關(guān)于換熱器種類、故障分析及解決方法探析

張海燕

摘要：伴隨我國(guó)換熱器生產(chǎn)制造工藝不斷創(chuàng)新，如何對(duì)其進(jìn)行故障進(jìn)行分析及有效處理已經(jīng)成為當(dāng)下諸多專家學(xué)者關(guān)注議題。通過(guò)近年來(lái)大多研究發(fā)現(xiàn)，故障分析及解決方法的科學(xué)性與合理性對(duì)換熱器在生產(chǎn)加工中的穩(wěn)定運(yùn)行十分重要。本次研究從換熱器入種類及市場(chǎng)角度出發(fā)，對(duì)換熱器進(jìn)行全面的故障分析及解決方法剖析，為下一步工作開展提供依據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：換熱器;故障分析;解決方法

0? 引言

換熱器的種類選擇、故障分析及解決方法對(duì)該設(shè)備在生產(chǎn)運(yùn)行中的穩(wěn)定可靠、功能發(fā)揮影響頗大。然而現(xiàn)階段關(guān)于換熱器種類、故障分析及解決方法研究相對(duì)較少，基于該問(wèn)題現(xiàn)狀，要求行之有效的方法對(duì)其進(jìn)行分析研究，如選型方面解決方法、介質(zhì)及工藝條件解決方法、腐蝕方面解決方法等。本次研究對(duì)關(guān)于換熱器種類、故障分析及解決方法進(jìn)行分析，有十分重要的理論意義。

1? 當(dāng)下我國(guó)換熱器市場(chǎng)情況分析

換熱器作為重要基礎(chǔ)設(shè)備之一，在各行業(yè)及領(lǐng)域中應(yīng)用都較為廣泛。我國(guó)換熱器在研發(fā)及制造方面已經(jīng)獲得相關(guān)核心技術(shù)。主要包括傳熱面積有效減少、傳熱效率提高、熱強(qiáng)度裝置添加等。這些都對(duì)日后我國(guó)換熱器整體市場(chǎng)銷量起到積極推動(dòng)作用。通過(guò)對(duì)換熱器市場(chǎng)行情調(diào)查分析后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)下我國(guó)換熱器市場(chǎng)需求量逐漸增大。主要以電力、化工、食品、機(jī)械、石油冶金黨方面較為明顯。并顯示我國(guó)換熱器市場(chǎng)需求量正在逐年遞增。在2015-2020年間，基本換熱器產(chǎn)業(yè)保持年均12-20%的速度增長(zhǎng)。同時(shí)，伴隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷提升，多種形式且功能特殊的換熱器也逐漸研發(fā)應(yīng)用，從結(jié)構(gòu)、技術(shù)、功能、穩(wěn)定、材料等方面都取得較大突破。基于此，我國(guó)也相繼建立了換熱器規(guī)范體系，對(duì)其功能、參數(shù)等相關(guān)指標(biāo)也進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)估，提升了國(guó)內(nèi)換熱器的研發(fā)質(zhì)量及性能保障。因此，對(duì)換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)及選型就尤為重要，其基本要求如下：第一、對(duì)工藝條件進(jìn)行合理配置及營(yíng)造;第二、結(jié)構(gòu)必須安全、穩(wěn)定與可靠;第三、具有一定的便利性，主要體現(xiàn)在操作、安裝、維修等方面;第四、經(jīng)濟(jì)上較為合理，價(jià)格可以接受等[1]。

2? 換熱器的分類

2.1 間壁式換熱器? 間壁式換熱器在換熱器市場(chǎng)最為常見(jiàn)，其主要原理是對(duì)不同溫度的多種流體進(jìn)行有效分開，保證其可以在間壁空間內(nèi)進(jìn)行快速流動(dòng)。并且利用界面功能，通過(guò)導(dǎo)熱及對(duì)流方式，實(shí)現(xiàn)多種不同溫度流體可以在一定條件下完成換熱。間壁式換熱器的主要結(jié)構(gòu)形式主要包括夾套式、噴淋式、沉浸式、板式及管殼式等。在市場(chǎng)銷量及應(yīng)用方面都非常廣泛，是目前應(yīng)用最廣泛的換熱器。

