固定管板式換熱器失效分析及檢修

劉德璽

[摘 要]固定管板式換熱器是石油化工行業的重要使用設備，并廣泛應用于各個工業領域。然而，固定管板式換熱器由于各種原因的影響，容易出現失效情況。因此，本文就其常見失效的形式進行介紹，并提出檢修措施。

[關鍵詞]固定管板式換熱器；失效；檢修

中圖分類號：TQ051.5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）16-0033-01

固定管板式換熱器憑借其結構簡單、制造成本低、適應性強與清洗方便等優勢，得到各行業的廣泛應用，對各行業經濟效益的提高起著重要的促進作用。特別是它能承受較高的操作壓力和溫度，能占更大的優勢。但由于換熱器投入使用的環境與工作情況不一，會產生各類問題，造成機器失效，嚴重影響工作進度。經濟快速發展帶動能源等需求量不斷擴大，提高換熱效率，減少換熱器失效情況的發生，能給企業帶來較大的經濟效益，促進企業長期發展。

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備，具有熱能轉換的作用。可以保證工藝過程中的流體等介質處于一個恒定的溫度，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構，是目前應用最廣泛的換熱器。它具有結構簡單，空間小，適應性廣，并且生產成本低，換洗簡單便捷。管子損壞時易于堵塞或者更換。

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有膨脹節，利用膨脹節法師緩慢的彈性變形來補償因為溫度應力引起的熱膨脹。這樣的結構設計需要保證熱、冷兩種流體等介質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境與工作情況的不同，選用材質不合格或者介質特性等原因，會造成多種形式的失效，給生產帶來嚴重的不便，甚至會造成經濟損失。下面將重點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，加上溫度應力的存在、連接方式不當與焊接不合格（含有氣孔或者雜質）等因素，導致兩者之間的連接處存在較大的殘余應力。同時流體具有特殊性，可能含有腐蝕性，還存在被振動的作用下，連接處容易斷裂、開裂與腐蝕等不良現象，進而影響換熱器效果的發揮。

（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，設計時需要在換熱器與折流板的配合處留下較大的空間，否則溫度過高時會因為熱脹冷縮而開裂。但由于流體的腐蝕性，配合處所留的空間導致殼程流體的流動振動更頻繁，振幅更大，高壓力的負荷還可能導致折流板變薄，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

設備運行時，有腐蝕性活磨蝕性的液體、氣體、蒸汽等流體不斷對換熱器進行腐蝕，或者換熱器內壁因污垢物的積累造成腐蝕。發生腐蝕后的換熱管會變薄，產生細微的裂紋，在高強度的振動與高壓應力的作用下，裂紋會不斷擴大甚至造成流體泄露，換熱器失效。此外，由于懸浮物質與顆粒物導致換熱管內外壁嚴重結垢，厚度的增大會增大傳熱熱阻，嚴重時還會玷污或者堵塞換熱器，降低換熱器的換熱能力。

（4）膨脹節處與封閉處的失效

設置膨脹節是為了避免溫度較大造成的熱膨脹，但由于工作情況、材質選用與加工制造缺陷的因素，導致膨脹節面臨破壞，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、參數選擇不合理等原因，導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范、材質選用不符合標準、設備操作不當、后期維護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

針對以上造成固定管板式換熱器失效的原因，應該對癥下藥，可以通過防腐技術、抗震技術與防結垢技術等手段來預防失效的再次發生。

（1）選用優質材料

換熱器需要承受高溫高壓的環境，還會與腐蝕性較強的流體進行直接接觸，因此，在換熱器制造加工過程中，必須選用優質材料。首先，要求選用的材質符合國家與相關行業的基本要求與規定標準；其次，設計過程中，充分考慮介質特性，合理選擇流體管的材質；還要根據換熱器的部件來確定材質，要保證各個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差。需要注意的是，折流板材質硬度盡量低于換熱器，降低在接觸過程中折流板對換熱管的磨損破壞。

（2）先進的工藝技術

工藝技術是避免換熱器失效的關鍵手段。因此，需要根據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斷裂等現象。也可以適當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，焊接前需要對焊接部位清理干凈，避免焊接部位存在污垢等雜質，確保焊接的質量；管板與殼體的連接處采用焊接結構，應當適當地減少管板的厚度；選用多個膨脹節，避免膨脹節運行過程中波峰或波峰波谷過渡部位減薄開裂破壞造成內部泄漏，來提高膨脹節的使用壽命。

（3）做好防腐工作

腐蝕的主要原因在于換熱器內部流體腐蝕性造成，因此，必須有針對性地做好防腐工作。一方面，在設計過程中考慮介質特性選用合理的材質，在流體進出口設置過濾裝置、緩沖結構，還可以在流體中加入腐蝕劑，采取滲鋅加涂層聯合防腐的方法，可以有效預防失效的發生。另一方面，增加涂料保護，涂料具有一定的彈性，能對周期性的振動起到阻止作用，降低微振腐蝕造成連接處斷裂現象的發生。此外，還可以延長換熱器的使用壽命，提高設備抗腐蝕風險的概率。碳鋼滲鋅防腐也可以作為防腐手段的選擇之一

（4）日常維護工作

對換熱器加強日常維護工作，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，還會降低傳熱熱阻。因此，應該安排專門的人員負責換熱器日常維護工作，定期與檢查設備流量、壓力與溫度等操作記錄分析定結垢的情況，對出現失效的問題要進行徹底調查，分析原因，整理得出檢修方案，檢修后并時刻跟蹤檢修的結果。對由于操作不當造成失效的情況，要及時開展換熱器操作培訓，杜絕違規操作與不當操作的現象發生。

四、結論

總而言之，固定管板式換熱器失效的原因是多方面造成的，主要是因為材質選擇不好、工作情況與介質的特性、防腐工作不到位、焊接工藝不夠先進等。因此，面對換熱器失效的問題，應該從設計、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、提升工藝技術、做好防止腐蝕工作、加強日常維護管理工作等，才能延長換熱器的使用壽命，避免出現失效現象，確保換熱器能安全可靠高效的運行。

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