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列管式换热器常见故障与处理方法的探讨
发布时间:2019-11-4 16:55:35          浏览次数:30
 

列管式换热器常见故障与处理方法的探讨
                                      卢栋林
                   (甘肃有色冶金职业技术学院,甘肃  金昌  737100)
      [摘要]在工业生产过程中,列管式换热器是运用比较广泛的换热装置。由于设备结构和工艺条件存在差别,在使用过程中,会发生各种形式的故障和失效。针对列管式换热器常见的故障形式,分析故障产生的原因,提出处理的方法与意见,为列管式换热器的使用、维护和检修等提出建议。
    [关键词]列管;换热器;故障;处理
    [中图分类号]TH    [文献标识码]A    [文章编号]1007-1865(2014)04-0085-02
    工业生产过程中,热量与冷量的合理而有效利用,是非常重要的。为了满足生产需要,实现流体之间热量传递,使冷热流体温度,能达到工艺所要求的指标,经常会使用多种形式的换热设备。[1]特别是在石油和化工行业,换热设备占设备总数量的 40 %左右,占设备总投资的 30 %~45 %左右[1]。
    换热设备类型众多,列管式换热器是应用最为广泛的间壁式换热器。列管式换热器在使用过程中,由于介质的冲刷、腐蚀、振动等原因,都可能造成列管损坏和泄漏失效,因此应定期对换热器进行检查。及时发现故障,采取相应的措施进行修理。列管式换热器常见的故障有管壁积垢、列管泄漏和列管振动等。[2]
     1·管壁积垢的处理
    1.1  管壁积垢的原因
    在生产过程中,由于冷却介质(冷却水等)硬度较高,或介质中含有泥沙、悬浮物、颗粒物等,都会使换热管内、外壁严重积垢[3]。积垢会严重阻碍流体通过,随着积垢层不断加厚,热阻相应增大,从而影响换热效率。
    1.2  管壁积垢的检查方法
    通过测量冷热流体出口温度来检验,如果被冷却介质出口温度超过冷却介质出口温度的 1.1 倍时,说明换热器已经积垢,应采取相应的方法进行清除。
    1.3  管壁积垢的清除方法
    1.3.1  手动机械除垢法
    利用手动摩擦、切削、刷、磨、抛光、喷砂等方法清除管壁积垢。该方法操作简便,设备简单,但生产效率较低,劳动强度较大。只能适用于容积小,列管容易拆卸和更换的换热器。
    1.3.2  喷射清洗法
    利用高压水冲洗管板和管束,也是除去管束内外表面及管板积垢的一种有效方法。该方法适用于设备容积小,污垢容易清除,且管程和壳程容易拆卸的换热器。
    1.3.3  机械清洗法
    清除列管式换热器管内积垢时,经常用到的是风动或电动工具除垢法。
    对于管径大于 60 mm 的换热器,把风动涡轮机和清除工具(刷子、钻头、刀具等)一起放进换热管内,风动涡轮机连上软管,在软管中不断通入高压空气,清除工具在风动涡轮机的带动下,高速旋转,积垢就可以从管壁上刮削下来。[2]
     对于管径小于 60 mm 的换热器,受尺寸限制,电动或风动涡轮机不能与清除工具一起放到管子中去。利用清除工具末端的螺纹连接万向联轴器,万向联轴器连上软轴,风动涡轮机通过软轴带动清除工具高速旋转。在离心力的作用下,清除工具作锥形运动,刮削和冲击积垢,积垢被剥离下来。[2] 积垢清除原理如图 1所示。
   
    该方法不但适用于直管,而且还可以除去弯管的积垢,但在除垢过程中,清除工具可能对管壁造成刮伤,或因为机械振动导致管束松动等。因此,该方法也有一定的负面效应。
    1.3.4  化学清洗法
