)品使用性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響，亟待提出工藝改進(jìn)方案。從吸收式熱泵的工作原理出發(fā)，介紹三種檢漏技術(shù)——?dú)饷苄栽囼?yàn)、氦檢漏試驗(yàn)和罩檢試驗(yàn);結(jié)合洛陽雙瑞特種裝備有限公司2019年采用氣密性試驗(yàn)、氦檢漏試驗(yàn)對產(chǎn)品漏點(diǎn)進(jìn)行檢測的情況，從組件焊縫、本體焊縫、真空管道、閥門連接、脹接管頭五個(gè)方面具體分析了漏點(diǎn)的產(chǎn)生原因，提出了優(yōu)化箱體結(jié)構(gòu)、改進(jìn)焊接工藝、彎頭一體成型、增強(qiáng)閥門密封性能、優(yōu)化脹接參數(shù)等措施。改進(jìn)后，平均每臺吸收式熱泵氦檢漏點(diǎn)3.19處，接近行業(yè)標(biāo)桿水平，質(zhì)量提升效果顯著。

關(guān)鍵詞： 吸收式熱泵;氣密性;氦檢漏;漏點(diǎn);工藝改進(jìn)

中圖分類號：TB774? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：2095-8412 （2020） 05-142-05

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http：//gyjs.cbpt.cnki.net? ? DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.05.026

引言

吸收式熱泵源于吸收式制冷機(jī)，在我國經(jīng)過20多年的發(fā)展，設(shè)備研發(fā)、配套技術(shù)、產(chǎn)品性能已經(jīng)非常成熟、可靠。吸收式熱泵既可制冷，又可供熱，能夠?qū)崿F(xiàn)一機(jī)兩用。此外，在吸收式熱泵中，低位熱在全年都能得到很好的利用，在電力供應(yīng)緊張、余熱資源豐富的地區(qū)具有獨(dú)特優(yōu)勢。因此，吸收式熱泵近年來受到了廣泛重視，今后必將成為制冷、供熱的一種主導(dǎo)設(shè)備。

截至目前，國內(nèi)外學(xué)者針對吸收式熱泵開展了諸多研究工作，主要集中在系統(tǒng)設(shè)計(jì)[1-2]、傳熱機(jī)理研究[3]、仿真模擬[4-5]、應(yīng)用改造[6-7]等領(lǐng)域。吸收式熱泵有時(shí)會發(fā)生泄漏，哪怕是微小的泄漏，也會對產(chǎn)品的使用性能產(chǎn)生很大的影響，同時(shí)機(jī)組內(nèi)溴化鋰在空氣中氧化性、腐蝕性和吸濕性很強(qiáng)，對鋼鐵有很強(qiáng)的腐蝕作用，機(jī)組也會很快銹蝕壞掉。目前關(guān)于吸收式熱泵檢漏技術(shù)研究比較分散，從本體焊縫、組件焊縫、真空管道、閥門連接、脹接管頭綜合研究較少。

本文首先介紹吸收式熱泵的工作原理，對檢漏必要性進(jìn)行分析;其次闡述三種檢漏技術(shù)——?dú)饷苄栽囼?yàn)、氦檢漏試驗(yàn)和罩檢試驗(yàn)的工藝流程和試驗(yàn)步驟;然后結(jié)合洛陽雙瑞特種裝備有限公司（以下簡稱“我公司”）業(yè)務(wù)實(shí)際，對2019年產(chǎn)品漏點(diǎn)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析;最后，對漏點(diǎn)產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，提出工藝改進(jìn)措施。

1? 工作原理及檢漏必要性分析

1.1? 工作原理與內(nèi)部流程

吸收式熱泵整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其工作原理是壓縮機(jī)消耗機(jī)械功，驅(qū)動工質(zhì)在熱泵中循環(huán)流動，從而將熱量從低溫?zé)嵩催B續(xù)地“泵送”到高溫?zé)釁R，以供給用戶。吸收式熱泵工作的內(nèi)部流程為：高溫驅(qū)動熱源對發(fā)生器進(jìn)行加熱，制冷劑蒸汽從發(fā)生器內(nèi)的溶液中蒸發(fā)出來，在冷凝器中放熱，對熱水繼續(xù)加熱;節(jié)流后，熱水進(jìn)入蒸發(fā)器，吸收低品位熱源的熱量，變成蒸汽，進(jìn)入吸收器;發(fā)生器中變濃的溶液從熱交換器進(jìn)入吸收器，吸收來自蒸發(fā)器的制冷劑蒸汽，放出熱量繼續(xù)加熱熱水，而吸收器中變稀的溶液又通過熱交換器進(jìn)入發(fā)生器。至此，一輪循環(huán)完成并往復(fù)。

