板式換熱器失效原因分析及維修方法

張 揚(yáng)

（大慶石化建設(shè)有限公司安裝三分公司，黑龍江大慶 163714）

0 引言

板式換熱器在較小的板內(nèi)流率下可以實(shí)現(xiàn)紊動(dòng)，從而可以改善其換熱效果，而板式換熱器的換熱效率?k 值是管殼型的3～5 倍。而且，板式換熱器裝配起來非常方便，通過增大或減小板數(shù)或者調(diào)整裝配工藝即可實(shí)現(xiàn)，可以充分地適應(yīng)在生產(chǎn)中變化工況和產(chǎn)出率的需要。與其他類型的熱交換器比較，板式換熱器的特點(diǎn)是熱量損耗低、無需隔熱、質(zhì)量好、維護(hù)容易、體積小、占用空間少等。

由于結(jié)構(gòu)簡單、易于清潔等優(yōu)點(diǎn)，板式換熱器在各種場合得到了廣泛使用。板式換熱器在維護(hù)過程中常常會(huì)出現(xiàn)污物、阻塞等問題，因板式換熱器截面較短，如果不進(jìn)行檢修將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)裝置停機(jī)，對生產(chǎn)造成嚴(yán)重危害。所以，合理地進(jìn)行板型換熱設(shè)備的安裝與保養(yǎng)，對于保證換熱設(shè)備的安全、有效的操作具有關(guān)鍵作用。

1 板式換熱器概述

板式換熱器的主體結(jié)構(gòu)包括固定壓板、活動(dòng)壓板和墊片、上下導(dǎo)桿、夾緊螺栓、支桿、板等部件，采用墊圈將板狀換熱裝置進(jìn)行密封后，將其用卡箍緊固于靜止壓力板與可移動(dòng)壓力板之間。在夾持后，兩種介質(zhì)可以在平板上的穿孔處進(jìn)行換熱，這是因?yàn)槊芊饧哂忻荛]性和絕緣性。

在板式換熱器的設(shè)計(jì)中，換熱方式以板為中心，在各種類型的板之間，其熱交換、液阻、壓力等方面存在著差異。現(xiàn)在使用最多的是人字形薄板和橫薄板，在某些情況下壓強(qiáng)相對較小，但對換熱的需求較高，因此對波浪型薄板的角度必須在60°以上；可以在120～150 ℃進(jìn)行有效傳熱。用于板式換熱器的一種緊貼著壓力盤的緊貼或用4 個(gè)密封件的隔板來阻止熱量傳遞，靠近氣缸的密封圈的材料通常使用溫度高于120 ℃。

2 失效方式

在初次應(yīng)用中，為了防止板式換熱器的漏油引起的瞬間壓力起伏，首先要開啟冷、熱兩種進(jìn)口閥，然后將其緩緩增壓，直至閥全部開啟。避免在進(jìn)氣口和出氣閥之間隨意轉(zhuǎn)換，否則會(huì)導(dǎo)致板式管的滲漏。在板式換熱器的前部將裝有濾芯，用于板式換熱器的清潔，在板式換熱器入口加入一根粗濾芯，以降低檢測和維修清潔的數(shù)量；以免微粒殘?jiān)枞?～5 mm 的平板槽。在濾芯前后的壓力變化較大時(shí)，可以開啟濾芯進(jìn)行清潔，沒有濾芯同樣會(huì)造成板狀換熱設(shè)備因阻塞板狀管道而發(fā)生故障。

板式換熱器在一般條件下發(fā)生突然的泄漏，其原因主要有：①板式換熱器材料的壓力起伏或溫度太高；②密封圈在長時(shí)間的運(yùn)用中出現(xiàn)了裂縫，產(chǎn)生了磨損；③板發(fā)生永久性的變形，使密封墊無法保持牢固。當(dāng)密封件發(fā)生故障時(shí)，將板式換熱器的接管拆卸或替換掉偶幾個(gè)鄰近的隔板，若不將隔板移開則會(huì)造成冷熱介質(zhì)的混合。板式換熱器阻塞或密封墊出現(xiàn)故障，板式換熱器的槽縫很小（3 mm），超過3 mm 的雜質(zhì)會(huì)阻塞板狀管道。如果管道阻塞，則會(huì)使管道的流速下降，壓力下降，從而使裝置的壓力損失迅速下降；導(dǎo)致了板式換熱器無法進(jìn)行正常的傳熱，要想辦法進(jìn)行清洗。一類是板式換熱器的結(jié)垢，它會(huì)使換熱裝置的換熱效率降低，甚至造成管道板的阻塞。污物可以很好地保持在流動(dòng)體層，因?yàn)榱鲃?dòng)通道中存在大量的固體碎片或纖維，造成液體的局部性停留和結(jié)垢，而在一定的溫度下鈣、鎂很容易沉積，造成的阻塞和污物的原因各有差異，但對板式換熱器的影響卻是相同的。

