固定管板式換熱器失效分析及檢修

劉德璽

[摘 要]固定管板式換熱器是石油化工行業(yè)的重要使用設(shè)備，并廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)領(lǐng)域。然而，固定管板式換熱器由于各種原因的影響，容易出現(xiàn)失效情況。因此，本文就其常見失效的形式進行介紹，并提出檢修措施。

[關(guān)鍵詞]固定管板式換熱器；失效；檢修

中圖分類號：TQ051.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）16-0033-01

固定管板式換熱器憑借其結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、適應(yīng)性強與清洗方便等優(yōu)勢，得到各行業(yè)的廣泛應(yīng)用，對各行業(yè)經(jīng)濟效益的提高起著重要的促進作用。特別是它能承受較高的操作壓力和溫度，能占更大的優(yōu)勢。但由于換熱器投入使用的環(huán)境與工作情況不一，會產(chǎn)生各類問題，造成機器失效，嚴重影響工作進度。經(jīng)濟快速發(fā)展帶動能源等需求量不斷擴大，提高換熱效率，減少換熱器失效情況的發(fā)生，能給企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟效益，促進企業(yè)長期發(fā)展。

一、固定管板式換熱器

換熱器的工作原理為將流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，具有熱能轉(zhuǎn)換的作用?？梢员ＷC工藝過程中的流體等介質(zhì)處于一個恒定的溫度，也可以提高熱能的利用率，減少能源的消耗。固定管板式換熱器是管殼式換熱器的一種典型機構(gòu)，是目前應(yīng)用最廣泛的換熱器。它具有結(jié)構(gòu)簡單，空間小，適應(yīng)性廣，并且生產(chǎn)成本低，換洗簡單便捷。管子損壞時易于堵塞或者更換。

固定管板式換熱器主要零部件包括殼體、接管、封頭、管板、換熱管、折流元件等，溫差較大的換熱器還會有膨脹節(jié)，利用膨脹節(jié)法師緩慢的彈性變形來補償因為溫度應(yīng)力引起的熱膨脹。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要保證熱、冷兩種流體等介質(zhì)能走兩種不同的路徑，一般分走管程和殼程。管板不僅能固定管束，還可以將殼層和管層的流體能均勻匯集到換熱管中，最后送出換熱器。

二、固定管板式換熱器的失效分析

由于固定管板式換熱器使用環(huán)境與工作情況的不同，選用材質(zhì)不合格或者介質(zhì)特性等原因，會造成多種形式的失效，給生產(chǎn)帶來嚴重的不便，甚至?xí)斐山?jīng)濟損失。下面將重點分析常見的失效原因：

（1）管板與換熱器連接處的失效

管板與換熱器的連接處屬于幾何圖形，本身容易變形，加上溫度應(yīng)力的存在、連接方式不當(dāng)與焊接不合格（含有氣孔或者雜質(zhì)）等因素，導(dǎo)致兩者之間的連接處存在較大的殘余應(yīng)力。同時流體具有特殊性，可能含有腐蝕性，還存在被振動的作用下，連接處容易斷裂、開裂與腐蝕等不良現(xiàn)象，進而影響換熱器效果的發(fā)揮。

（2）換熱管與折流板的配合處的失效

為了避免換熱器熱脹冷縮造成的不利影響，設(shè)計時需要在換熱器與折流板的配合處留下較大的空間，否則溫度過高時會因為熱脹冷縮而開裂。但由于流體的腐蝕性，配合處所留的空間導(dǎo)致殼程流體的流動振動更頻繁，振幅更大，高壓力的負荷還可能導(dǎo)致折流板變薄，切割換熱管而引起泄露失效，影響換熱器傳遞熱量的效率。

（3）管束失效

設(shè)備運行時，有腐蝕性活磨蝕性的液體、氣體、蒸汽等流體不斷對換熱器進行腐蝕，或者換熱器內(nèi)壁因污垢物的積累造成腐蝕。發(fā)生腐蝕后的換熱管會變薄，產(chǎn)生細微的裂紋，在高強度的振動與高壓應(yīng)力的作用下，裂紋會不斷擴大甚至造成流體泄露，換熱器失效。此外，由于懸浮物質(zhì)與顆粒物導(dǎo)致?lián)Q熱管內(nèi)外壁嚴重結(jié)垢，厚度的增大會增大傳熱熱阻，嚴重時還會玷污或者堵塞換熱器，降低換熱器的換熱能力。

（4）膨脹節(jié)處與封閉處的失效

設(shè)置膨脹節(jié)是為了避免溫度較大造成的熱膨脹，但由于工作情況、材質(zhì)選用與加工制造缺陷的因素，導(dǎo)致膨脹節(jié)面臨破壞，形成換熱器失效。封閉處是換熱器的重要部位，但由于組裝焊接的過程中，焊接順序不當(dāng)、參數(shù)選擇不合理等原因，導(dǎo)致封閉處的制造加工存在瑕疵，造成換熱器失效。