1.2? 檢漏必要性分析

吸收式熱泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，介質(zhì)特殊（溴化鋰在空氣中對鋼鐵有很強(qiáng)的腐蝕作用，但在真空狀態(tài)下加入緩蝕劑，基本上不腐蝕金屬），正常工作時(shí)內(nèi)部為真空狀態(tài)。不同于普通正壓設(shè)備，真空運(yùn)行設(shè)備對設(shè)備密封性能、整機(jī)泄漏率控制要求較高，哪怕是微小的泄漏，也會對產(chǎn)品的使用性能產(chǎn)生很大的影響，而產(chǎn)品自身可能存在泄漏的位置又很多，因此檢漏工序顯得尤為重要和必要。

2? 檢漏技術(shù)

假定本文介紹的吸收式熱泵由發(fā)生器、吸收器、冷凝器、蒸發(fā)器、溶液泵、冷劑泵、板換組的封閉環(huán)路，并內(nèi)充以工質(zhì)對（吸收劑溴化鋰和循環(huán)工質(zhì)水）溶液。目前機(jī)組的檢漏技術(shù)包括氣密性試驗(yàn)、氦檢漏試驗(yàn)、罩檢試驗(yàn)三種[8]。

2.1? 氣密性試驗(yàn)

氣密性試驗(yàn)是為防止機(jī)組發(fā)生泄漏而進(jìn)行的以氣體為加壓介質(zhì)的致密性試驗(yàn)的一種，工藝流程如圖2所示。

試驗(yàn)步驟如下：

（1）確認(rèn)所有部件已經(jīng)焊接完畢，脹管完成，產(chǎn)品主體及真空配管部分符合圖紙要求，且整體外觀滿足要求。

（2）氣密性試驗(yàn)前，將所有單向角閥關(guān)閉、雙向角閥打開，確保各室相互連通。

（3）打開機(jī)組一個(gè)真空角閥，連接沖入壓縮空氣，待壓力達(dá)到工藝要求時(shí)，關(guān)閉角閥開關(guān)。

（4）在機(jī)組充氣過程中，可通過聽聲音（嘶嘶聲）來判定是否有大漏洞。

（5）對所有外部焊縫均應(yīng)噴檢漏液，逐項(xiàng)檢查漏點(diǎn)，并做好記錄。若檢驗(yàn)不合格，則重新補(bǔ)焊并檢驗(yàn)。特別注意機(jī)組的縱、橫向主焊縫，以及殼體外箱體、真空配管焊縫、管頭等一些焊接難度大的區(qū)域和脹接難度較大的部位。）

2.2? 氦檢漏試驗(yàn)

氦檢漏試驗(yàn)是一種利用氦氣良好的滲透能力對機(jī)組泄漏進(jìn)行檢測的方法，工藝流程是將待檢機(jī)組內(nèi)部抽真空，示蹤探頭在被檢表面掃過，通過高靈敏度的氦質(zhì)譜檢漏儀檢出流入機(jī)組內(nèi)部的氦氣流，從而檢測機(jī)組有無泄漏，并確定漏點(diǎn)部位[9-10]，如圖3所示。

試驗(yàn)步驟如下：

（1）把真空泵、氦質(zhì)譜檢漏儀及數(shù)顯表連接到設(shè)備上，把機(jī)組殼程內(nèi)抽真空（5 Pa以下），再打開氦質(zhì)譜檢漏儀真空狀態(tài)抽真空，再打開氦質(zhì)譜檢漏儀上面的閥門，與設(shè)備連通。

（2）待壓力穩(wěn)定后，使用示蹤探頭，按照氣密性試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的可疑漏點(diǎn)逐項(xiàng)檢查。先從被檢件的上部開始，由上而下，從靠近檢漏儀的部位開始，由近及遠(yuǎn)，可準(zhǔn)確判斷漏孔位置。

（3）針對脹接管頭，可采用局部排除法，對機(jī)組換熱管管頭進(jìn)行局部罩檢。將熱泵兩端對應(yīng)的水室蓋蓋上，向內(nèi)沖入適量氦氣，兩端密封，逐個(gè)水室排查。

（4）若存在局部漏率較大的問題，則采用排除法，用塑料布或工裝將需要檢漏的部分罩起來，向內(nèi)充入氦氣，期間等待時(shí)間應(yīng)大于其反應(yīng)時(shí)間，查看氦質(zhì)譜檢漏儀漏率變化。若漏率在一段時(shí)間內(nèi)無變化，則確定該區(qū)域不漏;若漏率在短時(shí)間內(nèi)迅速上升，則應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行小區(qū)域罩檢，步驟同上，依次排查。

2.3? 罩檢試驗(yàn)