3 維修方案

因?yàn)榘迨綋Q熱器的板片數(shù)目很大，需要一塊一塊地進(jìn)行清潔，并將全部密封墊替換掉，盡管這些新的墊圈可以再使用；但密封圈在長期承受壓力的情況下，無法再產(chǎn)生彈性變形，從而導(dǎo)致滲漏。大修時(shí)從安裝部位起，拆除維修至適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｔ诓鹣轮埃紫纫P(guān)掉介質(zhì)入口閥，然后關(guān)掉排出閥，讓換熱器慢慢降溫至40 ℃。常用的維護(hù)方式有以下5 種：

3.1 反沖洗方法

板式換熱器在其換熱性能急劇降低、壓力損失增大時(shí)，通常認(rèn)為存在阻塞現(xiàn)象。在某些含固相雜質(zhì)的介質(zhì)工作條件下，在不能排除外部原因以及過濾不能徹底清除的情況下，對板式換熱器進(jìn)行反沖洗，推薦安裝反向沖刷管道（圖1）。使用比工作壓力更大的冷介質(zhì)，從板的相反方向水沖2～5 次，并推薦采用反向沖水管道的裝置應(yīng)設(shè)專用排水孔；可以從體系中排除反向沖刷堵塞。

圖1 板式換熱器反沖洗

3.2 CIP 化學(xué)清洗方法

不銹鋼換熱時(shí)，嚴(yán)禁采用鹽酸等清潔劑進(jìn)行化學(xué)清潔工作，尤其是在不拆除的情況下，將整臺(tái)設(shè)備清潔干凈。這是由于在多縫構(gòu)造下，不易除去未完全溶出的積垢，無法完全進(jìn)行堿中和。但是，在板式換熱器的板片大、板件數(shù)目多以及不便于裝配的情況，推薦使用CIP 的在線清潔。由于可以向板狀換熱裝置中加入硝酸和阻垢劑，使其能夠完全滲透到板件中，通過適當(dāng)?shù)募訙乜梢栽黾忧鍧嵭ЧＧ鍧崉﹥H在板式換熱器中使用，因此使用的數(shù)量很少，而且沒有污染。然而，CIP 的在線清潔技術(shù)最大的困難是，它必須對具體情況進(jìn)行分析，并使用清潔劑相配型。如果配型不正確，高密度清洗液很可能會(huì)腐蝕換熱器的片材，導(dǎo)致無謂的損耗。

3.3 拆卸清洗方法

對于板式換熱器來說，拆下清潔法是一種較為普遍的方式。通常有兩種方法：一是拆卸整個(gè)平板式換熱設(shè)備，最好懸掛在上橫桿上，再用水加壓將其一塊一塊地沖洗干凈，適用于不太嚴(yán)重的板片環(huán)境（圖2～圖3）；二是在板式換熱器開啟后，拆卸換熱板片并移出隔板，再用錘子錘一下，通常能把一塊一塊的污漬錘掉，如果在冬天可以把它放到戶外一段時(shí)期，待到板面上的污物凝固后再用錘子進(jìn)行除垢，其除垢作用會(huì)更好。請勿使用金屬絲刷子清潔，以免破壞金屬板的表層，導(dǎo)致殘留物極易銹蝕的板材。一般使用粗毛刷子和化學(xué)清洗，切勿用銳器去除，否則會(huì)劃破板材。如果板材上有雜質(zhì)、灰塵很細(xì)，而且能溶解于水中，則可以將其放置于專用的水箱中，并用高壓水或高壓蒸氣進(jìn)行清洗。不銹鋼表面不可采用金屬絲刷子，且清潔液中應(yīng)無鹽類、硫類物質(zhì)，水中的氯離子濃度應(yīng)低于20×10-6。

圖2 板式換熱器拆卸清洗

圖3 清洗效果對比

3.4 檢查板片

為了保證密封性，密封件必須保證一定的厚度，且不均勻性不得超過1%。因此，在拆下后要檢查一下蓋板的密封條，如果有很大的扭曲（如外翻等）就必須進(jìn)行替換。修理前，要對被替換的襯墊進(jìn)行認(rèn)真的檢驗(yàn)，其表面要平滑、厚薄均勻；沒有橫縫、空洞、不陳舊；沒有重疊或?qū)拥嫩E象。對可拆卸的襯墊進(jìn)行彈性指數(shù)測試，若不能復(fù)原應(yīng)進(jìn)行替換，若能再使用則必須使用合適的溶液進(jìn)行清潔。在橡膠墊上，應(yīng)反復(fù)檢查可移式襯墊，并清潔襯墊。在板式換熱器殼體上，拆下鎖緊螺栓的防護(hù)外殼，并清除所有螺栓及導(dǎo)向棒上的銹蝕。仔細(xì)查看和擦拭滑塊，核對和記錄螺栓是否固定。

