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管殼式換熱器故障與檢修

2019-10-12 15:20:43瀏覽:422 來源:清洗聯盟   

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管殼式換熱器故障與檢修

在化工生產中,換熱器是非常重要的一種設 備,其中管殼式換熱器因其結構比較簡單,操作 可靠,能在高溫、高壓下使用,材料范圍較廣, 在化工生產裝置中得到了廣泛的使用。

1 管殼式換熱器的特點

管殼式換熱器又稱列管式換熱器,是目前生產 中最為廣泛使用一種換熱設備。管殼式換熱器常用 的型式有固定管板式、浮頭式和 “U”型管式。

1. 1 固定管板式換熱器

固定管板式換熱器主要由外殼、管板、管 束、封頭等部件組成。殼體中設置有管束,管束 的兩端采用焊接、脹接或脹焊。固定管板式換熱 器結構簡單、造價低,管程清洗檢修方便,但殼 程清洗較困難,管殼之間存在溫差應力。當管程 中換熱管與殼體存在較大溫差時,殼體上還應增 設膨脹節來降低應力。固定管板式換熱器適用于 殼程介質較清潔、結垢少、溫差小和殼程壓力較 低的場合。

1. 2 浮頭式換熱器

浮頭式換熱器主要由殼體、換熱管束、浮 頭、外接管、連接件、膨脹節等組成,其一端管 板固定在殼體與管箱之間,另一端可以在殼體內 自由移動,即殼體和管束熱膨脹時可自由調節, 故管束和殼體之間沒有溫差應力。浮頭式換熱器 可以用在管束和殼體有較大溫差的工況,尤其適 用于石油化工等高溫高壓的換熱裝置中。換熱管 和換熱器殼體的清洗檢修方便,但其結構復雜, 對密封件的要求較高,造價較高。

1. 3 “U”型管式換熱器

將換熱管彎成 “U”型,兩端固定在同一管 板上即為 “U”型管式換熱器。由于殼體和換熱 管分開,換熱管束可以伸縮自由,不會由于介質 的溫度差異而產生溫差應力。管束可以自由的抽 出和裝入,方便清洗,同時具有浮頭式換熱器的 優點。但是,由于換熱管做成各種不同半徑的 “U”型彎,雖然最外層的換熱管損壞后可以更 換,但其他管件損壞卻只能堵管。而且,與固定 管板式換熱器相比,它的管束中心部分存在空 隙,很容易影響流體走向,影響傳熱效果。 “U” 型管式換熱器主要用于管內清潔卻不容易結垢的 高溫、高壓介質。殼程介質適應性強,常用于高 溫高壓、黏度大的場合。

2 管殼式換熱器故障分析 管殼式換熱器的故障主要表現在換熱器泄漏 和傳熱效率降低兩方面。

2. 1 換熱器泄漏原因分析

2. 1. 1 腐蝕

以碳鋼制作而成的換熱器受腐蝕性問題較為 突出。管殼式換熱器的管板和列管的連接是由手 工電弧焊制而成的,這種特性導致其焊縫經常出 現腐蝕現象,引起機械故障,不利于正常使用。 由于手工電弧焊制過程中,不可確定因素較多,如受電焊工技術影響,電焊過程中出現氣泡、凹 槽以及夾渣等,當流體內含有離子及氧氣經過管 板時,發生泄漏,會產生腐蝕現象。長期如此, 引起換熱器故障,影響使用。

2. 1. 2 介質及使用氛圍引起的泄漏

泄漏現象的產生還與換熱過程中使用的介 質、溫度、酸堿度以及流速等因素有關。介質不 同,腐蝕程度也隨之變化。譬如淡水與海水中所 含氯離子和氧的濃度不一致,二者對管板和列管 焊縫處腐蝕程度不一致; 溫度越高,腐蝕性也越 強; pH 越小,流速越大,對由碳鋼制作而成的 管板、列管腐蝕程度越強,較容易引起故障。

2. 2 傳熱效率降低故障原因分析 從管殼式換熱器裝置的生產工藝特點來分 析,換熱器熱交換效率之所以降低,一是換熱器 發生了污垢堵塞,二是因為在換熱器中介質的流 速或者流程減小。

