摘要：单排管直接空冷散热器在我国火力发电厂直接空冷机组中有着广泛应用。近年来，单排管的生产商越来越多，产品性能良莠不齐，因单排管基材质量问题导致的事故在工程应用中逐渐暴露出来。本文针对单排管基材质量问题进行了原因分析，并给出了单排管选择的建议。
关键词：直接空冷；单排管；质量问题；原因分析
前言：直接空冷系统的核心是空冷散热器，而散热器的核心部件是翅片管。翅片管直接影响直接空冷系统的效率与稳定性，而且占直接空冷系统设备投资中的60%以上。因此，翅片管的技术发展一直围绕不断提高换热效率与防冻性能，同时尽量降低成本来展开。经历了从最早期的圆管圆翅片四排管，再到矩形翅片椭圆管两排管，直到目前应用最多的单排管[1]。
目前，市场上主流的电站空冷散热器供应商均拥有自主知识产权的单排管。随着单排管基材生产及加工实现国产化，国内生产厂家越来越多，但产品质量良莠不齐，工程应用中时有因散热器翅片管基材质量问题导致的空冷系统事故出现，甚至个别电厂还发生了停机事件，造成较大经济损失。
本文对工程应用中出现的散热器翅片管基材质量问题进行了原因分析，对单排管的选择提出了建议。
1 单排管质量问题原因分析
目前，国家已出台行业标准《发电厂直接空冷凝汽器单排管管束》（DL/T245），该标准用于规范单排管的设计、制造、检验和验收。规范中规定了单排管基管钢敷铝复合板材中钢管和外敷铝材应符合的国家相关材质标准以及敷铝层厚度下限等。而关于钢敷铝复合板材的复合工艺、轧制工艺、钎焊工艺、铝翅片的厚度等均未做规定。没有统一标准导致工程应用中翅片管基材质量控制较难，导致的事故较多。针对比较集中的质量问题，下文分析了其原因。
1.1管束变形
电站空冷岛散热器管束常规长度在10m左右，与水平成60°左右夹角放置，且承受较大的温度应力。因此，散热器对管束强度要求较高。影响管束变形的主要原因有：
1.1.1基管壁厚薄
在单排管加工国产化以前，基管壁厚大多为1.5mm。此壁厚是由哈蒙公司在研发单排管凝汽器的过程中确定。随着市场竞争的白热化，GEA公司率先将其生产的ALEX管基管壁厚降至1.35mm，原因在于在翅片之间钎焊了一条铝带，增强了支撑性。随后其它电站空冷散热器供应商为节约成本，提高市场竞争力，纷纷优化壁厚。甚至个别供应商将壁厚降低至1.2mm以下，却无有效措施增强整体强度，导致散热器整体强度不够而发生变形。
1.1.2单面覆铝钢板性能不达标
早期国产化生产的单面覆铝钢板由于厂家在选择基材和轧制工艺上不过关，导致单面覆铝钢板在晶粒度、纯净度以及微量元素的含量不达标导致力学性能（如抗拉强度、屈服强度和延伸率）不能满足工程应用要求，而发生变形。
1.1.3单面覆铝钢板的公差大
据了解，部分厂家的单面覆铝钢板厚度公差只能控制在±0.1mm。这样的公差反映在厚度上差异明显。例如：1.5mm厚的单面覆铝钢板，如果公差为±0.1mm，那最薄和最厚的地方就相差了0.2mm，接近15%差异，在热胀冷缩和受力的过程中，在管束最薄处容易变形。
1.2 基管铝层脱落
单面覆铝钢板的脆性相是导致基管铝层脱落的主要原因。脆化层与钢和铝的伸缩性不一致，在钎焊过程中，以及工程应用中遇高、低温交替变化时，脆性相最终导致铝层从单面覆铝钢板上脱落。
生成脆性相的主要原因是：
1.2.1冷轧工艺参数设置不当
单面覆铝钢板采用冷轧法复合，轧制和退火的过程中，由于参数设置不当，生成了脆性相[2]。
1.2.2钎焊参数设置不当
在钎焊过程中，当钎焊温度或钎焊时长设置不当时，使焊接热输入量过大，导致生成脆性相[3]。
导致单面覆铝钢板基管铝层脱落的另外一个原因是覆铝层厚度过厚：