3.5 板片組裝要求

在安裝板件前，板式熱交換機(jī)應(yīng)該先把可移動(dòng)的壓板推向一頭，然后清洗固定的壓力板和可移動(dòng)的夾板的內(nèi)部，最好可以添加界面的橡膠套管。裝配時(shí)，按照工序的組合，先把面板的一端置于緊固面板上，再按照前后的順序把各面板懸掛起來。當(dāng)全部吊起后，將可移動(dòng)的面板按下，并將其他的長條螺栓固定。在此期間，可移動(dòng)的壓力盤始終處于并行狀態(tài)。在拆除板式換熱器時(shí)，要將螺栓均勻地旋入，不可一次將一根螺栓旋入正確位置，否則會(huì)造成板的變形，甚至不能復(fù)原。每一個(gè)螺栓都要在板的各個(gè)面上進(jìn)行檢查，手工旋緊螺栓或自建的框架式壓縮設(shè)備，用千斤頂逐漸按壓可移動(dòng)的壓緊盤，再用特殊的力矩扳手將螺栓依次旋緊直至全部緊固；應(yīng)按板條的數(shù)量和間隔來判定是否需要上鎖，并且全部的身長必須要在2 mm 的偏差范圍內(nèi)。根據(jù)上述步驟旋緊鋼板，用金屬尺測量各螺栓的長度，并使板材平行，直至指定的長度。

在使用過程中，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

（1）當(dāng)板式換熱器內(nèi)部存在介質(zhì)時(shí)，不要擰緊板式換熱器。

（2）在使用時(shí)，必須保證板束的平穩(wěn)性，以免造成壓板的永久性變形，從而造成密封件的損壞。

（3）板式換熱裝置發(fā)生滲漏之后，如果需要再旋緊螺栓，則采用對角法旋緊各螺栓。如果仍有滲漏，則應(yīng)替換漏油的鋼板而非再旋上螺栓。

（4）在安裝螺栓的過程中，應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)范對鄰近的螺栓所測板的長度進(jìn)行誤差核定。通常情況下在板條重疊后，如果板厚小于1000 mm，則旋緊后的誤差不超過1 mm、在螺紋上的偏差不能大于2 mm。

4 維護(hù)措施

通常情況下，板式換熱器的最大容許壓約為1.6 MPa，某些特定條件下可以達(dá)到2.5 MPa，溫度最高可達(dá)到160 ℃。但是在制冷機(jī)工作時(shí)其工作壓力約1.6 MPa，因此應(yīng)留意保養(yǎng)措施。

4.1 防止板片結(jié)垢

通過對板式換熱器試件的分析，發(fā)現(xiàn)環(huán)流管壁的內(nèi)壁受了很大的污染，底層比較堅(jiān)硬，表層比較厚，灰色的沉積物是疏松的，在循環(huán)水一側(cè)存在大量淤泥，其中以水系的絮體為主，造成板間液局部阻塞。解決這一問題的方法是過濾系統(tǒng)采用軟水，推薦采用蒸發(fā)式水泵、采用精餾水或其他純水，如果再生水中的硬度較高，則需提前進(jìn)行軟化處理。

4.2 板片內(nèi)部板片開裂

在0 ℃以下使用時(shí)，板式換熱器會(huì)產(chǎn)生板間結(jié)冰，導(dǎo)致?lián)Q熱器整體斷裂。其防護(hù)方法有：一是在用作蒸發(fā)裝置時(shí)，采用安全的機(jī)械防護(hù)；二是選用適當(dāng)?shù)牧髁浚⒃O(shè)置一個(gè)穩(wěn)定的流道，設(shè)置進(jìn)氣管道的低壓控制開關(guān)，以避免制冷過量，導(dǎo)致如損耗等不利影響。也可以采用熱空氣旁通式閥門，將一部分氣壓抽吸到汽化器入口，使抽風(fēng)壓維持在規(guī)定的位置。

5 小結(jié)

板式換熱器因其使用簡便、靈活而被廣泛用于石化、醫(yī)藥等領(lǐng)域，只有對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋z修，才能保證生產(chǎn)的安全性、穩(wěn)定性，從而降低設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，獲得可觀的經(jīng)濟(jì)利益。