( 1) 根據換熱器污垢的形成過程,可以將其 大致分為六類: 流體中所含有的固體顆粒因在換 熱器表面沉積形成顆粒污垢; 溶液因其溶解度的 變化而在換熱器表面析出晶體,形成析晶污垢; 微生物體以及宏觀生物體吸附在換熱器表面所形 成生物污垢; 因流體中的某些化學反應而在換熱 器表面所形成化學反應污垢; 多組分溶液中的高 溶劑組分以及純凈液體在換熱器表面凝固形成凝 固污垢; 換熱器表面材料因被腐蝕形成腐蝕污 垢。通常情況下,管殼式換熱器中的污垢是由其 中兩種或者兩種以上的污垢相互作用及影響而形 成的混合污垢。

( 2) 在一定程度上,可以根據需要在換熱器 中安裝隔板,從而使整個管程,分為雙程甚至多 程。這樣一來,換熱器中介質的流程就會變長, 換熱器的熱交換效率也會因此而得到提高。然 而,隨著設備運行時間的延長,腐蝕極易造成分 程隔板的穿孔或者出現隔板因其槽內密封墊片的 損壞而短路的現象。在這種情況下,介質就不會 經過換熱器,而是從上一管程直接泄漏到下一管 程,介質的流程大大縮短。此外,為了使殼程中 介質的流速以及其湍動程度獲得較大的提高,通 常會在管殼式換熱器的殼程安裝折流板。折流板 能夠控制殼程中介質的流動方向,增大其傳熱系 數。然而,在換熱器運行過程中,折流板極易遭 到腐蝕,從而不能有效發揮折流作用。

3 管殼式換熱器故障檢修

3. 1 換熱器泄漏故障處理

3. 1. 1 補焊

當換熱器折流板、管板因腐蝕而發生泄漏 時,首先應該對其腐蝕程度進行評估,確定其是 否能夠通過修復繼續使用。對于能夠通過修復而 繼續使用的,可以對其進行打磨補焊; 對于不能 繼續使用的,需要重新更換; 而對于具有非常嚴 重腐蝕情況的,必須根據介質參數進行重新設 計,并對其材質進行更改。

3. 1. 2 堵管

當換熱器靜密封面發生泄漏時,可以更換密 封墊片或者預緊螺栓。當換熱管束因被腐蝕而發 生泄漏時,如果泄漏管數低于總換熱管 數 的 10%,可以堵管。

3. 1. 3 換管

如果泄漏管數高于總數的 10%,堵管會嚴重 影響換熱器的換熱效率,則必須進行換管。

3. 2 換熱器污垢處理

在處理換熱器污垢時,首先要充分了解污垢 類型,結合污垢的嚴重程度選用合適的清洗方 法?,F階段,我國通常采用的換熱器污垢清洗方 法主要有 4 種,分別是機械清洗、高壓水射流清 洗、化學清洗以及綜合清洗。

3. 2. 1 機械清洗

機械清洗的適用對象為管殼式換熱器的管程 以及殼體內壁。然而,由于機械清洗的工作效率 非常低,還需要進行多次清洗,會對設備產生一 定的損害。

3. 2. 2 高壓水射流清洗

高壓水射流清洗的清洗力度非常強。首先通 過高壓水泵將高壓水送出,然后利用高壓水槍將 高壓水流直接噴射到換熱器所需清洗的部位。不 同的清洗設備可以選擇不同的槍型,譬如清洗殼 體內壁以及管束外壁時可以選擇具有較廣噴射面 的手持搶; 清洗換熱管可以選擇剛性槍; 清洗帶 彎頭的換熱管或者換熱器的相關管線時可以選擇 柔性搶。然而,對于那些具有致密堅硬垢層的污 垢,高壓水射流清洗的效果較差。針對這類污 垢,通常采用以機械清洗為主、高壓水射流清洗 為輔的清洗方式。此外,高壓水射流清洗水壓過高、安全風險較大,因此必須對相關操作人員進 行專門的培訓。

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