彭 暉，盛趙平，閆光年

（江蘇慶峰工程集團有限公司，江蘇揚州 225115）

列管式換熱器與其他幾種室內(nèi)換熱器相比，主要的優(yōu)點就是占地面積小、傳熱面積大以及換熱效果相對較好。同時還有其結(jié)構(gòu)相比其他換熱器較為簡單以及價格更便宜。管式換熱器目前在化工生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。殼體、管板、換熱管、封頭、導流板等部件是組成列管式換熱器結(jié)構(gòu)的主要部分。所需材料可分別由普通碳鋼、紅銅或不銹鋼制成。換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備，其運行狀況的好壞直接影響系統(tǒng)的正常運行。列管式換熱器有時會發(fā)生泄漏等故障，在日常的運行過程中這些都是無法避免。目前應(yīng)用最廣泛的列管式換熱器換熱是通過孔壁進行的，這不僅保證了換熱的有效性，而且保證了換熱的有效性。一旦泄漏不僅污染工藝系統(tǒng)，影響生產(chǎn)經(jīng)濟，而且直接威脅到其他設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。因此，及時、有效地解決泄漏問題至關(guān)重要。

1 列管式換熱器日常運行過程中發(fā)生泄漏的主要原因

列管式換熱器泄漏的表現(xiàn)形式主要分為兩類，一類是在換熱器管體發(fā)生泄漏，這類情況發(fā)生的主要原因有內(nèi)部介質(zhì)的沖刷、應(yīng)力腐蝕以及內(nèi)部管子周期性的振動或者是結(jié)垢或介質(zhì)腐蝕和管道材質(zhì)不良等原因引發(fā)的；另一類情況就是在管子端口與管板連接處發(fā)生泄漏，引發(fā)這種情況的原因也有很多，其中最主要的就是兩種介質(zhì)的溫差過大引發(fā)的泄漏，還有就是堵管操作失誤或是工藝不當引起的泄漏。

1.1 發(fā)生在管體處的泄漏原因

1.1.1 由于介質(zhì)沖刷引起的泄漏

這種原因引發(fā)的泄漏主要是由于管子外面介質(zhì)流動速度比較快，再加上管子外壁受汽、水的長期沖刷而變的比較薄，所以很容易發(fā)生穿孔或者在給水壓力較大的情況下發(fā)生鼓破。而由于介質(zhì)沖刷引發(fā)泄漏的另一種原因就是受到蒸汽或疏水的直接沖擊導致的破裂進而發(fā)生泄漏的情況。

1.1.2 應(yīng)力腐蝕導致的泄漏

應(yīng)力腐蝕斷裂一般指的就是金屬或合金在拉伸應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)共同作用引起的斷裂。其特點是大部分表面完好無損，金屬或合金內(nèi)部只是被一部分細裂紋穿透。應(yīng)力腐蝕破壞可能發(fā)生在通常設(shè)計應(yīng)力范圍內(nèi)。溫度、溶液成分、金屬或合金成分、應(yīng)力和金屬結(jié)構(gòu)是引起應(yīng)力腐蝕斷裂的重要因素。

1.1.3 換熱器管子周期性振動引起的泄漏

當系統(tǒng)過載運行時，通過換熱器管間介質(zhì)就會發(fā)生周期性的變化，這時管內(nèi)具有一定彈性的管束在介質(zhì)壓力的作用下就會產(chǎn)生周期性變化，這種周期性的變化就會引發(fā)設(shè)備的振動。當激勵力頻率與梁的固有振動頻率或其倍數(shù)相匹配時，會引起設(shè)備內(nèi)管束的共振，就會發(fā)生振幅急劇增大的情況，從而會將管板連接處受到重復(fù)力的破壞，這種情況在日常運行中也是比較常見的情況，所以在平時的運行過程中一定要注意防止類似的現(xiàn)象發(fā)生。

