石油化工高壓隔膜式換熱器泄漏分析及解決方案

宋安江

新疆油田公司工程質(zhì)量監(jiān)督站 新疆 克拉瑪依 830000

隔膜式換熱器是一種新型的換熱器，這種換熱器的結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的特點，采用了一種獨(dú)特的設(shè)備，隔膜式換熱器具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、傳熱效果好等優(yōu)勢。在石油化工生產(chǎn)中，隔膜式換熱器主要用于對溫度較低的流體進(jìn)行加熱和冷卻，這種換熱設(shè)備應(yīng)用于石化行業(yè)中能夠有效降低能耗，促進(jìn)節(jié)能減排目標(biāo)的實現(xiàn)。隨著我國科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，隔膜式換熱器也在不斷發(fā)展。但在實際應(yīng)用中，由于多種因素的影響，隔膜式換熱器泄漏問題依然存在，給企業(yè)帶來了較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，從隔膜式換熱器的設(shè)計、制造以及應(yīng)用等方面進(jìn)行研究，旨在為隔膜式換熱器在石油化工生產(chǎn)中的應(yīng)用提供一定的理論參考。

1 煉油化工企業(yè)生產(chǎn)過程中對換熱器的應(yīng)用

通常情況下，石油和化工行業(yè)都會產(chǎn)生大量的熱量，為了降低生產(chǎn)中所需的熱量，需要采用換熱器，但在換熱器的應(yīng)用中，往往會出現(xiàn)密封泄漏和腐蝕等問題。所以，煉化單位在采用換熱設(shè)備時需要注意：一是采用換熱設(shè)備前，要對其進(jìn)行安裝、調(diào)試，保證換熱設(shè)備正常工作。其次，在使用時，要對換熱器的工作給予足夠的關(guān)注。例如，在起動之前，一定要把所有的出氣口都加熱起來，并且要注意起動時是否先噴出冷氣，然后再噴出熱氣，以避免由于熱脹而引起的泄漏、火災(zāi)、爆炸等事故。最后，采用空氣冷卻器時，要確保介質(zhì)流動均勻，起到較好的冷卻作用，并且要對換熱器的整體運(yùn)行進(jìn)行跟蹤，并做好運(yùn)行情況的記錄和分析，確保換熱器的工作質(zhì)量[1]。

2 換熱器密封泄漏問題分析

2.1 高壓隔膜式換熱器基本結(jié)構(gòu)

隔膜式高壓換熱器的典型構(gòu)造見圖1，采用雙殼程構(gòu)造，由U型管束上的管板把換熱器的外殼隔成管程和殼程。管程與介質(zhì)由導(dǎo)流筒隔開，讓管程介質(zhì)據(jù)此通過管程入口接管，導(dǎo)流筒、管程為換熱管束、管程出口承接。殼程由U型管束中部的隔板和密封條將殼程介質(zhì)分隔，使殼程介質(zhì)經(jīng)過殼程換熱之后，再從殼程的出口處排出。它具有結(jié)構(gòu)緊湊，本實用新型能夠有效地利用U型管換熱器芯部換熱面積，極大地提高了換熱效率。

圖1 高壓隔膜換熱器結(jié)構(gòu)

2.2 高壓隔膜式換熱器檢修后主要泄漏點

由圖1隔膜式換熱器的結(jié)構(gòu)形式可以看出，大修之后可能發(fā)生泄漏的部位有如下幾個方面：

（1）換熱器管，殼程進(jìn)，出口法蘭，一般法蘭密封面為RJ型，用金屬環(huán)墊高，漏油主要是由于金屬環(huán)墊層密封線或密封面破損所致、法蘭密封墊槽破損、螺栓預(yù)緊力不足或擰緊不均等等。在解決這種密封面泄漏的過程中，首先，用紅丹砂檢查法蘭墊片密封槽的密封線是否連貫，如墊片破損，改用金屬環(huán)墊，如果法蘭墊片的密封槽破損，然后將墊片的密封槽磨碎修補(bǔ)，直到通過對密封線的連貫性的檢驗。密封線經(jīng)檢驗合格，在螺栓進(jìn)行緊固的時候，需要使用液壓工具來進(jìn)行緊固，從而保證了預(yù)緊壓力達(dá)到要求，并且緊固力是一致的。

（2）換熱器管束的管板和殼體漏油，這種密封面的泄漏將會引起換熱器的內(nèi)漏而引起管、殼程介質(zhì)互相串液。換熱器芯子管板和殼體的密封面通常是突面（RF）型的，使用帶外環(huán)的金屬卷邊密封墊，如發(fā)生泄漏，立即將換熱器的管束抽出，并檢查密封件表面，更換密封墊。在換熱器管束回裝完成后，應(yīng)進(jìn)行殼程水壓力測試，檢查密封表面的密封性，并檢查管束有無滲漏，使其定位在導(dǎo)流筒內(nèi)，隔膜密封件，管箱法蘭蓋回裝前的處理。