    利用化学清洗液在换热器内进行循环,使污垢与清洗液进行化学反应,达到溶解并除去污垢的效果。常用的化学清洗剂是 5 %~10 %的盐酸溶液。在化学清洗过程中,为了保证适当的清洗液浓度,应按时补充新鲜溶液。在化学清洗结束时,清洗液浓度应保持在初始浓度的 50 %以上。该方法适用于大型列管式换热器,设备不需要拆卸就可以除去污垢[4]。
    在化学清洗的过程中,清洗液不仅能与水垢起化学反应,而且会与设备本体金属起化学反应,对设备本体造成腐蚀。因此,化学法清洗结束后,应立即用蒸汽或清水进行洗涤。
    化学清洗的循环装置见图2。清洗工艺流程为:化学清洗液贮存在贮槽 1 内,用离心式循环泵4,把清洗液打到列管式换热器3 的壳程中,溶液与积垢进行化学反应,达到除去积垢的目的。清洗完后的溶液流入沉降槽2 中沉淀。澄清后的溶液,通过溢流管回流到清洗液贮槽1 中,循环使用。该方法不仅可以除去换热器管外积垢,还可以除去管内积垢。
    
    1.3.5  混合清洗
    假如积垢中含有碳渣、煤粉及其他不易清除的油性物质,靠单一的化学清洗或机械清洗,都不能达到理想的除垢效果,因此,需采用化学清洗联合喷射清洗的方法来除垢。需要强调的是,化学清洗后,由于清洗液会对管壁造成一定的腐蚀,管壁将会变薄,应调整水压,防止压力过高造成管子爆裂。
    2·列管泄漏的修理
    2.1  列管泄漏的原因
    列管泄漏主要是因为腐蚀而引起的,产生腐蚀的原因主要有:介质本身具有腐蚀性,对设备本体造成腐蚀;积垢对管子造成腐蚀;异物积聚在管子内外壁上,管子产生局部腐蚀;管程流体速度过大,对管子形成冲蚀;管程流体流速太小,一些沉淀物附着在管内壁上,出现电位差,导致管子腐蚀等[5]。
    2.2  管子泄漏检查的方法
    通常情况下,检查管子是否泄漏的方法是:在冷却介质出口设置取样管,定期对冷却介质取样并化验分析。假如冷却介质中出现另一种物料成分,说明出现了泄露的管子。
    2.3  检查某根管子泄漏的方法
    (1)对于管束能够拆除的换热器,在检查是否泄露时,先把管板与管束一起从换热器壳体中拆除下来,管板一端加盲板,将管束浸泡入水池中,分别从各管口通入压缩空气,如果管子有泄漏,则泄漏点有气泡冒出,在该管管口作上标记。
    (2)对管束无法拆除的固定管板式换热器,可拆除换热器一端封头,在此端管板处加盲板;拆除另一端封头,从壳程流体入口管通入循环水,充满壳程,如果某根管子出现泄漏,则水从该管管口流出,然后在该管口作上标记。
    2.4  泄漏列管的修理方法
    根据列管泄漏数量的多少,采用不同的修理方法。
    2.4.1  对少数列管泄漏的处理
    如果管束中仅有一根或为数不多的几根管子泄漏时,对换热器的换热效率不会造成大的影响,对泄漏的管子,用带锥度的金属塞分别堵塞两端管口,被堵塞的管子不再使用。通常情况下,被堵塞管子数量小于列管总数的 10 %[2]。
    2.4.2  对较多列管泄漏的修理
    如果管子泄漏较多,只能采取更换新管子方法来处理。
    (1)拆除油冷却器等薄壁金属管时,可采用铰孔或钻孔的方法,也可使用尖錾錾削涨接的管口。铰孔或钻孔时,把列管在管板孔口内胀接部分的基本金属切削掉,列管将会从管板孔口中拆除出来。錾削拆除时,利用尖錾錾削胀接部分管口,使其向里收缩,将列管与管板脱离,从管板的孔口中拆除管子[6]。
    (2)对于壁厚较厚的管子,可先用氧-乙炔火焰,在列管胀接部分切割出 4~8 个豁口,用手锤等工具把列管管口向里敲击使其收缩,使管子与管板上的孔口脱开,然后用专用工具牵拉出管子。 更换上的新管子,规格与材质与原来管子一致。根据不同的生产工艺、工作温度、操作压力、管道材质、流体性质等,列管与管板采取不同的连接方式。通常情况下,连接方法有焊接、胀接和胀焊相结合三种方法[7]。
