固定管板式換熱器失效分析及檢修

固定管板式換熱器失效分析及檢修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(gè)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(jìn)行介紹，并提出檢修措施。固定管板式換熱器；失效；檢修中圖分類號(hào)：TQ051.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）16-0033-01固定管板式換熱器憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、適應(yīng)性強(qiáng)與清洗方便等優(yōu)勢(shì)，得到各行業(yè)的廣泛應(yīng)用，對(duì)各行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高起著重要的促進(jìn)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(shì)。但由于換熱器投入使用的環(huán)境與工作情況不一，會(huì)產(chǎn)生各類問題，造成機(jī)器失效，嚴(yán)重影響工作進(jìn)度。經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展帶動(dòng)能源等需求量不斷擴(kuò)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(jì)效益，促進(jìn)企業(yè)長(zhǎng)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(gè)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(jī)構(gòu)，是目前應(yīng)用最廣泛的換熱器。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空間小，適應(yīng)性廣，并且生產(chǎn)成本低，換洗簡(jiǎn)單便捷。管子損壞時(shí)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(huì)有膨脹節(jié)，利用膨脹節(jié)法師緩慢的彈性變形來補(bǔ)償因?yàn)闇囟葢?yīng)力引起的熱膨脹。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(huì)造成多種形式的失效，給生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的不便，甚至?xí)斐山?jīng)濟(jì)損失。下面將重點(diǎn)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(shí)流體具有特殊性，可能含有腐蝕性，還存在被振動(dòng)的作用下，連接處容易斷裂、開裂與腐蝕等不良現(xiàn)象，進(jìn)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(jì)時(shí)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(shí)會(huì)因?yàn)闊崦浝淇s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(dòng)振動(dòng)更頻繁，振幅更大，高壓力的負(fù)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(yùn)行時(shí)，有腐蝕性活磨蝕性的液體、氣體、蒸汽等流體不斷對(duì)換熱器進(jìn)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(huì)變薄，產(chǎn)生細(xì)微的裂紋，在高強(qiáng)度的振動(dòng)與高壓應(yīng)力的作用下，裂紋會(huì)不斷擴(kuò)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(yán)重結(jié)垢，厚度的增大會(huì)增大傳熱熱阻，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)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(hù)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(duì)以上造成固定管板式換熱器失效的原因，應(yīng)該對(duì)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(huì)與腐蝕性較強(qiáng)的流體進(jìn)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(jì)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(gè)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(shì)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(duì)換熱管的磨損破壞。（2）先進(jìn)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(duì)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(gè)膨脹節(jié)，避免膨脹節(jié)運(yùn)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(duì)性地做好防腐工作。一方面，在設(shè)計(jì)過程中考慮介質(zhì)特性選用合理的材質(zhì)，在流體進(jìn)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(hù)，涂料具有一定的彈性，能對(duì)周期性的振動(dòng)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(zhǎng)換熱器的使用壽命，提高設(shè)備抗腐蝕風(fēng)險(xiǎn)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(hù)工作對(duì)換熱器加強(qiáng)日常維護(hù)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(huì)降低傳熱熱阻。因此，應(yīng)該安排專門的人員負(fù)責(zé)換熱器日常維護(hù)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(duì)出現(xiàn)失效的問題要進(jìn)行徹底調(diào)查，分析原因，整理得出檢修方案，檢修后并時(shí)刻跟蹤檢修的結(jié)果。對(duì)由于操作不當(dāng)造成失效的情況，要及時(shí)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?yàn)椴馁|(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(jìn)等。因此，面對(duì)換熱器失效的問題，應(yīng)該從設(shè)計(jì)、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(qiáng)日常維護(hù)管理工作等，才能延長(zhǎng)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(yùn)行。參考文獻(xiàn)：【1】 李玉艷，孔維榮.固定管板式換熱器管束腐蝕失效分析.石油化工腐蝕與防護(hù)， 2016， 33（1）：61-64.【2】黃顏鋒，王文金，周立坤，等.固定管板式換熱器故障分析.中國化工貿(mào)易，2015，7（32）.【3】楊星辰，張雅琴，段成紅.基于ASME -1的大直徑固定管板式換熱器管板的簡(jiǎn)化分析.壓力容器，2016（4）.