浅谈U型管式热交换器的常见故障及检修

曹帅帅

（神华榆林能源化工有限公司，陕西榆林 719302）

浅谈U型管式热交换器的常见故障及检修

曹帅帅

（神华榆林能源化工有限公司，陕西榆林 719302）

热交换器是动力、化工、医药、能源等多种产业部门工业生产中用于各种生产原料间传递热量的一种设备，加强热交换器的日常维护检修对保证设备正常稳定运行、促进产业发展有重要意义。U型管式热交换器不仅具有较好的传热性与承压能力，而且价格便宜，结构简单，目前广泛应用于壳体介质，但容易结垢需经常清洗，而且又不宜使用固定管板式和浮头式热交换器的生产加工场合。主要总结了U型管式热交换器常见的故障，并介绍故障检修方法。

U型管式；热交换器；故障检修

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型管式热交换器主要用于石油化工生产中，属于管壳式热交换器，结构比较简单，主要部件有管束、壳体、封头、管箱以及折流板，因为管子为U形，所以又称为U形管式换热器。U型管式热交换器没有浮头，只有一块管板，U型管束可自由抽出，所以清洁比较方便，但管内部的清洗则比较困难。U型管式热交换器在投入使用过程中，容易因为管内介质因素、应力作用等因素影响而受到腐蚀，进而发生泄漏导致设备故障[1-2]。热交换器故障不仅影响生产效率，而且不及时处理还会缩短设备的使用寿命，以下讨论U型管式热交换器常见的故障以及检修方法。

1 U型管式热交换器常见故障

腐蚀是引起U型管式热交换器故障的最主要因素，腐蚀会导致换热器壳体变薄或者破裂，进而产生泄漏故障，破坏换热器的正常运行以及使用寿命。热交换器较易遭受腐蚀的部位主要集中在管板和换热管连接处、换热管和壳体，具体如下：① 管板和换热管连接处的腐蚀，管板和换热管之间的连接主要采取胀接、悍接或者焊接胀接相结合的方式，当焊接部位受到腐蚀后极易导致接口裂缝引发泄漏。此外，在热交换器运行过程中由于管束自身质量缺陷、焊接技术（管口处理不当、焊接材料冷作硬化、管口退火处理不当等）或者冷热交变应力作用等因素也会导致连接部位松弛或者裂开而导致泄漏。② 换热管束的腐蚀，又分为两种情况，一种是管外与管内介质影响而导致的管内壁腐蚀，在这种情形下整个管壁都会受到影响逐渐变薄，缩短换热器的使用寿命；除此之外，在换热器的生产制造过程中，若是产品质量存在气孔、夹皮或者裂缝等缺陷也容易腐蚀管板，进而造成换热管泄漏。另一种情况是管道内部的局部腐蚀，主要集中在与换热管入口相邻的管段。③ 换热器壳体的腐蚀，这一腐蚀现象主要有点蚀、局部腐蚀等类型，主要是由于壳体同其他材料不同，或者材料不均匀的元件发生短路而导致电化学腐蚀，不同焊接部位的不锈钢材料易形成晶间贫格而极易发生晶间腐蚀，以及焊接应力等原因导致的应力腐蚀。

2 U型管式热交换器常见故障检修方法

2.1 换热管和封管口泄漏故障排查方法

热交换器换热管和封管口是最容易发生腐蚀的部位，在热交换器投入运行的过程中，需加强泄漏故障的排查，采取有效的手段及时发现泄漏部位并采取处理措施，换热管和封管口泄漏故障的排查主方法主要有三种。一是水压试验法，在换热器灌水后，如果发现有明显的管子漏水现象则需先处理明显的漏点，然后再进行水压试验查出全部漏点并进行处理。先检查设备是否存在明显变形情况，若无异常则将设备表层擦干。接着铺设压力试验管线，建立试压系统，充液试验要从高往低将空气排尽，试验过程中要保持水流的畅通，确保正常排水与充水。使用两个型号相同且经过校准的压力表分别安装于设备最低位置和最高位置，以高处压力表为参考标准进行读数，最低位置的则作校核。试压时需缓慢加压直到达到试验压力，保持30min后再减到设计压力，并保持一段时间，以完成全部焊缝的排查为准。二是氨渗漏试验，这一试验方法主要针对密封要求严格、工作压力高的换热器故障排查中。因为氨在空气中具有易爆炸的特点，所以应先对壳体进行氮气置换，然后在充氨气实施氨渗漏试验。这一试验主要利用氨遇湿则酚酞试纸会变红的化学原理准确查寻到泄漏的位置。但是由于这一试验危险性较大，因此试验过程必须注意安全，在低压力条件下检验需保持充足的时间以保证试验的效果，且在试验结束后需要将氨气回收，不可排入空气中，以免污染环境。三是气压试验，这一排查方法同水压试验相似，但是气压试验具有一定的爆炸风险，在进行气压试验时要缓慢升压，且试验过程中必须严密地监控设备外观变化以及声响情况，并使用肥皂水检查管板封管和焊缝的泄漏情况，然后标记好漏点，卸压后再进行检修处理。