    另外,还可以根据工艺条件不同,选择合适的列管材料;在冷热介质中加入缓蚀剂等方法,预防管子腐蚀泄漏。
    3·列管振动的消除
    3.1  列管产生振动的原因
    (1)为了加强传热和减小结垢,常采用提高壳程流体流速的方法,但流体流速提高往往会诱导管束振动。[7]
     (2)列管式换热器在制造时,折流板为了穿管方便,折流板上的管孔内径,往往比管子外径大 3~4  mm,这将不可避免地造成管子与折流板孔边缘不断碰撞,当折流板硬度大于管子硬度时,碰撞的结果,使管子管壁变薄,甚至被割出豁口,从而出现渗漏现象。
    (3)介质脉冲性流动,管子与管板胀接处的松动,换热器本身地脚螺栓松动,换热器频繁开停车等原因,都会导致管束的振动。
    3.2  列管振动消除的方法
    (1)对于壳程介质流速高而引起的管束振动,应根据工艺条件要求,详细计算换热器流体流速,操作中,严格控制合理的流体速度,消除管子振动。
    (2)对于折流板与管子之间间隙过大而引起的振动,假如管壁严重磨损时,应采用更换新管子的方法来修理。如果管壁轻微磨损,在管壁壁厚达到极限值前,将折流板平移 20~30  mm 左右,使新的磨损部位偏离原来位置。在折流板强度、许用应力等条件许可的情况下,移位次数可以达到 3~4 次,这样就可以很大程度的延长管子的使用寿命。另外,制造时,折流板管孔应加工得圆滑平整,不应有拉毛、锐边、倒角等现象;还可以通过缩短折流板之间的距离,增加折流板的数量,增大管壁厚度等多种方法,来消除管子振动。
    (3)对于流体脉冲性流动引起的管子振动,应采取减小或消除流体脉冲性流动的措施,来消除管子振动。比如,通过改造换热器结构,使流体脉动流方向与管束自重方向一致;或在流体入口前增设缓冲板;或在管路中增设缓冲器,使流动顺畅平稳,消除列管振动。
    (4)对于管子与管板孔口胀接部分松动失效,处理的方法是:重新涨接,再补焊,即采用涨焊相结合的方法。或拆除旧的换热管,更换上新的列管,新管子与管板的连接方式,采用贴胀加强度焊的结构,来消除管子与管板孔之间的“环隙腐蚀”,来消除管子振动。
    4·结束语
    针对列管式换热器出现的结垢、泄漏和振动等故障,分析了故障产生的原因,提出了相应的处理办法[8]。另外,在选用设备时,不仅要严把设计、制造、质量关口;还要对操作人员加强培训,使其熟练掌握工艺条件、设备性能;还有,对设备做到按时巡检,定时对介质取样分析,定期维护,定期检查和定期清洗,从而延长换热器使用寿命,为实现稳定、高效化工生产打下良好的基础。
参考文献
[1]向寓华.化工容器与设备[M].北京:高等教育出版社,2009.
[2]张麦秋,傅伟.化工机械安装与修理[M].北京:化学工业出版社,2010.
[3]顾天杰.换热器泄漏原因分析及对策[J].河北化工,2010,33(5):61-62.
[4]张俊杰,等.换热器管束流体激振研究的新思路[J].核动力工程,2003,24(6):517-520.
[5]符兴承,吴金星.管壳式换热器管束振动分析及防振措施[J].化学工业与工程技术,2003,24(3):26-28.
[6]夏广成.换热器浮头密封原因分析及处理[J].石油化工设备技术,2003,24(4):64-66.
[7]马万顺.换热器管束使用中存在问题的探讨[J].石油化工设备技术,2004,25(4):8-10.
[8]刘春雷,栾江峰.管壳式换热器常见失效形式浅析及对策探讨[J].化工装备技术,2008,29(3):38-40.

文章转自:换热器网 侵删
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