董衛(wèi)衛(wèi) 牛鵬敏 郭峪希

山西陽煤化工機械(集團）有限公司，中國·山西 太原 030000

1 引言

在動力、化工等行業(yè)中，換熱器的應(yīng)用十分廣泛，是實現(xiàn)能源傳遞的關(guān)鍵設(shè)備，對工業(yè)生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，浮頭式換熱器逐漸得到應(yīng)用，該類設(shè)備在結(jié)構(gòu)上具有復(fù)雜性的特點，因此需要采取有效的檢驗檢測手段，以實現(xiàn)故障問題的有效預(yù)防和處理，延長設(shè)備的使用壽命。尤其是浮頭式換熱器長期處于高溫高壓環(huán)境中，容易在蒸汽的作用下出現(xiàn)腐蝕問題，不僅對設(shè)備運行造成影響，也會威脅人們的安全。應(yīng)該結(jié)合浮頭式換熱器的自身運行原理和特點，注重對內(nèi)壁腐蝕問題的總結(jié)與分析，綜合考量設(shè)備自身因素、環(huán)境因素等，制定切實可行的檢驗檢測方案，對質(zhì)量安全隱患問題進行排查，提高整體生產(chǎn)水平，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中予以全面控制。

2 浮頭式換熱器概述

2.1 基本結(jié)構(gòu)

在工業(yè)生產(chǎn)中會涉及較多的熱量交換環(huán)節(jié)，因此對于換熱器的依賴程度較高，只有確保換熱器的良好性能，才能提升生產(chǎn)效率與質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造利潤。尤其是在大型企業(yè)當(dāng)中，換熱設(shè)備的成本投入較大，占到整個設(shè)備投資的30%左右，因此需要在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)做好控制措施，以避免給企業(yè)造成巨大損失。浮頭式換熱器改善了傳統(tǒng)換熱器的弊端，能夠有效提升傳熱效率，增強設(shè)備的運行穩(wěn)定性，達到節(jié)能環(huán)保的效果。鉤圈、圓筒、法蘭和浮頭管板等，是浮頭式換熱器的主要組成部分。凹形密封面設(shè)置于外頭蓋側(cè)法蘭內(nèi)側(cè)面當(dāng)中，通過鉆孔和套絲的方式處理密封面外側(cè)。

浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)圖

2.2 設(shè)計優(yōu)缺點

浮頭式換熱器的設(shè)計情況會對生產(chǎn)及使用情況產(chǎn)生直接影響，因此應(yīng)該根據(jù)具體生產(chǎn)要求進行合理設(shè)計和優(yōu)化，增強浮頭式換熱器的運行穩(wěn)定性及安全性。應(yīng)該考慮到設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點、工藝條件等，同時滿足設(shè)備的使用操作和維修管理需求，為后續(xù)工作的實施提供便捷。除了應(yīng)該明確技術(shù)標(biāo)注外，還應(yīng)該在設(shè)計中嚴(yán)格控制成本，避免由于設(shè)計不合理導(dǎo)致的生產(chǎn)制造成本升高。相較于傳統(tǒng)換熱器而言，浮頭式換熱器的性能具有明顯優(yōu)勢。管束設(shè)計的方式能夠滿足抽出式清洗的需求，使流體溫差的控制效果更好，防止影響設(shè)備故障穩(wěn)定性。在高溫高壓環(huán)境下的運行可靠性更強，在輕微腐蝕或者結(jié)垢情況下的性能較好。然而，浮頭式換熱器也存在一定的弊端，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)容易給故障查找和維修帶來困難，而且生產(chǎn)制造中的耗材量較大，這在一定程度上增加了設(shè)備成本。因此，應(yīng)該在生產(chǎn)制造和使用中注重隱患問題的排查，改善設(shè)備的性能狀況。

3 浮頭式換熱器檢驗檢測的方法

3.1 設(shè)備使用情況

針對設(shè)備的使用情況進行全面檢查，尤其是要拆開后觀察內(nèi)壁情況。了解各個構(gòu)件的基本情況，包括固定管、浮頭蓋、浮頭鉤圈法蘭和隔板等，確保其技術(shù)參數(shù)符合生產(chǎn)要求。基本參數(shù)包括設(shè)計溫度、封頭材質(zhì)、設(shè)計壓力、筒體材質(zhì)、使用壓力、筒體壁厚、封頭壁厚等。在檢驗檢測中應(yīng)該由專業(yè)人員負責(zé)，認真核對每一項參數(shù)，防止由于疏忽大意而無法對浮頭式換熱器的質(zhì)量問題加以排查和解決。

3.2 腐蝕部位

拆開浮頭式換熱器的封頭后進行檢測，腐蝕問題出現(xiàn)在設(shè)備內(nèi)壁多個位置當(dāng)中，在筒體底部正對主蒸汽管內(nèi)壁中的腐蝕點較多。此外，在筒體法蘭和內(nèi)壁排污口當(dāng)中也容易出現(xiàn)腐蝕問題。焊縫腐蝕是浮頭式換熱器中的常見腐蝕類型，常見于封頭位置。