覆铝层有良好的防腐蚀性能，又有良好的导热性能，当覆铝层达到一定厚度后，防腐蚀性能和导热性能提高缓慢，但分层几率却大幅加大。
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1.2.3翅片脱落
翅片管翅片脱落的主要原因是由于钎焊缺陷。导致缺陷的原因如下：
① 虚焊
在钎焊翅片的过程中，由于翅片或基管表面清洁度不合格或钎剂污染、炉内气氛不好等因素[4]，导致钎焊过程中形成虚焊，造成翅片管翅片的脱落。
② 钎焊参数控制不当
钎焊的质量主要取决于接头质量，而钎焊过程的主要工艺参数钎焊温度和保温时间是影响接头质量的关键因素。钎焊参数设置不当，容易造成溶蚀、钎料流失、晶间扩散、虚焊或焊缝不饱满等缺陷，使接头强度下降[5][6]。
③ 操作不当
钎焊过程中炉子开、停工过程中频繁升、降温，反复急冷急热，会造成接头疲劳裂纹。
④ 表面粗糙
基管或翅片表面粗糙容易使钎焊料在焊接过程中流淌，分布不均，降低接头强度。
1.3翅片变形、损坏
① 翅片厚度薄
国内外的电站空冷散热器供应商都有对单排管做过抗腐蚀相关试验。试验结论较为相似：低于0.3mm厚度的翅片较难保证30年的使用时间。
② 清洗水压过大
空冷岛散热器外表面脏污，采用高压水清洗，冲洗水压过大易造成破损和扭曲变形。
1.4传热效率不理想
影响翅片管传热性能的主要因素有：①焊接强度；②焊接结合率；③覆铝层厚度；④翅片与基管的材料；⑤翅片型式及几何尺寸；⑥翅化比；⑦管内外流体流速；⑧积灰等[7]。
上述①、②项由焊接质量决定；③项由轧制工艺决定；④至⑧项由单排管的工艺设计决定，目前各供应商的单排管在工艺设计上差异不大。
结束语：
综上所述，单排管的质量问题主要来自基材材质及规格选择不当，以及钎焊质量不佳。
对于钎焊质量，作为采购方只能在选择合格的供应方的同时加强工厂监造与检查力度。而基材材质及规格应根据工程具体情况给出明确要求。建议如下：
①基管材质及规格
基管采用单面覆铝钢板，铝、钢应复合紧密，寿命期内应保证始终无分层现象，在分子扩散区不得有脆性相层出现，不得有硅沉积现象，明确硅的最高含量。
建议明确单面覆铝钢板的厚度、制造厚度及宽带的最大公差；明确覆铝层厚度的范围值。
② 翅片材质及规格
目前，翅片选择不存在材质问题，各供应商均采用的3003防锈铝，且运行良好。采购方可根据电厂的运行年限，明确翅片的最小厚度。
参考文献：
[1] 邱丽霞，郝艳红，李润林等.直接空冷汽轮机及其热力系统[M].北京：中国电力出版社，2006.
[2] 沈黎.铝-铜、钢-铝层状金属复合材料的界面反应研究 [D].昆明：昆明理工大学，2002.
[3] 雷振，秦国梁，林尚扬等.铝与钢异种金属焊接的研究与发展概况[J].焊接，2006（4）：16-20.
[4] 李宴辉，胡伟.管带式换热器氮气炉钎焊工艺及影响钎焊质量的因素[J].焊接技术，2002，31（1）：28-30.
[5] 崔岩，张昕，朱晓刚.试论钎焊质量的影响因素[A].2002年中国机械工程学会年会，2002年.
[6] 单庆成.汽车空调热交换器氮气炉钎焊工艺的研究[D].重庆：重庆大学，2009.
[7] 黄靖国.高频焊螺旋翅片管的制造及在石化工业中的应用[J].广州化工，2002，30（3）：56-58.
作者简介：
李莉（1982－），女，四川泸州人，高级工程师，从事火电厂水工专业工作。
论文作者:李莉,李贵雷,尹奇,杨卓颖,任家驰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/13
标签：钎焊论文; 单排论文; 基材论文; 散热器论文; 厚度论文; 钢板论文; 翅片论文; 《电力设备》2018年第8期论文;