2.2 热交换器故障检修方法

①堵管：堵管时需根据管口的齐整性、焊接方式选用合适的堵头。例如管口较为齐整的管子可选用圆柱状堵头，采用一端打盲孔的方式堵管，这样能够将管板焊接时产生的焊接应力转移至堵头，从而保护管板。采用胀接形式焊缝的管子可将堵头的一端加工成楔状，并且带有一定锥度，留有一定锥度能够防止堵头砸紧后在检修过程中滑出。楔状的堵头在砸紧时主要不要直接砸死，防止因为焊接局部受热后焊缝因冷却收缩而导致管子变形，进而使管子松脱而引起泄漏。此外，在堵头材料选择方面应尽可能与管子材质相一致，防止因材质不同而导致电化学腐蚀。②补焊与补胀：当胀焊管口受到腐蚀而发生泄漏时应及时补焊，补焊时先将腐蚀间隙中的水分、空气排出，然后处理气孔。对于因管子胀口松弛而引起的泄漏需采取补胀处理，对焊缝封口进行打磨处理，打磨干净后在原焊缝的基础上进行第二次补焊。③壳体的贴补和挖补：当壳体发生局部减薄或者其他缺陷时，如果腐蚀程度较轻，可使用材料同原壳体相同的板材进行贴补。如果局部缺陷较严重，可采取局部挖补的方式进行处理，根据缺陷范围选择合适的挖补形状，如矩形、圆形等，范围较大时建议使用矩形挖补，补焊材质一定要和原壳体的材质相同，使用全焊透结构的焊缝方式。④ 管束的清洗：管束冷却水中含有多种金属离子如镁、钙、铁等，还有其他有机物、阴离子，这些成分会使冷却水的腐蚀性增强，从而腐蚀管束。此外，在长期高温下冷却水中的镁、钙离子极易结垢，进而导致管束堵塞。为了防止管束堵塞或腐蚀，需要定期清洗管束。清洗时在冷却水中添加杀菌灭菌剂、阻垢剂，前者主要用于杀灭冷却水中的有机物，后者主要是降低冷却水的硬度，增强除垢效果。清洗的方式主要有三种，一是化学清洗，这种清洗方式是在设备中添加相应的化学药品，在清洗过程中化学药品会在设备内不断循环而达到溶解并清洗污垢的效果。化学清洗的优点是能够在不拆卸热交换器设备的条件下清洗污垢，适用于体积比较大的热交器设备的清洗。二是机械清洗，主要是利用刀具、钻头、刷子等工具进行设备的清洗，在清洗时将相应的工具安装到疏通机地转轴端、管孔等部位清理设备内的污垢。这一清洗方式的优点是可以同步清洗直管和弯曲管道。但是在清洗过程中，钻头、刀具等工具在机械振动作用下会给管壁造成一定损伤。三是喷射清洗，主要是利用高压水冲洗管束表面以及内部的污垢，拆卸方便的小体积热交换器可以使用手持喷枪手动清洗。这一清洗方式的优点是操作简单，成本低。⑤非工作期间的设备检查：除了在设备故障发生后进行排查处理外，在非工作期间，相关工作人员还应该严格进行设备的检查，及时发现设备腐蚀、堵塞等故障隐患。首先要仔细检查热交换器设备污垢严重程度与附着情况；然后测量污垢的厚度，了解设备当前腐蚀的情况，检查设备焊接部位的受损与腐蚀情况，最后再根据检查的情况安排清洗工作。此外，还要重点检查管束，这是热交换器检查中难度最大的环节，在检查时需要对管端入口、管束表层、管子和折流板连接处等各部位进行仔细的查看。这一检查环节可以利用光照、管道检查器进行检查，以提高检查的效率。

3 结束语

热交换器是用于动力、化工、医药、能源等多种产业部门工业生产中原料热量传递的重要设备，U型管式热交换器是管壳式热交换器的一种，应用十分广泛。U型管式热交换器在投入使用过程中最常见的故障是由于腐蚀引起的泄漏，主要集中在管板和换热管相连接处、换热管和壳体等部位。对于热交换器换热管和封管口泄漏故障的排查主要有水压试验、氨渗漏试验和气压试验三种，可以根据具体情况合理选择。U型管式热交换器常见故障的检修主要有堵管、补焊与补胀、壳体的贴补和挖补等几种方法。除了在故障发生后积极的排查检修外，还应该加强日常工作中的检查清洗管理，需要定期检查设备的结垢和腐蚀情况，然后选择合适的方式清洗污垢，清洗方法有化学清洗、机械清洗和喷射清洗三种，根据设备具体情况选择合适的清洗方式。

参考文献

[1] 康瑞龙，盛明泽，杨彦洁.换热器故障问题分析与故障解决方案论述[J].化工管理，2016，（8）：156.

[2] 陈锋，刘恒.闭式冷却水热交换器故障原因分析与改进[J].管道技术与设备，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

曹帅帅（1989—），男，陕西榆林人，助理工程师，主要从事技能操作工作。