列管式换热器泄漏处理方式及技术改进

彭 晖，盛赵平，闫光年

（江苏庆峰工程集团有限公司，江苏扬州 225115）

列管式换热器与其他几种室内换热器相比，主要的优点就是占地面积小、传热面积大以及换热效果相对较好。同时还有其结构相比其他换热器较为简单以及价格更便宜。管式换热器目前在化工生产中得到广泛应用。壳体、管板、换热管、封头、导流板等部件是组成列管式换热器结构的主要部分。所需材料可分别由普通碳钢、红铜或不锈钢制成。换热器是工业生产中必不可少的设备，其运行状况的好坏直接影响系统的正常运行。列管式换热器有时会发生泄漏等故障，在日常的运行过程中这些都是无法避免。目前应用最广泛的列管式换热器换热是通过孔壁进行的，这不仅保证了换热的有效性，而且保证了换热的有效性。一旦泄漏不仅污染工艺系统，影响生产经济，而且直接威胁到其他设备的安全稳定运行。因此，及时、有效地解决泄漏问题至关重要。

1 列管式换热器日常运行过程中发生泄漏的主要原因

列管式换热器泄漏的表现形式主要分为两类，一类是在换热器管体发生泄漏，这类情况发生的主要原因有内部介质的冲刷、应力腐蚀以及内部管子周期性的振动或者是结垢或介质腐蚀和管道材质不良等原因引发的；另一类情况就是在管子端口与管板连接处发生泄漏，引发这种情况的原因也有很多，其中最主要的就是两种介质的温差过大引发的泄漏，还有就是堵管操作失误或是工艺不当引起的泄漏。

1.1 发生在管体处的泄漏原因

1.1.1 由于介质冲刷引起的泄漏

这种原因引发的泄漏主要是由于管子外面介质流动速度比较快，再加上管子外壁受汽、水的长期冲刷而变的比较薄，所以很容易发生穿孔或者在给水压力较大的情况下发生鼓破。而由于介质冲刷引发泄漏的另一种原因就是受到蒸汽或疏水的直接冲击导致的破裂进而发生泄漏的情况。

1.1.2 应力腐蚀导致的泄漏

应力腐蚀断裂一般指的就是金属或合金在拉伸应力和特定腐蚀介质共同作用引起的断裂。其特点是大部分表面完好无损，金属或合金内部只是被一部分细裂纹穿透。应力腐蚀破坏可能发生在通常设计应力范围内。温度、溶液成分、金属或合金成分、应力和金属结构是引起应力腐蚀断裂的重要因素。

1.1.3 换热器管子周期性振动引起的泄漏

当系统过载运行时，通过换热器管间介质就会发生周期性的变化，这时管内具有一定弹性的管束在介质压力的作用下就会产生周期性变化，这种周期性的变化就会引发设备的振动。当激励力频率与梁的固有振动频率或其倍数相匹配时，会引起设备内管束的共振，就会发生振幅急剧增大的情况，从而会将管板连接处受到重复力的破坏，这种情况在日常运行中也是比较常见的情况，所以在平时的运行过程中一定要注意防止类似的现象发生。

1.2 管子端口出现泄漏情况的原因分析

1.2.1 由于温差过大而导致的泄漏

当管式换热器处在运行过程中时，由于换热介质的环境温度各有所不同，所以导致换热器两端存在明显的温差。而在换热器运行过程中也可能出现内部介质工况发生变化的情况，当内部的温差超过设计的允许范围时就可能出现问题，这也是由于各个金属的热膨胀系数不同而导致的，就像是换热器外壳和管的热膨胀系数不同一样，温度超出参考范围就会出现变形的情况发生，它使换热器管在热应力作用下弯曲，迫使管和管板产生夹紧，然后进入管口形成泄漏点。在停止操作期间，在飞轮或温度交换器上，管板和管（包括其坯料）之间的冷却速度超过，并导致管应力（包括其坯料）急剧下降，并达到连接处，即使换热器过度应力严重损坏或报废，换热器也会发生泄漏。

1.2.2 堵管操作失误或者是工艺选择不合理造成的泄漏

如果管道的任何部分泄漏，应进行堵塞。堵塞方法有锥形堵塞、膨胀堵塞、爆炸堵塞等，一般采用锥形塞焊堵塞管。在这一过程中，应注意将要堵塞的管子的锥形塞中的作用力要适中；如果锥形塞内的喷射力过大，将导致管孔变形，并损坏相邻的管板连接，从而导致出现新的泄漏点。如果力太小，锥形塞不能完全堵塞管道，漏点处理不彻底。此外，针对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，也会造成新的泄漏。

