淺談U型管式熱交換器的常見故障及檢修

曹帥帥

（神華榆林能源化工有限公司，陜西榆林 719302）

淺談U型管式熱交換器的常見故障及檢修

曹帥帥

（神華榆林能源化工有限公司，陜西榆林 719302）

熱交換器是動力、化工、醫(yī)藥、能源等多種產(chǎn)業(yè)部門工業(yè)生產(chǎn)中用于各種生產(chǎn)原料間傳遞熱量的一種設(shè)備，加強熱交換器的日常維護(hù)檢修對保證設(shè)備正常穩(wěn)定運行、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有重要意義。U型管式熱交換器不僅具有較好的傳熱性與承壓能力，而且價格便宜，結(jié)構(gòu)簡單，目前廣泛應(yīng)用于殼體介質(zhì)，但容易結(jié)垢需經(jīng)常清洗，而且又不宜使用固定管板式和浮頭式熱交換器的生產(chǎn)加工場合。主要總結(jié)了U型管式熱交換器常見的故障，并介紹故障檢修方法。

U型管式；熱交換器；故障檢修

Abstract：The heat exchanger is a kind of equipment for the heat transfer between various production materials in industrial production，such as power，chemical industry，medicine，energy and other industrial sectors.It is necessary to strengthen the daily maintenance of the heat exchanger to ensure the normal and stable operation of the equipment.，To promote industrial development is important.U-tube heat exchanger not only has good heat and pressure capacity，and cheap，simple structure，is currently widely used in the shell medium is easy to fouling often need to clean，but not the use of fixed tube plate and floating head Type heat exchanger production and processing occasions.This paper summarizes the common faults of U-tube heat exchangers and introduces the troubleshooting methods.

Key words：U-tube；heat exchanger；troubleshooting

U型管式熱交換器主要用于石油化工生產(chǎn)中，屬于管殼式熱交換器，結(jié)構(gòu)比較簡單，主要部件有管束、殼體、封頭、管箱以及折流板，因為管子為U形，所以又稱為U形管式換熱器。U型管式熱交換器沒有浮頭，只有一塊管板，U型管束可自由抽出，所以清潔比較方便，但管內(nèi)部的清洗則比較困難。U型管式熱交換器在投入使用過程中，容易因為管內(nèi)介質(zhì)因素、應(yīng)力作用等因素影響而受到腐蝕，進(jìn)而發(fā)生泄漏導(dǎo)致設(shè)備故障[1-2]。熱交換器故障不僅影響生產(chǎn)效率，而且不及時處理還會縮短設(shè)備的使用壽命，以下討論U型管式熱交換器常見的故障以及檢修方法。

1 U型管式熱交換器常見故障

腐蝕是引起U型管式熱交換器故障的最主要因素，腐蝕會導(dǎo)致?lián)Q熱器殼體變薄或者破裂，進(jìn)而產(chǎn)生泄漏故障，破壞換熱器的正常運行以及使用壽命。熱交換器較易遭受腐蝕的部位主要集中在管板和換熱管連接處、換熱管和殼體，具體如下：① 管板和換熱管連接處的腐蝕，管板和換熱管之間的連接主要采取脹接、悍接或者焊接脹接相結(jié)合的方式，當(dāng)焊接部位受到腐蝕后極易導(dǎo)致接口裂縫引發(fā)泄漏。此外，在熱交換器運行過程中由于管束自身質(zhì)量缺陷、焊接技術(shù)（管口處理不當(dāng)、焊接材料冷作硬化、管口退火處理不當(dāng)?shù)龋┗蛘呃錈峤蛔儜?yīng)力作用等因素也會導(dǎo)致連接部位松弛或者裂開而導(dǎo)致泄漏。② 換熱管束的腐蝕，又分為兩種情況，一種是管外與管內(nèi)介質(zhì)影響而導(dǎo)致的管內(nèi)壁腐蝕，在這種情形下整個管壁都會受到影響逐漸變薄，縮短換熱器的使用壽命；除此之外，在換熱器的生產(chǎn)制造過程中，若是產(chǎn)品質(zhì)量存在氣孔、夾皮或者裂縫等缺陷也容易腐蝕管板，進(jìn)而造成換熱管泄漏。另一種情況是管道內(nèi)部的局部腐蝕，主要集中在與換熱管入口相鄰的管段。③ 換熱器殼體的腐蝕，這一腐蝕現(xiàn)象主要有點蝕、局部腐蝕等類型，主要是由于殼體同其他材料不同，或者材料不均勻的元件發(fā)生短路而導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕，不同焊接部位的不銹鋼材料易形成晶間貧格而極易發(fā)生晶間腐蝕，以及焊接應(yīng)力等原因?qū)е碌膽?yīng)力腐蝕。

