管殼式海水換熱器的故障分析及日常維護(hù)

林雄偉，張 楠，顧鑫斌

（1. 海軍青島地區(qū)裝備修理監(jiān)修室，山東青島 266034；2. 上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031）

0 引言

管殼式海水換熱器將運(yùn)行設(shè)備發(fā)出的熱量通過介質(zhì)進(jìn)行熱量交換，使設(shè)備的工作溫度保持在恒定范圍內(nèi)，因其冷卻介質(zhì)直接取自海水，且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用成本低、冷卻效果明顯，被廣泛應(yīng)用于各類海洋船舶裝備中。

1 管殼式海水換熱器的結(jié)構(gòu)

船舶液壓系統(tǒng)管殼式海水換熱器以海水為冷卻介質(zhì)，通過海水在芯組銅管內(nèi)的循環(huán)流動(dòng)，使被冷卻介質(zhì)由殼體進(jìn)口沿弓形隔板形成回路作循環(huán)橫跨流動(dòng)進(jìn)行熱量交換，將發(fā)熱液壓油的溫度降至正常工作范圍。其安裝形式分為立式安裝和臥式安裝，芯組密封分為軸向密封和徑向密封。管殼式海水換熱器主要由殼體、芯組（管板、冷卻銅管、隔板、套管）、封頭、防腐鋅棒及其他附件組成，如圖1所示。

圖1 管式換熱器結(jié)構(gòu)示意

2 管殼式海水換熱器的常見故障及排除方法

2.1 換熱器泄漏

液壓系統(tǒng)油箱內(nèi)液壓油出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，或安裝的油水分離報(bào)警裝置出現(xiàn)報(bào)警，說明該液壓系統(tǒng)內(nèi)換熱器出現(xiàn)泄漏，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)。造成換熱器內(nèi)部泄漏的原因主要有以下幾方面：1）密封圈老化失效，或安裝時(shí)被擠傷，安裝不到位[1]；2）銅管與管板漲接不到位，形成滲漏；3）銅管被海水腐蝕泄漏，銅管內(nèi)部被刮傷形成點(diǎn)蝕造成穿孔泄漏，或內(nèi)部堵塞致海水過速形成泄漏；4）銅管安裝不合理，形成應(yīng)力集中，造成銅管破裂。

針對(duì)上述故障情況，可通過更換密封圈、找出漲接泄漏點(diǎn)用擴(kuò)管器將其重新擴(kuò)口、用管塞堵塞泄漏銅管（堵塞數(shù)不超過總數(shù)的 5%），或更換換熱器芯組進(jìn)行維修處理，維修完畢后，必須通過壓力測(cè)試以檢測(cè)換熱器復(fù)裝后的密封性。

測(cè)試壓力按照冷卻器的正常工作壓力進(jìn)行，如圖2所示。泵壓過程可使用淡水在管側(cè)進(jìn)行打壓，也可利用被冷卻介質(zhì)在殼體側(cè)進(jìn)行打壓。待壓力穩(wěn)定后進(jìn)行保壓試驗(yàn)，保壓時(shí)間不少于30 min，壓力無下降。

圖2 壓力測(cè)試

2.2 液壓系統(tǒng)油液溫度持續(xù)上升

液壓系統(tǒng)在長時(shí)間運(yùn)行時(shí)，其油液工作溫度持續(xù)上升，無法滿足使用要求。形成該故障的主要原因有兩方面：1）海水流量和壓力不滿足設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致?lián)Q熱量變??；2）冷卻器內(nèi)部水垢積聚較厚，熱量交換效率降低[2]。

調(diào)整海水流量和壓力至工作要求，或清潔、更換管路過濾器濾芯，可以有效改善換熱器的換熱性能。在換熱器使用過程中，水垢的形成是不可避免的，因此清除水垢是提高換熱效率的關(guān)鍵，根據(jù)水垢堆積程度和換熱器材質(zhì)，選擇合理的處理方式才能有效保證清潔效果。某換熱器清潔前后的實(shí)物對(duì)比如圖3所示。清除水垢復(fù)裝后，應(yīng)進(jìn)行壓力測(cè)試，以確保換熱器內(nèi)部無泄漏。

圖3 換熱器清潔前后實(shí)物對(duì)比圖

1）機(jī)械清潔

內(nèi)部積聚雜物和水垢較多時(shí)，機(jī)械清潔的效果較為明顯。通過選用與冷卻銅管管徑相應(yīng)的軟毛刷或裝在棍子上的軟毛刷進(jìn)行清洗，如圖5所示。可以從冷卻海水的逆流方向進(jìn)行刷洗，以防止刷洗過程中堅(jiān)硬雜質(zhì)刮傷換熱器內(nèi)部表面，從而加速刮傷點(diǎn)的腐蝕。機(jī)械清潔可以在不挪動(dòng)冷卻器的情況下進(jìn)行，但需卸下兩側(cè)封頭。刷洗過程中應(yīng)逐根徹底刷洗干凈，不應(yīng)存在遺留或死角，清潔完畢后，使用新密封墊重新安裝封頭。

圖4 清管刷清管示意圖

2）沖洗清潔

內(nèi)部積聚雜物和水垢較少時(shí)，可將冷卻器卸下來進(jìn)行沖洗清潔?？捎酶邏簢姌寔砬宄艿纼?nèi)的沉積污物和表面水垢，清潔時(shí)應(yīng)逆流清洗，防止積聚雜物通過銅管內(nèi)部劃傷內(nèi)表面。