（5）其他

除了以上羅列的失效原因，此外，還可能由于制造加工不規(guī)范、材質(zhì)選用不符合標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備操作不當(dāng)、后期維護檢修工作不到位等原因，造成固定管板式換熱器失效。

三、固定管板式換熱器失效的檢修措施

針對以上造成固定管板式換熱器失效的原因，應(yīng)該對癥下藥，可以通過防腐技術(shù)、抗震技術(shù)與防結(jié)垢技術(shù)等手段來預(yù)防失效的再次發(fā)生。

（1）選用優(yōu)質(zhì)材料

換熱器需要承受高溫高壓的環(huán)境，還會與腐蝕性較強的流體進行直接接觸，因此，在換熱器制造加工過程中，必須選用優(yōu)質(zhì)材料。首先，要求選用的材質(zhì)符合國家與相關(guān)行業(yè)的基本要求與規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)；其次，設(shè)計過程中，充分考慮介質(zhì)特性，合理選擇流體管的材質(zhì)；還要根據(jù)換熱器的部件來確定材質(zhì)，要保證各個元件之間能最好匹配，盡量消除不同材料接觸所形成的電勢差。需要注意的是，折流板材質(zhì)硬度盡量低于換熱器，降低在接觸過程中折流板對換熱管的磨損破壞。

（2）先進的工藝技術(shù)

工藝技術(shù)是避免換熱器失效的關(guān)鍵手段。因此，需要根據(jù)部件工作情況等方面的因素，選擇正確的連接方式，才能避免連接處出現(xiàn)斷裂等現(xiàn)象。也可以適當(dāng)增加一些部件的厚度，提高抗切割能力。最常見的工藝即為焊接，首先，焊接前需要對焊接部位清理干凈，避免焊接部位存在污垢等雜質(zhì)，確保焊接的質(zhì)量；管板與殼體的連接處采用焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)販p少管板的厚度；選用多個膨脹節(jié)，避免膨脹節(jié)運行過程中波峰或波峰波谷過渡部位減薄開裂破壞造成內(nèi)部泄漏，來提高膨脹節(jié)的使用壽命。

（3）做好防腐工作

腐蝕的主要原因在于換熱器內(nèi)部流體腐蝕性造成，因此，必須有針對性地做好防腐工作。一方面，在設(shè)計過程中考慮介質(zhì)特性選用合理的材質(zhì)，在流體進出口設(shè)置過濾裝置、緩沖結(jié)構(gòu)，還可以在流體中加入腐蝕劑，采取滲鋅加涂層聯(lián)合防腐的方法，可以有效預(yù)防失效的發(fā)生。另一方面，增加涂料保護，涂料具有一定的彈性，能對周期性的振動起到阻止作用，降低微振腐蝕造成連接處斷裂現(xiàn)象的發(fā)生。此外，還可以延長換熱器的使用壽命，提高設(shè)備抗腐蝕風(fēng)險的概率。碳鋼滲鋅防腐也可以作為防腐手段的選擇之一

（4）日常維護工作

對換熱器加強日常維護工作，是防治失效工作的重中之重。由于換熱器容易累積顆粒物、懸浮物等形成污垢層，這些污垢層不利于換熱器的暢通，還會降低傳熱熱阻。因此，應(yīng)該安排專門的人員負責(zé)換熱器日常維護工作，定期與檢查設(shè)備流量、壓力與溫度等操作記錄分析定結(jié)垢的情況，對出現(xiàn)失效的問題要進行徹底調(diào)查，分析原因，整理得出檢修方案，檢修后并時刻跟蹤檢修的結(jié)果。對由于操作不當(dāng)造成失效的情況，要及時開展換熱器操作培訓(xùn)，杜絕違規(guī)操作與不當(dāng)操作的現(xiàn)象發(fā)生。

四、結(jié)論

總而言之，固定管板式換熱器失效的原因是多方面造成的，主要是因為材質(zhì)選擇不好、工作情況與介質(zhì)的特性、防腐工作不到位、焊接工藝不夠先進等。因此，面對換熱器失效的問題，應(yīng)該從設(shè)計、制造加工、安裝維修與操作等方面綜合考慮問題的根源，才能真正起到檢修的作用。只有合理選用材質(zhì)、提升工藝技術(shù)、做好防止腐蝕工作、加強日常維護管理工作等，才能延長換熱器的使用壽命，避免出現(xiàn)失效現(xiàn)象，確保換熱器能安全可靠高效的運行。

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