2.2 蓄熱式換熱器? 蓄熱式換熱主要以能量?jī)?chǔ)存為主，通過(guò)填料的方式提升能量的儲(chǔ)備效應(yīng)。對(duì)能量進(jìn)行快速轉(zhuǎn)移，即從當(dāng)下某種流體進(jìn)行作業(yè)，將其傳遞到另外一種流體當(dāng)中去。其蓄熱體主要是通過(guò)固體物質(zhì)組織構(gòu)成。將蓄熱體的中的熱量有效傳遞到低溫流體中。順序是熱介質(zhì)首先將其熱量傳輸?shù)綗嵝顭狍w中去，然后冷介質(zhì)在經(jīng)過(guò)與蓄熱體融合后產(chǎn)生熱量[2]。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速熱量傳遞最終目的。第一、在一定的加熱時(shí)間周期當(dāng)中，熱氣流會(huì)不斷進(jìn)入蓄熱式換熱器當(dāng)中的蓄熱體內(nèi)部，使其熱能量在熱流體中進(jìn)行轉(zhuǎn)移，即傳遞方向?yàn)樾顭狍w內(nèi)部，這樣就造成了從熱流體自身溫度的降低。在該周期終結(jié)后，該冷流體經(jīng)過(guò)蓄熱體內(nèi)部，該流體會(huì)在蓄熱填料當(dāng)中吸收大大量熱量。在該過(guò)程當(dāng)中蓄熱體、流體中各個(gè)部位中的溫度都會(huì)隨時(shí)間持續(xù)波動(dòng)而出現(xiàn)改變。在其系統(tǒng)啟動(dòng)完成后，一定要通過(guò)相對(duì)周期連續(xù)切換，此時(shí)該蓄熱式換熱器方可處在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)中，保證該蓄熱體內(nèi)部各部位吸、放熱速率的穩(wěn)定、持續(xù)。

2.3 直接接觸式換熱器? 直接接觸式換熱器，也稱其為“混合式換熱器”。主要是以兩種存在不同相態(tài)的流體接觸碰撞，形成一種混合性熱交換方式[3]。進(jìn)而起到最終的換熱目的。通過(guò)分析后發(fā)現(xiàn)，直接接觸式換熱器在一定程度方面都具有優(yōu)化功能，規(guī)避了傳統(tǒng)型熱換氣當(dāng)中傳熱間壁處及兩側(cè)污垢形成后造成熱阻情況出現(xiàn)。保持流體之間接觸性能良好，則會(huì)迅速提升其傳熱速率。因此，只要可以滿足其流體之間可以相互混合的條件，都可進(jìn)行混合式熱交換器采用。

3? 換熱器故障分析

換熱器在日常運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中也必然會(huì)遇到這樣或那樣的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)相關(guān)故障問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)分析后發(fā)現(xiàn)，換熱器泄漏是當(dāng)下最為常見(jiàn)的故障之一。從泄漏影響及因素角度分析，主要包括磨損泄漏、腐蝕泄漏、靜密封失效造成的泄漏情況。造成這種情況的因素也諸多，主要包括生產(chǎn)工藝方面問(wèn)題、設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題、檢測(cè)監(jiān)督及其他因素。在化工行業(yè)當(dāng)中換熱器作為一種極為重要的輔助設(shè)備，一旦出現(xiàn)故障問(wèn)題則會(huì)導(dǎo)致很多連鎖反應(yīng)出現(xiàn)。這些都會(huì)對(duì)化工生產(chǎn)及工作運(yùn)行造成一定影響。管殼式換熱其在化工生產(chǎn)中最為常見(jiàn)，主要因?yàn)槠鋬?yōu)點(diǎn)較多，如符合高溫高壓條件、操作簡(jiǎn)單、可靠性強(qiáng)等，但其問(wèn)題也頗多。所以，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中一定要對(duì)管殼式換熱器的故障形成及問(wèn)題進(jìn)行有效排除，在方法選擇方面也應(yīng)該科學(xué)、考量[4]。

4? 換熱器故障處理措施及解決方法

4.1 選型方面解決方法? 需要從選型方面入手，對(duì)相關(guān)型號(hào)進(jìn)行分析研究，一定要注重其結(jié)合性，根據(jù)行業(yè)需求及生產(chǎn)條件的進(jìn)行科學(xué)選擇。目前我國(guó)市售換熱器存在種類繁多特定，當(dāng)然在材質(zhì)方面也各有特點(diǎn)，差異性較大。基于此，設(shè)計(jì)與工作人員一定要對(duì)其進(jìn)行認(rèn)真研究、分析，不斷從生產(chǎn)工藝及條件方面出發(fā)，科學(xué)、合理的對(duì)換熱器進(jìn)行選擇[5]。在對(duì)換熱器本身考量過(guò)程中中需要從介質(zhì)、壓力及溫度三個(gè)指標(biāo)參數(shù)入手，對(duì)其進(jìn)行逐一分析。并按照工藝具體參數(shù)對(duì)換熱器體積、結(jié)構(gòu)及質(zhì)量等進(jìn)行考量。在此同時(shí)也要考慮換熱器日后維護(hù)保養(yǎng)與經(jīng)濟(jì)成本。如要進(jìn)行特殊應(yīng)用，則需要對(duì)工作環(huán)境中的高溫、高壓及高腐蝕等因素進(jìn)行均衡，在選型方面更應(yīng)該格外重視。