3）化學(xué)清潔

化學(xué)清潔可以除去冷卻水管道中的水銹沉積物。需要用10%的鹽酸加0.5%的抗氧化劑清除銅管材質(zhì)的水銹沉積物，水銹沉積物較多時(shí)，也可使用含緩蝕劑的50∶50鹽酸水溶液進(jìn)行清洗。安裝循環(huán)泵和工裝進(jìn)行循環(huán)沖洗，沖洗速度控制在0.25 m/s～1 m/s，沖洗中和時(shí)間不少于30 min。使用化學(xué)品清潔時(shí)，一定要按照洗滌劑生產(chǎn)廠家提供的說明及使用指南進(jìn)行，使用不當(dāng)會(huì)引起銅表面的點(diǎn)蝕和應(yīng)力開裂。因海水換熱器抗海水腐蝕，其內(nèi)部材質(zhì)均采用銅鋅合金（黃銅）或銅鎳合金（白銅），對(duì)于銅合金的化學(xué)清洗采用鹽酸或硝酸添加緩腐蝕劑，應(yīng)避免使用硫酸清洗，硫酸根離子可使銅合金引起應(yīng)力開裂[3]。清潔完畢后，使用潔凈淡水徹底沖洗換熱器，做到冷卻器內(nèi)沒有一點(diǎn)清潔殘留物。在沖洗換熱器過程中加入 1%的緩蝕劑CM-911和 0.5%的還原劑，可防止清洗劑持續(xù)腐蝕設(shè)備而造成設(shè)備損傷[4]。

隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，應(yīng)盡可能采用無毒無害、無刺激、易于處理、生物降解性好的低酸度、低堿度清洗劑，如水溶性羧酸、琥珀酸等環(huán)保型酸性清洗劑，乙二胺四乙酸鹽、檸檬酸鹽、次氮基三乙酸等螯合劑[5]。采用綠色化學(xué)清洗，既可減少環(huán)境污染，又可降低化學(xué)清洗劑處理成本。

3 換熱器的日常檢查和維護(hù)

換熱器的日常維護(hù)直接影響其使用壽命和使用效果。為確保換熱器在工作中能夠正常使用，并減少故障的發(fā)生，應(yīng)定期進(jìn)行設(shè)備檢查和維護(hù)。

1）防腐鋅棒腐蝕釋放陽極起保護(hù)作用，其腐蝕速率是根據(jù)冷卻介質(zhì)所在海域含鹽量不同和使用頻率決定的。一般情況下，防腐鋅棒腐蝕量達(dá)到1/2～2/3時(shí)，必須進(jìn)行更換。因此在換熱器初始工作兩周后，應(yīng)拆檢防腐鋅棒觀察其鋅金屬實(shí)際腐蝕程度，并根據(jù)腐蝕程度確定更換周期。為防止鋅棒腐蝕完畢后加速腐蝕銅管內(nèi)表面，造成換熱器內(nèi)部泄漏而破壞工作介質(zhì)的清潔度，建議每月對(duì)鋅棒進(jìn)行例行檢查。

2）換熱器工作環(huán)境溫度過低，在停用換熱器后應(yīng)及時(shí)通過排污口排除殼體和管路內(nèi)的冷卻海水，以防止海水出現(xiàn)冰凍現(xiàn)象，引起海水體積膨脹破壞設(shè)備密封。在長時(shí)間停用時(shí)，也應(yīng)將內(nèi)部冷卻海水排凈，以減緩防腐鋅棒及內(nèi)部表面的腐蝕。

3）換熱器使用早期應(yīng)依據(jù)冷卻海水的進(jìn)口溫度明確其冷卻效果，當(dāng)發(fā)現(xiàn)冷卻效果明顯下降，不能滿足使用要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)檢查海水泵輸出流量，并檢查過濾器是否已堵塞。若上述檢查項(xiàng)均為正常，則換熱器運(yùn)行三年后，也應(yīng)進(jìn)行換熱器內(nèi)部水垢和雜物的清洗。

4）換熱器長時(shí)間運(yùn)行時(shí)，其接海水一側(cè)會(huì)堆積各種雜物或被海水腐蝕形成水垢，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行清理，清潔間隔需根據(jù)換熱器冷卻效果及所用的冷卻水質(zhì)而定。清潔內(nèi)部水垢和雜物不只為了保持換熱器的熱交換性能，也因?yàn)榻Y(jié)垢會(huì)增加腐蝕的危險(xiǎn)。管道積有障礙物將導(dǎo)致管路流速加大，產(chǎn)生過速侵蝕。清洗換熱器可有效提升換熱效果并延長設(shè)備使用壽命，清洗方包括機(jī)械清潔（污垢較嚴(yán)重）、高壓水清潔（污垢較輕）、化學(xué)清潔等。

4 結(jié)束語

設(shè)備的各類故障均存在其產(chǎn)生原因，只有正確分析其根源，制定預(yù)防和解決措施，才能有效避免故障的發(fā)生。及時(shí)地對(duì)換熱器進(jìn)行日常檢查和維護(hù)，可以有效提高設(shè)備使用效果和壽命，顯著降低設(shè)備的故障率。

[1] 熊從貴, 林通, 王昕光, 等. 船用冷凝器換熱管的失效分析[J]. 機(jī)電工程, 2014, 31(6): 753-756.

[2] 安維崢, 王維民, 石永強(qiáng), 等. 海洋平臺(tái)用海水換熱器腐蝕防護(hù)現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J]. 廣州化工, 2010,38(1): 23-26.

[3] 余存燁. 工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗的回顧與思考[J]. 清洗世界, 2012(7): 1-9.

[4] 宋軍強(qiáng) 劉志新. 熱交換器硫污垢的化學(xué)清洗[J].清洗世界, 2007(2): 34-36.

[5] 焦慶祝, 揚(yáng)婷, 劉明婧, 等. 論綠色化學(xué)清洗[J].清洗世界, 2007(9): 22-26.