（3）換熱器管束的隔板密封條，主要起到分隔殼程，隔板密封條的構(gòu)造方式如圖2所示。所述密封條為10層厚度為0.1mm不銹鋼條疊合而成，在安裝管束時，要按照介質(zhì)流向來確定密封條的彎曲方向，不然的話，會對密封條的隔離效果產(chǎn)生影響，導(dǎo)致殼程介質(zhì)走上直流，從而影響了介質(zhì)的傳熱效率。隔膜密封條的實物圖片如圖3所示。

圖2 隔膜式換熱器管束隔板密封條安裝示意

圖3 隔膜式換熱器管束隔板密封條

3 高壓隔膜式換熱器泄漏原因分析

針對隔膜式換熱器的泄漏問題進(jìn)行分析，首先要了解隔膜式換熱器泄漏的原因。從宏觀角度上來說，隔膜式換熱器泄漏主要是因為管束在操作過程中受到了影響，導(dǎo)致管束發(fā)生破裂，從而出現(xiàn)泄漏問題。從微觀角度上來看，隔膜式換熱器泄漏主要是因為管束發(fā)生了變形，并且在高溫和高壓環(huán)境中，管束的變形情況更為嚴(yán)重，導(dǎo)致密封性能降低。如果管束的密封性能較差，則容易出現(xiàn)泄漏問題。從以上兩個方面來看，導(dǎo)致隔膜式換熱器泄漏的原因有很多，例如設(shè)備質(zhì)量差、安裝不規(guī)范等都會對其造成影響。另外，如果管束存在缺陷，也容易導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)泄漏問題[2]。因此，需要在日常操作中加強(qiáng)對設(shè)備質(zhì)量和工藝操作水平的檢查工作。

3.1 設(shè)備質(zhì)量方面的問題

在實際的工作中，由于生產(chǎn)工藝和設(shè)備質(zhì)量的影響，可能導(dǎo)致設(shè)備泄漏。在工業(yè)生產(chǎn)中，由于存在著生產(chǎn)工藝不合理、設(shè)備質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問題，所以在操作過程中容易出現(xiàn)泄漏的情況。此外，設(shè)備本身存在著制造工藝差、加工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問題，也可能會導(dǎo)致泄漏的發(fā)生。例如，在實際的生產(chǎn)過程中，如果隔膜式換熱器在制造過程中，沒有嚴(yán)格按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制造，那么就可能會造成設(shè)備存在著質(zhì)量問題，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致泄漏。除此之外，在設(shè)備安裝時也可能會出現(xiàn)一些問題。由于某些生產(chǎn)工藝沒有按照規(guī)定進(jìn)行安裝、或是安裝不合理，那么就可能會造成設(shè)備的密封性不足。這就可能導(dǎo)致設(shè)備泄漏的情況發(fā)生。

3.2 操作方面存在的問題

操作方面存在的問題，主要包括不規(guī)范的操作。由于隔膜式換熱器所使用的材料相對較高，操作人員在操作過程中，沒有對生產(chǎn)條件進(jìn)行充分考慮，只進(jìn)行簡單的調(diào)整，就進(jìn)行了設(shè)備的啟動和停止工作，這樣就會導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)一定的偏差，從而影響到設(shè)備的正常運(yùn)行。

3.3 工藝操作水平的影響

高壓隔膜式換熱器運(yùn)行過程中，工藝操作水平對其性能有很大的影響，如果工藝操作水平不達(dá)標(biāo)，會使設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)大量的雜質(zhì)和污垢，影響設(shè)備正常運(yùn)行。此外，在隔膜式換熱器運(yùn)行過程中，如果工藝操作水平不達(dá)標(biāo)，會使換熱效果降低，增加設(shè)備內(nèi)的溫度波動幅度。若溫度波動幅度較大，則會使換熱效果受到影響。由于在換熱過程中，隔膜式換熱器的實際換熱效果會受到環(huán)境因素的影響。如果環(huán)境溫度較低，則會使換熱效果變差。而溫度過高則會導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)的介質(zhì)處于飽和狀態(tài)，不僅縮短了換熱器的使用壽命，還會影響其換熱效果。此外，在日常操作過程中，如果工藝操作水平不達(dá)標(biāo)，也會使設(shè)備出現(xiàn)問題。比如：當(dāng)壓力低于一定值時，設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)會出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象；當(dāng)壓力高于一定值時，介質(zhì)則會出現(xiàn)蒸發(fā)現(xiàn)象。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)問題時，就會使設(shè)備性能下降，影響設(shè)備運(yùn)行效率。