4.2 介質(zhì)及工藝條件解決方法? 首先，需要對(duì)換熱介質(zhì)屬性進(jìn)行充分了解，如介質(zhì)中的強(qiáng)酸堿、高極性、易結(jié)晶及易揮發(fā)等特征需要進(jìn)行特別重視。只有對(duì)介質(zhì)屬性充分了解、掌握方可對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)開展。其次工藝條件，工藝條件是換熱器設(shè)備得以高效運(yùn)行、穩(wěn)定保障及安全可靠的重要前提基礎(chǔ)。所以，在工藝條件營(yíng)造方面一定要從多方面、多角度進(jìn)行考慮分析，將可能造成換熱器故障的問(wèn)題因素進(jìn)行發(fā)現(xiàn)排除，如避免其出現(xiàn)超載、超限及超負(fù)荷等設(shè)備應(yīng)用，需要結(jié)合換熱器設(shè)備參數(shù)指標(biāo)對(duì)相關(guān)生產(chǎn)能力進(jìn)行設(shè)計(jì)[6]。最后，設(shè)備配置，根據(jù)日后的安全運(yùn)行及性能發(fā)揮，將設(shè)備檢修作為重中之重，即設(shè)備預(yù)留。主要根據(jù)換熱量的20%進(jìn)行設(shè)備預(yù)留。也建議采用裝置備機(jī)模式進(jìn)行加工生產(chǎn)。其目的是保障整體設(shè)備在不停產(chǎn)的情況下，通過(guò)單獨(dú)設(shè)備也可以快速實(shí)現(xiàn)其更換、檢修。這樣可以有效避免因單個(gè)設(shè)備故障所造成的停產(chǎn)情況發(fā)生。

4.3 腐蝕方面解決方法? 通過(guò)分析后發(fā)現(xiàn)換熱器金屬在一定的濕熱條件下必然會(huì)出現(xiàn)相對(duì)腐蝕開裂。這種必然性也會(huì)對(duì)化工生產(chǎn)中的換熱器設(shè)備功能造成影響。應(yīng)力腐蝕開裂情況的出現(xiàn)主要是拉伸應(yīng)力、腐蝕介質(zhì)在一定作用條件下融合產(chǎn)生的。拉伸應(yīng)力主要是因該設(shè)備在制造及焊接當(dāng)中所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、工作載荷而形成的。而應(yīng)力腐蝕主要是在具備Cl-環(huán)境條件下出現(xiàn)的。例如板式換熱器板片表面出現(xiàn)大量污垢后，該介質(zhì)當(dāng)中的大量腐蝕元素則會(huì)依附在污垢中。同時(shí)在其底部縫隙節(jié)點(diǎn)中也會(huì)形成一定的化學(xué)效應(yīng)導(dǎo)致成縫隙腐蝕發(fā)生。因此，需要對(duì)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)及條件進(jìn)行優(yōu)化，在針對(duì)腐蝕問(wèn)題的嚴(yán)重影響，可以采用定期內(nèi)部清洗及表面清潔等方式。這樣才能有效降低因腐蝕問(wèn)題造成的故障發(fā)生[7]。

5? 結(jié)論

綜上所述，通過(guò)對(duì)關(guān)于換熱器種類、故障分析及解決方法進(jìn)行分析研究，從多方面、多角度對(duì)當(dāng)下我國(guó)換熱器種類、市場(chǎng)行情進(jìn)行闡述。并結(jié)合實(shí)際問(wèn)題及發(fā)展需求，對(duì)換熱器故障進(jìn)行分析，提出相關(guān)優(yōu)化措施，主要包括：間壁式換熱器、蓄熱式換熱器、直接接觸式換熱器、選型方面解決方法、介質(zhì)及工藝條件解決方法、腐蝕方面解決方法等，為我國(guó)換熱器研發(fā)及應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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