1.2 管子端口出現(xiàn)泄漏情況的原因分析

1.2.1 由于溫差過大而導致的泄漏

當管式換熱器處在運行過程中時，由于換熱介質(zhì)的環(huán)境溫度各有所不同，所以導致?lián)Q熱器兩端存在明顯的溫差。而在換熱器運行過程中也可能出現(xiàn)內(nèi)部介質(zhì)工況發(fā)生變化的情況，當內(nèi)部的溫差超過設(shè)計的允許范圍時就可能出現(xiàn)問題，這也是由于各個金屬的熱膨脹系數(shù)不同而導致的，就像是換熱器外殼和管的熱膨脹系數(shù)不同一樣，溫度超出參考范圍就會出現(xiàn)變形的情況發(fā)生，它使換熱器管在熱應(yīng)力作用下彎曲，迫使管和管板產(chǎn)生夾緊，然后進入管口形成泄漏點。在停止操作期間，在飛輪或溫度交換器上，管板和管（包括其坯料）之間的冷卻速度超過，并導致管應(yīng)力（包括其坯料）急劇下降，并達到連接處，即使換熱器過度應(yīng)力嚴重損壞或報廢，換熱器也會發(fā)生泄漏。

1.2.2 堵管操作失誤或者是工藝選擇不合理造成的泄漏

如果管道的任何部分泄漏，應(yīng)進行堵塞。堵塞方法有錐形堵塞、膨脹堵塞、爆炸堵塞等，一般采用錐形塞焊堵塞管。在這一過程中，應(yīng)注意將要堵塞的管子的錐形塞中的作用力要適中；如果錐形塞內(nèi)的噴射力過大，將導致管孔變形，并損壞相鄰的管板連接，從而導致出現(xiàn)新的泄漏點。如果力太小，錐形塞不能完全堵塞管道，漏點處理不徹底。此外，針對不同的泄漏所采用的堵塞方法也不同。如果不使用堵塞方法，也會造成新的泄漏。

2 換熱器泄漏檢測及處理方法和技術(shù)改進措施

2.1 發(fā)生泄漏以后的處理措施

2.1.1 采用切換或隔離的措施

一般發(fā)生泄漏的換熱器不應(yīng)該再使用，應(yīng)及時將發(fā)生泄漏的換熱器進行切換隔離處理，如果系統(tǒng)正在運行無法完成上述操作或者當前條件不允許進行該操作，應(yīng)該和其他相關(guān)設(shè)備操作人員及時聯(lián)系降低換熱器負荷以免更嚴重的泄漏發(fā)生，同時應(yīng)通知設(shè)備維修人員做好現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)護以及對換熱器泄漏情況進行實時的嚴密管控，如果在這過程中出現(xiàn)換熱器泄漏加重或者是出現(xiàn)其他不可控的情況時應(yīng)果斷采取措施進行隔離或者直接停車，這樣做的目的就是為了減少進一步的設(shè)備損壞，同時也能夠在一定程度上減少經(jīng)濟損失。

2.1.2 及時尋找泄漏的管道部位

嚴密檢查換熱器泄漏情況，打開換熱器后仔細檢查快速確定泄漏位置，同時也要對泄漏原因做出初步判斷，這樣有利于快速制定相應(yīng)的堵管方案和具體的操作步驟。如果查找確定是端口的泄漏，那么首先做的就是先刮掉原焊縫金屬層，然后再進行相應(yīng)的修補工作，并進行適當?shù)臒崽幚硪韵裏釕?yīng)力，對于管道本身的泄漏，應(yīng)首先檢查管束泄漏的形狀和位置，并選擇合適的堵管工藝對兩個管口進行堵管。

2.1.3 堵漏方法的選擇要合理

無論采用何種工藝堵管，為使得堵管質(zhì)量得到保證，堵管端部必須進行相應(yīng)的處理，這樣做的目的就是提高堵管的成功率，因為這樣作可以使得管板和管孔圓整、清潔，同時也是為了能夠與堵頭接觸面良好。管子與管板連接處如有裂紋或腐蝕，應(yīng)將原管子材料和端部焊縫金屬清除干凈，使堵頭與管板緊密接觸。