4 解決高壓隔膜式換熱器泄漏的對策

4.1 加強(qiáng)隔膜式換熱器的檢修工作

對換熱器進(jìn)行定期的檢修和維護(hù)，是避免泄漏、及時發(fā)現(xiàn)隱患的重要措施。所以，石油化工生產(chǎn)要構(gòu)建嚴(yán)格的設(shè)備檢修和維護(hù)制度，提升檢修工作的質(zhì)量。比如，在進(jìn)行高壓隔膜式換熱器的維修時，一定要讓維修人員對設(shè)備的設(shè)計圖紙和技術(shù)要求有一個很好的了解；二是實行常規(guī)維修和非常規(guī)維修相結(jié)合的巡檢方式。根據(jù)實際情況，如果高壓隔膜式換熱器發(fā)生了泄漏，那么就會引起很大的安全事故[3]。并且，泄漏的出現(xiàn)是有一定的偶然性的。因此，在換熱器的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，相關(guān)工作人員必須不定時地對設(shè)備展開觀察，并著重對容易出現(xiàn)泄漏的部位展開分析，這樣才能及時地發(fā)現(xiàn)泄漏點，將設(shè)備泄漏造成的危害降到最低。三是要利用網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立一個在線監(jiān)控平臺，隨時監(jiān)控?fù)Q熱設(shè)備的運(yùn)行情況，一旦發(fā)生泄漏事故，系統(tǒng)就能及時反饋，并做出相應(yīng)的處理[4]。

4.2 嚴(yán)格控制隔膜密封盤焊接質(zhì)量

因為焊接質(zhì)量與密封盤的密封程度有直接的聯(lián)系，所以在進(jìn)行焊接的過程中，一定要嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)。首先，在焊接的過程中一定要采用小電流、低電壓、氬弧焊，對焊接線能量進(jìn)行控制，將層間溫度控制在150℃以內(nèi)。焊接保護(hù)氣為氬氣，要求純度在99.7%以上，焊接速度控制在10～12cm/min；其次，焊縫為上下兩層，每層之間的接縫間距至少為100mm，密封焊的焊腳高度不得低于7mm。為防止膜片密封片在焊接過程中產(chǎn)生變形，對膜片密封片采取剛性緊固法；在焊接結(jié)束后，需要對焊縫部位進(jìn)行滲透性測試，以確保焊縫的質(zhì)量達(dá)到有關(guān)的技術(shù)規(guī)范的要求。

4.3 利用液壓脹接的方式進(jìn)行連接

一般采用強(qiáng)脹的方法進(jìn)行連接，由于受力不均，會引起管道的變形，加速管道的硬化，并且隨著摩擦的增大，變形的程度也會逐漸變化，再加上外部的影響因素比較多，因此，脹緊度不可能一直保持一致。而液壓脹接法則是以液壓為動力，在施壓時是均勻地施加壓力，不會造成管道由于受壓不均而變形，也不會出現(xiàn)硬化的情況，從而起到更好的密封作用。

5 結(jié)束語

高壓隔膜式換熱器是石油化工生產(chǎn)中常用的設(shè)備之一，在石油化工生產(chǎn)過程中發(fā)揮著重要作用，具有操作簡單、熱交換效率高等特點，但是在使用過程中容易出現(xiàn)泄漏問題，影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在石油化工生產(chǎn)中要對其泄漏原因進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)措施解決泄漏問題，實現(xiàn)工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。從當(dāng)前情況來看，我國對隔膜式換熱器的研究還不夠深入，在實際應(yīng)用過程中也存在一定的問題，影響了工業(yè)生產(chǎn)效率和效益。本文主要從隔膜式換熱器的結(jié)構(gòu)特點和工作原理等方面進(jìn)行分析，闡述了在石油化工生產(chǎn)中高壓隔膜式換熱器出現(xiàn)泄漏問題的原因。同時也提出了相應(yīng)的解決措施。希望能夠?qū)窈笙嚓P(guān)問題的解決提供一定幫助和參考。高壓隔膜式換熱器在石油化工安全生產(chǎn)中起到了很大的作用。因為各種原因，高壓隔膜式換熱器在工作過程中很容易產(chǎn)生泄漏，針對泄漏故障，采取相應(yīng)的措施，是目前高壓隔膜式換熱器檢修工作的一個重要方面，也是確保石油化工企業(yè)安全生產(chǎn)的一項重要措施。