3.3 污垢

污垢問題也是浮頭式換熱器使用中經(jīng)常遇到的問題，尤其是在長期使用中未能及時清理，容易導(dǎo)致污垢堆積，這也是影響設(shè)備使用性能的主要因素。浮頭式換熱器的傳熱性能會由于污垢的存在而下降，同時換熱流體的阻力增大，降低了設(shè)備的運行效率。對污垢的有效預(yù)防和清理是改善設(shè)備運行狀況的關(guān)鍵，通常會通過優(yōu)化致垢流體和沖洗設(shè)備等方式進行預(yù)防，然而也會導(dǎo)致后續(xù)維護管理的成本升高[1]。此外，設(shè)備清理也會影響生產(chǎn)效率，縮短設(shè)備使用壽命。污垢沉淀并形成片狀后，會從設(shè)備上脫落，這也會加劇設(shè)備的腐蝕問題。

4 浮頭式換熱器內(nèi)壁腐蝕的原因及對策

4.1 腐蝕失效原因

共振失效、失穩(wěn)失效、腐蝕失效和疲勞失效，是浮頭式換熱器的常見失效方式，而腐蝕失效在設(shè)備運行中較為常見，在檢驗檢測和處理工作中應(yīng)該加強重視。其中，接觸腐蝕、孔蝕、均勻腐蝕、縫隙腐蝕、選擇性腐蝕、應(yīng)力腐蝕和沖刷腐蝕等是腐蝕問題的幾種主要類型，主要集中于殼體、導(dǎo)管管板連接位置等，因此為了確保設(shè)備的良好運行狀況，需要加強對上述問題的關(guān)注。底部積水未能及時進行處理，是引發(fā)浮頭式換熱器腐蝕問題的主要原因之一。未能合理設(shè)計排污管的高度，導(dǎo)致其高出筒體的水平高度，會引發(fā)污水倒流問題，在污水的長期作用下也會引發(fā)腐蝕。主蒸汽管下的擋板作用失效，導(dǎo)致蒸汽對內(nèi)壁產(chǎn)生腐蝕作用，影響了浮頭式換熱器的使用。

4.2 處理方法

在對腐蝕問題進行處理時，針對排污管的高度超標(biāo)問題可以實施磨平處理，消除蒸汽管中的腐蝕。針對焊縫位置的腐蝕，則可以在打磨后重新焊接處理，同時做好封頭和筒體的防腐處理。換熱管束的泄露問題會對設(shè)備運行安全和人員安全造成影響，尤其是在設(shè)備的長時間運行中會導(dǎo)致管束的振動，使得管束變薄從而出現(xiàn)磨損無效情況[2]。管束中的污垢增多，使管壁中出現(xiàn)不同程度的侵蝕情況，在對其泄露問題進行判斷時，應(yīng)該拆開管箱并采取有效的封堵措施。如果泄露情況較為嚴(yán)重，則應(yīng)該及時更換。結(jié)垢問題也會引發(fā)換熱管的堵塞，如果長期存在較多的污垢也會引起腐蝕，影響傳熱性能，增加了設(shè)備能耗?？梢圆捎秒x線清洗或者在線清洗的方式，實現(xiàn)對設(shè)備內(nèi)污垢的及時清理。此外，也可以應(yīng)用化學(xué)試劑進行清理，在清理污垢時應(yīng)該結(jié)合實際生產(chǎn)情況，防止對企業(yè)正常經(jīng)營造成影響。小浮頭泄露問題也是由于腐蝕問題所引發(fā)，設(shè)備運行中通常難以斷定泄露狀況，因此需要拆開后進行處理。

5 浮頭式換熱器強度校核與耐壓試驗

按照公式校=+2C對浮頭式換熱器的強度進行校核，遵循CB150—98中的相關(guān)規(guī)定。在計算中應(yīng)該或缺多項參數(shù)，包括材料許用應(yīng)力、內(nèi)徑、均勻腐蝕量和校核壓力等，通過與標(biāo)準(zhǔn)值的對比分析，了解浮頭式換熱器的強度情況，確保其符合相關(guān)參數(shù)要求才能投入使用。為了能夠?qū)Ω☆^式換熱器的密實性進行檢驗，有效防止內(nèi)壁腐蝕問題，還應(yīng)該及時開展耐壓試驗，保障設(shè)備的品質(zhì)，為企業(yè)創(chuàng)造良好的生產(chǎn)效益。耐壓試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 耐壓試驗數(shù)據(jù)

上述耐壓試驗數(shù)據(jù)滿足浮頭式換熱器的耐壓標(biāo)準(zhǔn)要求，因此可以在生產(chǎn)中進行應(yīng)用。

6 結(jié)語

浮頭式換熱器在穩(wěn)定性和經(jīng)濟性上具有明顯的優(yōu)勢，同時能夠滿足高溫高壓環(huán)境的工作要求，因此在實踐中的應(yīng)用較多，然而也會存在內(nèi)漏或者腐蝕等問題，同時在結(jié)構(gòu)上具有煩瑣性的特點。在對其進行檢驗檢測的過程中，主要是針對設(shè)備的使用情況、腐蝕部位和污垢等進行全面分析，以實現(xiàn)有效預(yù)防和控制。在對內(nèi)壁腐蝕問題進行處理時，應(yīng)該重點關(guān)注換熱管束泄露、換熱管堵塞和小浮頭泄露等問題，以不斷改善浮頭式換熱器的品質(zhì)，達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，滿足人們的使用需求。