2 U型管式熱交換器常見故障檢修方法

2.1 換熱管和封管口泄漏故障排查方法

熱交換器換熱管和封管口是最容易發(fā)生腐蝕的部位，在熱交換器投入運行的過程中，需加強泄漏故障的排查，采取有效的手段及時發(fā)現(xiàn)泄漏部位并采取處理措施，換熱管和封管口泄漏故障的排查主方法主要有三種。一是水壓試驗法，在換熱器灌水后，如果發(fā)現(xiàn)有明顯的管子漏水現(xiàn)象則需先處理明顯的漏點，然后再進(jìn)行水壓試驗查出全部漏點并進(jìn)行處理。先檢查設(shè)備是否存在明顯變形情況，若無異常則將設(shè)備表層擦干。接著鋪設(shè)壓力試驗管線，建立試壓系統(tǒng)，充液試驗要從高往低將空氣排盡，試驗過程中要保持水流的暢通，確保正常排水與充水。使用兩個型號相同且經(jīng)過校準(zhǔn)的壓力表分別安裝于設(shè)備最低位置和最高位置，以高處壓力表為參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行讀數(shù)，最低位置的則作校核。試壓時需緩慢加壓直到達(dá)到試驗壓力，保持30min后再減到設(shè)計壓力，并保持一段時間，以完成全部焊縫的排查為準(zhǔn)。二是氨滲漏試驗，這一試驗方法主要針對密封要求嚴(yán)格、工作壓力高的換熱器故障排查中。因為氨在空氣中具有易爆炸的特點，所以應(yīng)先對殼體進(jìn)行氮氣置換，然后在充氨氣實施氨滲漏試驗。這一試驗主要利用氨遇濕則酚酞試紙會變紅的化學(xué)原理準(zhǔn)確查尋到泄漏的位置。但是由于這一試驗危險性較大，因此試驗過程必須注意安全，在低壓力條件下檢驗需保持充足的時間以保證試驗的效果，且在試驗結(jié)束后需要將氨氣回收，不可排入空氣中，以免污染環(huán)境。三是氣壓試驗，這一排查方法同水壓試驗相似，但是氣壓試驗具有一定的爆炸風(fēng)險，在進(jìn)行氣壓試驗時要緩慢升壓，且試驗過程中必須嚴(yán)密地監(jiān)控設(shè)備外觀變化以及聲響情況，并使用肥皂水檢查管板封管和焊縫的泄漏情況，然后標(biāo)記好漏點，卸壓后再進(jìn)行檢修處理。

