船舶主机缸套水加热器渗漏原因及对策

赵立震

（南通中远海运川崎船舶工程有限公司，江苏南通 226005）

0 引言

船舶主机缸套水加热器属固定管板式换热器，工作原理是淡水从入口进入壳体，沿铜管外和挡板间流动。同时，蒸汽从端盖入口进入铜管内运动，两种介质在完全接触管道后会得到热交换，然后从出口排出。从蒸汽中释放出的热量被淡水不断地带走，淡水被加热到所需温度，用于暖缸以防止主机缸套产生热应力而损坏。分析主机缸套水加热器渗漏原因并提出对策。

1 故障现象

某轮缸套水加热器内部铜管断裂漏水，检查发现多根铜管断裂，其中部分断在蒸汽进口，部分断在蒸汽出口。铜管断裂位置距离管头（14～16）mm。临时将漏的管子用闷头塞住，如图1 所示。在港口将断裂的铜管全部换新，更换完毕后进行水压试验，未发现渗漏。

2 原因分析

2.1 胀管质量问题

由于壳管式热交换器安装铜管时，铜管两端使用胀管工艺，胀管导致铜管两端存在部分应力用来密封铜管和孔板。热交换器工作时，如果因胀管质量问题引发铜管断裂，会在应力集中处断裂。厂家的胀管工艺符合GB/T 151—2014 和美国热交换器TEMA 标准的要求，该厂家具有丰富的壳管式热交换器生产经验，可以很好的控制胀管施工质量，有供多个船厂的数百台缸套水加热器的实绩，很少出现类似问题。可以基本排除厂家胀管质量问题。

2.2 铜管内蒸汽流速过高

据了解，当铜管内部蒸汽流速＞10 m/s 时，铜管内部会形成湍流引起铜管振动。长时间的振动，可能导致铜管疲劳断裂。缸套水加热器设计工况是蒸汽流量为1276 kg/h，对应管束内蒸汽流速4.36 m/s。按厂家提供的信息，如果蒸汽流速＞10 m/s，将会引起铜管频繁振动。从实际加热情况和疏水器容量1300 kg/h分析，蒸汽流速不会超过10 m/s。但在蒸汽阀开启瞬间，由于缸套水加热器管侧无压力，蒸汽瞬时速度可能会＞10 m/s。因此正常使用时基本无损坏可能，但不能排除开启蒸汽时损坏的可能，需要注意，确保开启瞬间流速不会过快。

图1 将漏的管子用闷头塞住

2.3 铜管受水流冲击引起疲劳断裂

当淡水进入加热器内部时，由于铜管的阻挡，水流向不规律变化，引起铜管受力频繁变化，长时间的受力变化，会导致铜管疲劳断裂。当缸套水遇到铜管的阻挡发生不规律变化时，铜管受力变形比较严重，是铜管疲劳断裂的可能原因之一。

2.4 断裂铜管失效分析

取断裂铜管样品进行分析，沿纵截面有缺陷处和无缺陷处各取1 个样品进行显微组织观察，2 个试样高倍组织均为α 单相再结晶组织，晶粒大小没有明显区别。其中有缺陷试样高倍外表面有圆形缺口，缺口是环状缺陷在纵向截面高倍组织显现，缺口处周围有少量组织变形，因此认为环状断裂为外力所至，为疲劳断裂（可能由水流或汽流引起），并非材料本身的缺陷。

2.5 安装加热器时管子对中不良

加热器安装时管子对中不良，造成加热器受力，使内部铜管一直受力，直至疲劳断裂。或者虽然安装时对中良好，但受热后膨胀不均匀，造成加热器挤压或者拉伸，使内部铜管受力产生疲劳断裂。据了解，该处管子没有使用合拢管，且该轮拆装时曾发现最后一根管的管口连接处间隙有20 mm。因此，不排除对中不良问题是断裂原因之一。

2.6 主机等设备振动使铜管疲劳断裂

主机等设备在高速运转时，船舶结构振动较大，可能引起加热器振动，导致内部铜管产生疲劳断裂。对该轮在航行中的振动情况进行测量无异常，排除此因素。

2.7 温升速率过快造成铜管断裂

加热时温升速率过快，热应力造成管子断裂。缸套水系统内部水保有量10 m3左右，40 min 上升30 ℃。可能性不能排除，需进一步研究。

2.8 通水通汽顺序不正确而干烧铜管

缸套水加热器正常使用时，正常做法是先通缸套淡水，再通蒸汽。如果误操作，先通蒸汽会导致内部铜管干烧，铜管温度上升很高，冷水瞬时进入加热器内部，会导致铜管迅速收缩，将铜管的两端拉断。

从铜管的材料报告可以看出，厂家使用铜管的延伸率为69.5%，如果是拉断的话，铜管的断口处管壁应变薄，实际测量断口处铜管壁厚与图纸的1.2 mm 壁厚基本一致。按照厂家的要求，已对相关人员进行了培训，现场人员对缸套水加热器的操作比较熟悉，且厂家为防止此类情况再次发生，已在加热器上安装了警示标牌。因此，基本排除通水通汽顺序不正确干烧铜管的可能。

3 解决和防范对策

分析缸套水加热器铜管断裂原因，认为造成铜管断裂的因素不止一个，而是多个因素共同作用下造成，制定解决防范对策。

3.1 监督加热器管板安装和胀管过程

对厂家缸套水加热器管板安装和胀管过程进行监督，严格把控质量关。

3.2 加厚进水铜管和在淡水进口侧增加挡板

将加热器进水管前5 排铜管更换为加厚的铜管，即将原1.2 mm 壁厚的铜管改为1.5 mm 壁厚的铜管；在加热器淡水进口侧增加挡板，以减少水流冲击，减小铜管的受力。

3.3 安装过程中加热器不受管子的异常拉伸和挤压

确保安装和使用过程中加热器不受连接管子的异常拉伸和挤压，安装时确保管子对中良好，在与加热器连接的管路处使用合拢管。

3.4 防范加热器通水通汽顺序错误

虽然厂家在加热器上安装了警示标牌，但仍需提醒船员每次使用缸套水加热器前，将加热器上部的放气考克阀打开，检查内部是否充满水，防止加热器上方有空气存在，导致铜管干烧。

3.5 注意加热器开关阀门的方式

缸套水加热器蒸汽进口设有调节针阀，打开针阀时，开度应由小到大缓慢开启，防止突然开启，高压蒸汽瞬间进入加热器内部，导致铜管振动。缸套水加热器在正常航行或非暖缸状态时，将进出口阀关闭，旁通阀打开。需要暖缸时，将缸套水加热器进出口阀打开，旁通阀关闭。防止航行时内部铜管长时间受力频繁变化对加热器的影响。

3.6 控制缸套水加热器的进水量

由于实际加热的淡水量远低于设计量，可提醒船员使用加热器时打开缸套水旁通阀，减小加热器进水量，同时减小蒸汽阀开度，能达到换热效果即可。