罩檢試驗(yàn)是指用塑料罩將機(jī)組整體蓋罩，把塑料罩內(nèi)部充滿氦氣，測量單位時(shí)間內(nèi)氦質(zhì)譜檢漏儀測定漏入機(jī)組內(nèi)部的氦氣量，通過計(jì)算得出的實(shí)際泄漏量，判定機(jī)組的泄漏量是否符合規(guī)定要求[11-12]。 罩檢試驗(yàn)工藝流程如圖4所示。

試驗(yàn)步驟：將整個(gè)機(jī)組包起來，將機(jī)組外側(cè)與包裝塑料膜之間沖入氦氣，保證密封不漏氣;然后將機(jī)組殼程抽真空，啟動氦質(zhì)譜檢漏儀，報(bào)警值根據(jù)要求設(shè)定，待壓力值穩(wěn)定下來，保壓30 min，測總漏率，每隔5 min記錄一組數(shù)據(jù)。規(guī)定時(shí)間內(nèi)，若漏率低于設(shè)定值，則罩檢試驗(yàn)合格，機(jī)組檢漏完畢?，F(xiàn)場罩檢試驗(yàn)如圖5所示。

3? 檢漏問題統(tǒng)計(jì)分析

吸收式熱泵泄漏位置主要包括本體焊縫、組件焊縫、真空管道、閥門連接、脹接管頭五大類。以我公司2019年生產(chǎn)的16臺吸收式熱泵為例，通過氣密性試驗(yàn)和氦檢漏試驗(yàn)，平均每臺漏點(diǎn)7.25處。表1對產(chǎn)品檢漏情況進(jìn)行了詳細(xì)記錄。

通過表1數(shù)據(jù)繪制如圖6所示的漏點(diǎn)分布圖，可以清晰地看到漏點(diǎn)的分布數(shù)量由多到少依次為組件焊縫、閥門連接、本體焊縫、真空管道、脹接管頭。后續(xù)根據(jù)圖6逐項(xiàng)解決。

4? 漏點(diǎn)產(chǎn)生原因分析及改進(jìn)

對統(tǒng)計(jì)得到的產(chǎn)品漏點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分，以明確泄漏具體位置，分析泄漏原因，進(jìn)行針對性改善，通過PDCA循環(huán)不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量。

4.1? 組件焊縫

組件焊縫的漏點(diǎn)集中在外部箱體拐角處、噴淋入管端部等位置，分析原因如下：

（1）工藝規(guī)范執(zhí)行不到位;

（2）組件焊工的技能水平參差不齊;

（3）個(gè)別焊縫焊肉不飽滿，焊角高度不夠;

（4）局部結(jié)構(gòu)不合理，焊肉不能有效填充。

針對以上問題，提出以下改進(jìn)措施：

（1）加強(qiáng)監(jiān)督考核，通過不定期巡檢、加大獎懲力度等促使工作人員嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求;

（2）組織焊工參加培訓(xùn)，提升業(yè)務(wù)技能;

（3）實(shí)施工藝改進(jìn)，優(yōu)化箱體結(jié)構(gòu)。將拼板式改為折彎式，以減少焊縫數(shù)量。對噴淋入管端部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，將直接折彎的堵板改為內(nèi)伸焊接結(jié)構(gòu)，增加焊角。更改前后的噴淋入管結(jié)構(gòu)如圖7所示。

4.2? 本體焊縫

本體焊縫的漏點(diǎn)主要發(fā)生在主焊縫中間位置、外部箱體與殼體繞角焊接位置、開孔補(bǔ)板與殼體焊縫接頭位置，如圖8a所示。

分析得知漏點(diǎn)產(chǎn)生的主要原因是焊縫有氣孔、局部熔深小、補(bǔ)板熔透等，與氣保焊焊絲受潮、表面生銹、焊接操作不當(dāng)、補(bǔ)板厚度不合適等有關(guān)。

改進(jìn)措施：合理選擇焊材，注意焊材存放，明確焊接操作要求，增加補(bǔ)板厚度等。合格焊縫如圖8b所示。

4.3? 真空管道

部分真空管道在前期進(jìn)行了一些改進(jìn)，包括明確了對接焊縫要求，優(yōu)化了真空管路結(jié)構(gòu)，減少了焊縫數(shù)量等?；谏鲜龉に嚫倪M(jìn)，漏點(diǎn)數(shù)量已經(jīng)相應(yīng)下降。

后續(xù)改進(jìn)思路：其一是實(shí)施真空預(yù)制，考慮通過管道自動焊設(shè)備的采用來提高效率和焊縫質(zhì)量;其二是接口位置改進(jìn)，在方便配管的前提下實(shí)現(xiàn)預(yù)制和一體成型的最大程度結(jié)合。如圖9所示，直管、45°彎頭、90°彎頭一體成型，減少了配管后的焊接量，既提高了效率，又可減少漏點(diǎn)。

