列管式換熱器泄漏處理方式及技術改進

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換熱器相比，主要的優點就是占地面積小、傳熱面積大以及換熱效果相對較好。同時還有其結構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中得到廣泛應用。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構的主要部分。所需材料可分別由普通碳鋼、紅銅或不銹鋼制成。換熱器是工業生產中必不可少的設備，其運行狀況的好壞直接影響系統的正常運行。列管式換熱器有時會發生泄漏等故障，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，影響生產經濟，而且直接威脅到其他設備的安全穩定運行。因此，及時、有效地解決泄漏問題至關重要。

1 列管式換熱器日常運行過程中發生泄漏的主要原因

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

1.1 發生在管體處的泄漏原因

1.1.1 由于介質沖刷引起的泄漏

這種原因引發的泄漏主要是由于管子外面介質流動速度比較快，再加上管子外壁受汽、水的長期沖刷而變的比較薄，所以很容易發生穿孔或者在給水壓力較大的情況下發生鼓破。而由于介質沖刷引發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生泄漏的情況。

1.1.2 應力腐蝕導致的泄漏

應力腐蝕斷裂一般指的就是金屬或合金在拉伸應力和特定腐蝕介質共同作用引起的斷裂。其特點是大部分表面完好無損，金屬或合金內部只是被一部分細裂紋穿透。應力腐蝕破壞可能發生在通常設計應力范圍內。溫度、溶液成分、金屬或合金成分、應力和金屬結構是引起應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

當系統過載運行時，通過換熱器管間介質就會發生周期性的變化，這時管內具有一定彈性的管束在介質壓力的作用下就會產生周期性變化，這種周期性的變化就會引發設備的振動。當激勵力頻率與梁的固有振動頻率或其倍數相匹配時，會引起設備內管束的共振，就會發生振幅急劇增大的情況，從而會將管板連接處受到重復力的破壞，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象發生。

1.2 管子端口出現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，由于換熱介質的環境溫度各有所不同，所以導致換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內部介質工況發生變化的情況，當內部的溫差超過設計的允許范圍時就可能出現問題，這也是由于各個金屬的熱膨脹系數不同而導致的，就像是換熱器外殼和管的熱膨脹系數不同一樣，溫度超出參考范圍就會出現變形的情況發生，它使換熱器管在熱應力作用下彎曲，迫使管和管板產生夾緊，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，并導致管應力（包括其坯料）急劇下降，并達到連接處，即使換熱器過度應力嚴重損壞或報廢，換熱器也會發生泄漏。

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改進措施

2.1 發生泄漏以后的處理措施

2.1.1 采用切換或隔離的措施

一般發生泄漏的換熱器不應該再使用，應及時將發生泄漏的換熱器進行切換隔離處理，如果系統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，應該和其他相關設備操作人員及時聯系降低換熱器負荷以免更嚴重的泄漏發生，同時應通知設備維修人員做好現場設備的監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換熱器泄漏加重或者是出現其他不可控的情況時應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備損壞，同時也能夠在一定程度上減少經濟損失。

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，然后再進行相應的修補工作，并進行適當的熱處理以消除熱應力，對于管道本身的泄漏，應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，為使得堵管質量得到保證，堵管端部必須進行相應的處理，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 換熱器預防泄漏的相關措施

2.2.1 預防管板發生泄漏的相關措施

在換熱器的安裝過程中要嚴格控制安裝質量，首先要保證板厚、孔洞、涂層、管道焊接過程中的脹形等應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，換熱器介質不得超過設備的操作參數，特別是在嚴格的溫度限制下。熱交換器的水側應配備安全閥，以防止過壓。檢修應具有正確的堵管工藝。

2.2.2 出庫環節要加強檢驗的頻率

（1）采取措施預防管子發生振動

應限制殼體側的蒸汽或疏水流動；確保管之間有足夠的空間，并限制梁自由端的長度。為保證工藝參數的穩定性，防止工藝參數的周期性變化，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，保證工藝參數與換熱器匹配也很重要。

2.3 技術改進及效果

為了在最短時間內恢復生產，在大修實驗和理論計算的基礎上，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。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，塞子與柱管內壁完美配合，保證密封性（見圖1）。經簡單計算，摩擦公式為f=μ×fn。式中，F為靜摩擦力；μ為摩擦系數，查相關數據PTFE 與鋼的摩擦系數為0.04；fn是壓力。根據受力過程，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 為柱管內外壓差，S1為柱管截面，F1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果表明，堵頭所能承受的壓差與堵頭的有效長度和管內徑成正比。

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，同時對低溫低壓設備進行堵管試驗。經過一個周期的運行，該設備運行良好，無掉堵、漏水等問題，經實踐驗證其可行性。但是，由于壓差溫度，高壓設備不適用（見圖2和圖3）。

圖3 預防性堵管

3 結束語

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的選擇上做好工作，另外調整工藝參數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備要求范圍內運行，同時也要加強介質腐蝕控制和定期開展維護保養等工作。安全生產的重要保證就是換熱器的長期穩定運行。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及時恢復生產。