2 换热器泄漏检测及处理方法和技术改进措施

2.1 发生泄漏以后的处理措施

2.1.1 采用切换或隔离的措施

一般发生泄漏的换热器不应该再使用，应及时将发生泄漏的换热器进行切换隔离处理，如果系统正在运行无法完成上述操作或者当前条件不允许进行该操作，应该和其他相关设备操作人员及时联系降低换热器负荷以免更严重的泄漏发生，同时应通知设备维修人员做好现场设备的监护以及对换热器泄漏情况进行实时的严密管控，如果在这过程中出现换热器泄漏加重或者是出现其他不可控的情况时应果断采取措施进行隔离或者直接停车，这样做的目的就是为了减少进一步的设备损坏，同时也能够在一定程度上减少经济损失。

2.1.2 及时寻找泄漏的管道部位

严密检查换热器泄漏情况，打开换热器后仔细检查快速确定泄漏位置，同时也要对泄漏原因做出初步判断，这样有利于快速制定相应的堵管方案和具体的操作步骤。如果查找确定是端口的泄漏，那么首先做的就是先刮掉原焊缝金属层，然后再进行相应的修补工作，并进行适当的热处理以消除热应力，对于管道本身的泄漏，应首先检查管束泄漏的形状和位置，并选择合适的堵管工艺对两个管口进行堵管。

2.1.3 堵漏方法的选择要合理

无论采用何种工艺堵管，为使得堵管质量得到保证，堵管端部必须进行相应的处理，这样做的目的就是提高堵管的成功率，因为这样作可以使得管板和管孔圆整、清洁，同时也是为了能够与堵头接触面良好。管子与管板连接处如有裂纹或腐蚀，应将原管子材料和端部焊缝金属清除干净，使堵头与管板紧密接触。

2.2 换热器预防泄漏的相关措施

2.2.1 预防管板发生泄漏的相关措施

在换热器的安装过程中要严格控制安装质量，首先要保证板厚、孔洞、涂层、管道焊接过程中的胀形等应能很好地带动停机或升温冷却速度保证。严格按照操作过程中的工艺参数，换热器介质不得超过设备的操作参数，特别是在严格的温度限制下。热交换器的水侧应配备安全阀，以防止过压。检修应具有正确的堵管工艺。

2.2.2 出库环节要加强检验的频率

（1）采取措施预防管子发生振动

应限制壳体侧的蒸汽或疏水流动；确保管之间有足够的空间，并限制梁自由端的长度。为保证工艺参数的稳定性，防止工艺参数的周期性变化，使管子相互摩擦，使管壁变薄。

（2）避免管子水侧管束受到侵蚀

对于含有更易沉淀颗粒的流体，如沉淀物，流速过低可能导致管路堵塞，堵塞的管路可能会增加结垢下的腐蚀；但过大的流量会再次增加压力损失。因此，选择合适的换热器，保证工艺参数与换热器匹配也很重要。

2.3 技术改进及效果

为了在最短时间内恢复生产，在大修实验和理论计算的基础上，对方法进行了改进，采用了耐腐蚀、硬度适中、耐温、自润滑的聚四氟乙烯棒。加工成小端0.7d，大端1.2d，锥度1∶7的锥形塞。用锤子将塞子垂直敲入管内。进入时，塞子被压缩，由于锥度减小，如果达到一定的压缩量，塞子后端的多余部分将被切断。通过自润滑和弹性作用，塞子与柱管内壁完美配合，保证密封性（见图1）。经简单计算，摩擦公式为f=μ×fn。式中，F为静摩擦力；μ为摩擦系数，查相关数据PTFE 与钢的摩擦系数为0.04；fn是压力。根据受力过程，可将其视为单位面积抗压强度。如果压缩量为5%（-50～200℃），最小抗压强度为3.3MPa，则检查PTFE 相关信息。因此，单位面积最小静摩擦力F1=0.04×33.65=1.346kg。按pS1=F1S2，其中P 为柱管内外压差，S1为柱管截面，F1为单位面积最小静摩擦力，S2为堵头与柱管的接触面积。插头与柱管D1之间的接触长度。2d=1.2dx7-χ1.2d x7=，χ=1.4d。接触面积为π（d2）2x1.4d，则pπ（d2）2=1.346xπ×（d2）2x1.4d，因 此p=1.8844d。通过计算过程和计算结果表明，堵头所能承受的压差与堵头的有效长度和管内径成正比。

图1 堵管示意

图2 泄露堵管

理论上，对聚四氟乙烯快速塞进行分析是可行的。检修过程中，同时对低温低压设备进行堵管试验。经过一个周期的运行，该设备运行良好，无掉堵、漏水等问题，经实践验证其可行性。但是，由于压差温度，高压设备不适用（见图2和图3）。

图3 预防性堵管

3 结束语

为了能够使得换热器堵管或腐蚀的问题得到进一步的解决，首先要从换热器的选型和换热器材质的选择上做好工作，另外调整工艺参数也是避免和改善该类问题的必要措施，保证温度和压力以及在换热器设备要求范围内运行，同时也要加强介质腐蚀控制和定期开展维护保养等工作。安全生产的重要保证就是换热器的长期稳定运行。通过对换热器管泄漏问题的一系列分析、检测和处理，可以准确地找到泄漏点，快速有效地进行泄漏点的修复及时恢复生产。