2.2 熱交換器故障檢修方法

①堵管：堵管時需根據(jù)管口的齊整性、焊接方式選用合適的堵頭。例如管口較為齊整的管子可選用圓柱狀堵頭，采用一端打盲孔的方式堵管，這樣能夠?qū)⒐馨搴附訒r產(chǎn)生的焊接應(yīng)力轉(zhuǎn)移至堵頭，從而保護(hù)管板。采用脹接形式焊縫的管子可將堵頭的一端加工成楔狀，并且?guī)в幸欢ㄥF度，留有一定錐度能夠防止堵頭砸緊后在檢修過程中滑出。楔狀的堵頭在砸緊時主要不要直接砸死，防止因為焊接局部受熱后焊縫因冷卻收縮而導(dǎo)致管子變形，進(jìn)而使管子松脫而引起泄漏。此外，在堵頭材料選擇方面應(yīng)盡可能與管子材質(zhì)相一致，防止因材質(zhì)不同而導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕。②補焊與補脹：當(dāng)脹焊管口受到腐蝕而發(fā)生泄漏時應(yīng)及時補焊，補焊時先將腐蝕間隙中的水分、空氣排出，然后處理氣孔。對于因管子脹口松弛而引起的泄漏需采取補脹處理，對焊縫封口進(jìn)行打磨處理，打磨干凈后在原焊縫的基礎(chǔ)上進(jìn)行第二次補焊。③殼體的貼補和挖補：當(dāng)殼體發(fā)生局部減薄或者其他缺陷時，如果腐蝕程度較輕，可使用材料同原殼體相同的板材進(jìn)行貼補。如果局部缺陷較嚴(yán)重，可采取局部挖補的方式進(jìn)行處理，根據(jù)缺陷范圍選擇合適的挖補形狀，如矩形、圓形等，范圍較大時建議使用矩形挖補，補焊材質(zhì)一定要和原殼體的材質(zhì)相同，使用全焊透結(jié)構(gòu)的焊縫方式。④ 管束的清洗：管束冷卻水中含有多種金屬離子如鎂、鈣、鐵等，還有其他有機物、陰離子，這些成分會使冷卻水的腐蝕性增強，從而腐蝕管束。此外，在長期高溫下冷卻水中的鎂、鈣離子極易結(jié)垢，進(jìn)而導(dǎo)致管束堵塞。為了防止管束堵塞或腐蝕，需要定期清洗管束。清洗時在冷卻水中添加殺菌滅菌劑、阻垢劑，前者主要用于殺滅冷卻水中的有機物，后者主要是降低冷卻水的硬度，增強除垢效果。清洗的方式主要有三種，一是化學(xué)清洗，這種清洗方式是在設(shè)備中添加相應(yīng)的化學(xué)藥品，在清洗過程中化學(xué)藥品會在設(shè)備內(nèi)不斷循環(huán)而達(dá)到溶解并清洗污垢的效果。化學(xué)清洗的優(yōu)點是能夠在不拆卸熱交換器設(shè)備的條件下清洗污垢，適用于體積比較大的熱交器設(shè)備的清洗。二是機械清洗，主要是利用刀具、鉆頭、刷子等工具進(jìn)行設(shè)備的清洗，在清洗時將相應(yīng)的工具安裝到疏通機地轉(zhuǎn)軸端、管孔等部位清理設(shè)備內(nèi)的污垢。這一清洗方式的優(yōu)點是可以同步清洗直管和彎曲管道。但是在清洗過程中，鉆頭、刀具等工具在機械振動作用下會給管壁造成一定損傷。三是噴射清洗，主要是利用高壓水沖洗管束表面以及內(nèi)部的污垢，拆卸方便的小體積熱交換器可以使用手持噴槍手動清洗。這一清洗方式的優(yōu)點是操作簡單，成本低。⑤非工作期間的設(shè)備檢查：除了在設(shè)備故障發(fā)生后進(jìn)行排查處理外，在非工作期間，相關(guān)工作人員還應(yīng)該嚴(yán)格進(jìn)行設(shè)備的檢查，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備腐蝕、堵塞等故障隱患。首先要仔細(xì)檢查熱交換器設(shè)備污垢嚴(yán)重程度與附著情況；然后測量污垢的厚度，了解設(shè)備當(dāng)前腐蝕的情況，檢查設(shè)備焊接部位的受損與腐蝕情況，最后再根據(jù)檢查的情況安排清洗工作。此外，還要重點檢查管束，這是熱交換器檢查中難度最大的環(huán)節(jié)，在檢查時需要對管端入口、管束表層、管子和折流板連接處等各部位進(jìn)行仔細(xì)的查看。這一檢查環(huán)節(jié)可以利用光照、管道檢查器進(jìn)行檢查，以提高檢查的效率。

3 結(jié)束語

熱交換器是用于動力、化工、醫(yī)藥、能源等多種產(chǎn)業(yè)部門工業(yè)生產(chǎn)中原料熱量傳遞的重要設(shè)備，U型管式熱交換器是管殼式熱交換器的一種，應(yīng)用十分廣泛。U型管式熱交換器在投入使用過程中最常見的故障是由于腐蝕引起的泄漏，主要集中在管板和換熱管相連接處、換熱管和殼體等部位。對于熱交換器換熱管和封管口泄漏故障的排查主要有水壓試驗、氨滲漏試驗和氣壓試驗三種，可以根據(jù)具體情況合理選擇。U型管式熱交換器常見故障的檢修主要有堵管、補焊與補脹、殼體的貼補和挖補等幾種方法。除了在故障發(fā)生后積極的排查檢修外，還應(yīng)該加強日常工作中的檢查清洗管理，需要定期檢查設(shè)備的結(jié)垢和腐蝕情況，然后選擇合適的方式清洗污垢，清洗方法有化學(xué)清洗、機械清洗和噴射清洗三種，根據(jù)設(shè)備具體情況選擇合適的清洗方式。

參考文獻(xiàn)

[1] 康瑞龍，盛明澤，楊彥潔.換熱器故障問題分析與故障解決方案論述[J].化工管理，2016，（8）：156.

[2] 陳鋒，劉恒.閉式冷卻水熱交換器故障原因分析與改進(jìn)[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2017，（1）：36-38，42.

Discussion on Common Faults and Maintenance of U-tube Heat Exchanger

Cao Shuai-shuai

TH452

B

1003–6490（2017）09–0080–02

2017–06–24

曹帥帥（1989—），男，陜西榆林人，助理工程師，主要從事技能操作工作。