固定管板式换热器内漏问题探讨

李霞

（中国石油大庆石化公司腈纶厂，黑龙江 大庆 163714）

固定管板式换热器是管壳式换热器的1种，由壳体、管束、管板和封头等部件组成，2端管板和壳体连为1体，此类换热器结构简单，制造成本低，适于壳体和管束温差小、管外物料清洁的场所［1］。

某硫氰酸钠溶剂回收装置有固定管板式换热器20台，在2条蒸发线上对称分布，若其中某台发生泄漏，需整条生产线停车才能进行处理，影响蒸发线高效运行。

1 故障判断

1.1 加热器主要技术参数

5效加热器是硫氰酸钠溶剂回收装置比较重要的换热设备，如发生列管泄漏将污染2次蒸汽产生的冷凝液，直接后果是整条蒸发线停车查找并处理漏点。如果处理不及时停车时间过长，蒸发出料量减少，冷凝液的产生也随之减少，将会影响2个下游装置的正常生产，还将增加不必要的硫氰酸钠消耗，后果严重［2］。

5效加热器为外热强制循环，正常生产时壳程热源介质为2次蒸气，管程介质是浓度约35%的硫氰酸钠溶液，因其中含有的少量硫酸钠易在管束内壁结垢，蒸发线运行20～30 d需要停车水洗。

开车时先向管程通入硫氰酸钠溶液，壳层2次蒸汽在系统负压抽力作用下抽走产生的冷凝液，如果加热器列管有裂纹产生，则管束中的硫氰酸钠溶液也会受到壳程负压抽力作用，从管程窜入壳程中，与壳程中产生的冷凝液聚集而导致冷凝液电导升高。因冷凝液要供下游车间作水洗水使用，列管泄漏问题需及时处理［3］。

1.2 列管内漏冷凝液电导率初判

检测冷凝液的电导率可初步判断列管是否发生泄漏。冷凝液电导率的控制指标为≤200µs/cm，如高于此数值，热器列管则可能发生裂纹、泄漏。

1.3 列管内漏冷凝液硝酸铁检验判断

单独对5效加热器产生的冷凝液采样，加入浓度为1%的硝酸铁溶液检验，如果透明的冷凝液和橘黄色的硝酸铁溶液混合后冷凝液变为红黑色，说明冷凝液中含有硫氰酸钠，基本可确定列管发生了泄漏。

1.4 列管内漏最终判断

拆下加热器出口管线上的波纹补偿器后，单独向壳程中注水，若有列管发生泄漏，压差作用下水会从壳程渗入到管程中，最后从波纹补偿器处流出，此时可确定该换热器一定有列管泄漏。

2 解决办法

2.1 列管泄漏处理措施

打开换热器上、下封头。再次向壳程注满水后，检查换热器上、下管板及管束，从管束上、下端均有水流涌出的列管就是发生泄漏的列管。准确记录泄漏列管所在位置，排净壳层的水，用金属楔子对列管上、下2端进行盲堵。再次向壳层注水，对列管进行2次排查并复查盲堵的列管是否严密。

2.2 堵管率

管壳式换热器换热面积在设计时一般有10%设计裕量，列管发生内漏时一定的堵管率是被允许的。5效加热器共有列管349根，在满足工艺换热效能的前提下，堵管率4.87%可继续使用。

3 失效原因分析

3.1 应力腐蚀

结构设计、制造方法及加工过程中的锤击都能促成应力腐蚀。在盲堵过程中金属楔子的尺寸和钉入程度尤其重要，尺寸选择不合适或操作不当均会对相邻列管产生胀接缺陷，既要能够将内漏的列管彻底盲堵密封，又不能因受力过大对邻近列管产生应力作用导致泄漏再度发生。

3.2 缝隙腐蚀

缝隙腐蚀是在2个连接物之间的缝隙处发生的腐蚀，金属和金属间的连接缝隙以及金属表面上的沉积物和金属表面之间构成的缝隙，均会出现局部腐蚀。5效换热器的列管材质虽然是316L，但金属材料中均存在一定的非金属夹杂物，如硫化物、氧化物等，夹杂物以及列管与管板之间的微小缝隙中停滞的电解质，成为缝隙腐蚀的存在条件，也成为氯离子腐蚀的源头。换热设备若缺少工艺防腐保护，管程将承受硫氰酸钠腐蚀、垢下腐蚀及缝隙腐蚀等多重侵害。

3.3 管束振动

在管壳式换热器中，流体流经管束时诱发振动的主要成因是卡门旋涡、紊流抖动和流体弹性不确定［3］。管束中的列管微量腐蚀减薄后，由于管束排列较密，汽液2相流动中产生细的紊流漩涡会造成管束振动导致磨损；此外，液体介质还具有一定的弹性激振，也会引发整个管束的管道振动，而振动是导致泄漏失效发生的重要诱因。

3.4 高温冲刷

壳程介质2次蒸汽中的溶解氧在高温条件下造成了管束外壁的腐蚀，且壳程蒸汽紊流运动使管束振动及腐蚀产物剥离，引发列管外壁局部减薄；管程内硫氰酸钠料液腐蚀性造成列管内壁的电化学腐蚀和晶间腐蚀，引发列管内壁局部减薄。换热器列管在高温冲刷带来的内外双重冲刷作用下，加速了裂纹的产生［4］。

3.5 频繁开停

频繁开停工是导致列管内漏的另1个诱因，从多年生产经验来看，换热器内漏大多发生在停车水洗之后的开车过程中。说明开停工过程中温差变化导致列管热胀冷缩，在温差交变应力作用下发生疲劳破坏［5］。

4 预防措施

（1）保持换热器工况平稳，控制升温速度，不超温、超压、超负荷运行；（2）减少引起应力腐蚀开裂的有害化学离子，足量添加缓蚀剂；（3）增加进口压降，降低汽水混合物入口速度，改善引发管束振动的问题；（4）洗线开车前查看壳层冷凝液的电导率并做硝酸铁检验，避免开车后2次停车。

5 结束语

固定管板式换热器发生列管内漏失效时，通过查验冷凝液电导、硝酸铁溶液检测及膨胀节拆检3个循序渐进的判断方法，可判断出固定管板式换热器是否存在列管内漏，从而缩短检修时间，减少不必要的开盖维修作业，节省人工和材料费用。