4.4? 閥門連接

閥門連接處的漏點(diǎn)產(chǎn)生原因是管道過濾器端部排污口處采用的螺紋連接不合理，如圖10a所示。發(fā)現(xiàn)問題后，對該螺紋連接處采取了纏繞加涂抹脹管膠的方法。后續(xù)擬再對該螺紋密封部位增加O形密封圈，使得真空密封更加可靠，如圖10b所示。

另一方面是抽氣電磁閥組件中真空接頭與管子連接處，原因是初次使用的管子表面質(zhì)量不好，影響真空接頭密封性能;采用表面光滑的管子后，未再發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)。

4.5? 脹接管頭

對脹接管頭進(jìn)行了以下工藝改進(jìn)：一是優(yōu)化管孔加工工藝，增加滾孔工序，提高管孔尺寸一致性及表面光潔度;二是根據(jù)每個(gè)腔室實(shí)測的脹管率結(jié)果微調(diào)脹接參數(shù)。

全年脹接管頭發(fā)現(xiàn)3處漏點(diǎn)，質(zhì)量較往年顯著提高。新發(fā)現(xiàn)的漏點(diǎn)主要是產(chǎn)生于個(gè)別換熱管直徑偏小，故采用原脹接參數(shù)脹管后擴(kuò)管率不足。調(diào)整后，未再發(fā)生泄漏，如圖11所示。

5? 結(jié)束語

本文結(jié)合洛陽雙瑞特種裝備有限公司業(yè)務(wù)實(shí)際，詳細(xì)介紹了吸收式熱泵檢漏技術(shù)，提出了針對漏點(diǎn)進(jìn)行工藝改進(jìn)的措施。目前行業(yè)標(biāo)桿企業(yè)生產(chǎn)的其他熱泵機(jī)組平均每臺氦檢漏點(diǎn)約3處，我公司吸收式熱泵產(chǎn)品全年平均每臺氦檢漏點(diǎn)3.19處，接近行業(yè)標(biāo)桿水平，產(chǎn)品質(zhì)量提升效果顯著。希望本文也能夠?qū)π袠I(yè)內(nèi)其他類似產(chǎn)品的檢漏工作提供一些啟發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1] 馮小雷， 孫立紅， 劉海峰， 等. 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)分析[J]. 工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新， 2017， 4（1）： 150-151.

[2] 高鳳華， 槐曉強(qiáng). 華北地區(qū)集中供暖空氣源熱泵的工程應(yīng)用探討： 以濟(jì)南市高墻王小區(qū)集中供暖空氣源熱泵項(xiàng)目為例[J]. 工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新， 2015（3）： 309-313.

[3] 鄭劍嬌， 郭培軍， 隋軍， 等. 煙氣型吸收式制冷機(jī)的變工況特性研究[J]. 工程熱物理學(xué)報(bào)， 2012（8）： 1275-1278.

[4] 才華， 謝曉云， 江億. 多級大溫差吸收式換熱器的設(shè)計(jì)方法研究與末寒季性能實(shí)測[J]. 區(qū)域供熱， 2019（1）： 1-7， 25.

[5] 邊海軍， 付林， 張世鋼， 等. 利用吸收式熱泵技術(shù)回收石化行業(yè)低溫余熱的應(yīng)用研究[J]. 區(qū)域供熱， 2013（3）： 36-40.

[6] 李靜原. 吸收式熱泵中吸收器傳熱傳質(zhì)與匹配特性研究[D]. 北京： 清華大學(xué)， 2016.

[7] 李巍， 梁愛民， 周淑芬. 吸收式熱泵回收凝聚過程廢熱的中試研究[J]. 節(jié)能技術(shù)， 2002（1）： 24-28.

[8] 肖漢武， 蔣玉齊. 關(guān)于氦質(zhì)譜檢漏固定方法的幾點(diǎn)討論[J/OL].真空與低溫： 1-13[2020-09-14]. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/62.1125.O4.20200226.1801.002.html.

[9] 曹慎誠. 實(shí)用真空檢漏技術(shù)[M]. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社， 2011.

[10] 無損檢測 氦泄漏檢測方法： GB/T 15823-2009[S].

[11] 承壓設(shè)備無損檢測 第8部分： 泄漏檢測： NB/T 47013.8-2012[S].

[12] 中國化工裝備協(xié)會. 鋼制壓力容器制造常規(guī)檢驗(yàn)方法和檢具[M]. 昆明： 云南人民出版社， 2006： 139-144.

作者簡介：

段利哲（1985—），通信作者，男，漢族，河南洛陽人，本科，工程師。主要從事產(chǎn)品（壓力容器、高壓氣瓶、膨脹節(jié)、橋梁支座、特種材料制品等）檢驗(yàn)檢測管理工作。

E-mail： duanlizhe168@163.com

（收稿日期：2020-08-31）