2.2 換熱器預(yù)防泄漏的相關(guān)措施

2.2.1 預(yù)防管板發(fā)生泄漏的相關(guān)措施

在換熱器的安裝過程中要嚴格控制安裝質(zhì)量，首先要保證板厚、孔洞、涂層、管道焊接過程中的脹形等應(yīng)能很好地帶動停機或升溫冷卻速度保證。嚴格按照操作過程中的工藝參數(shù)，換熱器介質(zhì)不得超過設(shè)備的操作參數(shù)，特別是在嚴格的溫度限制下。熱交換器的水側(cè)應(yīng)配備安全閥，以防止過壓。檢修應(yīng)具有正確的堵管工藝。

2.2.2 出庫環(huán)節(jié)要加強檢驗的頻率

（1）采取措施預(yù)防管子發(fā)生振動

應(yīng)限制殼體側(cè)的蒸汽或疏水流動；確保管之間有足夠的空間，并限制梁自由端的長度。為保證工藝參數(shù)的穩(wěn)定性，防止工藝參數(shù)的周期性變化，使管子相互摩擦，使管壁變薄。

（2）避免管子水側(cè)管束受到侵蝕

對于含有更易沉淀顆粒的流體，如沉淀物，流速過低可能導致管路堵塞，堵塞的管路可能會增加結(jié)垢下的腐蝕；但過大的流量會再次增加壓力損失。因此，選擇合適的換熱器，保證工藝參數(shù)與換熱器匹配也很重要。

2.3 技術(shù)改進及效果

為了在最短時間內(nèi)恢復(fù)生產(chǎn)，在大修實驗和理論計算的基礎(chǔ)上，對方法進行了改進，采用了耐腐蝕、硬度適中、耐溫、自潤滑的聚四氟乙烯棒。加工成小端0.7d，大端1.2d，錐度1∶7的錐形塞。用錘子將塞子垂直敲入管內(nèi)。進入時，塞子被壓縮，由于錐度減小，如果達到一定的壓縮量，塞子后端的多余部分將被切斷。通過自潤滑和彈性作用，塞子與柱管內(nèi)壁完美配合，保證密封性（見圖1）。經(jīng)簡單計算，摩擦公式為f=μ×fn。式中，F(xiàn)為靜摩擦力；μ為摩擦系數(shù)，查相關(guān)數(shù)據(jù)PTFE 與鋼的摩擦系數(shù)為0.04；fn是壓力。根據(jù)受力過程，可將其視為單位面積抗壓強度。如果壓縮量為5%（-50～200℃），最小抗壓強度為3.3MPa，則檢查PTFE 相關(guān)信息。因此，單位面積最小靜摩擦力F1=0.04×33.65=1.346kg。按pS1=F1S2，其中P 為柱管內(nèi)外壓差，S1為柱管截面，F(xiàn)1為單位面積最小靜摩擦力，S2為堵頭與柱管的接觸面積。插頭與柱管D1之間的接觸長度。2d=1.2dx7-χ1.2d x7=，χ=1.4d。接觸面積為π（d2）2x1.4d，則pπ（d2）2=1.346xπ×（d2）2x1.4d，因 此p=1.8844d。通過計算過程和計算結(jié)果表明，堵頭所能承受的壓差與堵頭的有效長度和管內(nèi)徑成正比。

圖1 堵管示意

圖2 泄露堵管

理論上，對聚四氟乙烯快速塞進行分析是可行的。檢修過程中，同時對低溫低壓設(shè)備進行堵管試驗。經(jīng)過一個周期的運行，該設(shè)備運行良好，無掉堵、漏水等問題，經(jīng)實踐驗證其可行性。但是，由于壓差溫度，高壓設(shè)備不適用（見圖2和圖3）。

圖3 預(yù)防性堵管

3 結(jié)束語

為了能夠使得換熱器堵管或腐蝕的問題得到進一步的解決，首先要從換熱器的選型和換熱器材質(zhì)的選擇上做好工作，另外調(diào)整工藝參數(shù)也是避免和改善該類問題的必要措施，保證溫度和壓力以及在換熱器設(shè)備要求范圍內(nèi)運行，同時也要加強介質(zhì)腐蝕控制和定期開展維護保養(yǎng)等工作。安全生產(chǎn)的重要保證就是換熱器的長期穩(wěn)定運行。通過對換熱器管泄漏問題的一系列分析、檢測和處理，可以準確地找到泄漏點，快速有效地進行泄漏點的修復(fù)及時恢復(fù)生產(chǎn)。