厕羧米 文章编号：１６７１—８９０９（２０１４）０７—００２６—０４ Ｃ清洗世界 ｌｅａｎｉｎｇ Ｗｏｒｌｄ 第３０卷第７期 ２０１ ４年７月 管壳式换热器故障分析及维修处理 姚玉金，吴文召 （新疆维美化工有限责任公司，新疆库尔勒８４１０００） 摘要：管壳式换热器在化工装置中被广泛应用，通过分析管壳式换热器在实际运行过程中出 现的故障及原因，总结优化检维修方法和程序，提高设备检维修效率，为相关现场维修管理提供 参照。 关键词：管壳式换热器；结垢；腐蚀；清洗；试漏试压 中图分类号：ＴＫ１７２ 文献标识码：Ｂ Ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅｌｌ ａｎｄ ｔｕｂｅ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ＹＡＯ Ｙｕｊｉｎ． Ｗｅｎｚｈａｏ （Ｘｉ￣ｉａｎｇ Ｗｅｉｍｅｉ Ｃｈｅｍｉａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｋｏｄａ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ ８４１０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｈｅｌｌ—ａｎｄ—ｔｕｂｅ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｄｅｖｉｃｅ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ，ｔｈｅ ａｎ— ｔｈｏｒｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，ｂａｓｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｈｅｌｌ——ａｎｄ——ｔｕｂｅ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｃａｕｓｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ａｃｔｕａｌ ｏｐｅｒａ－－ ｔｉｏｎ．Ｂｙ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇ ｔｈｅ ｗａｙｓ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｒａｔｅ，ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ａｉｍｓ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｎ ｓｉｔｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈｅｌｌ—ａｎｄ—ｔｕｂｅ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ，ｓｃａｌｉｎｇ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ，ｃｌｅａｎｉｎｇ，ｌｅａｋ＆ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｅｓｔ 管壳式换热器，３５％的换热器由于管束外壁腐蚀导 致换热管泄漏而报废更新，其中有５台重要的换热 换热器是化工生产过程中主要的换热设备，其 中管壳式换热器因其具有结构紧凑、操作弹性大、材 器在更新时，将换热管材料由原来的２０号钢更换为 ３０４不锈钢，从而缓解设备的腐蚀情况。而在提浓装 置溶剂回收处理系统中，有７台换热器结垢现象较 为严重，在运行过程中出现升温不合格、加热效果不 达标和出口流量降低等情况，需清洗除垢，且这些换 热器清洗频率较高，约２个月就需清洗一次，因此解 料范围广等优点，目前在化工装置中被广泛使用。 维美公司提浓装置管壳式换热器主要用于溶剂（乙 炔和高级炔气体的物理吸收剂）之间的热交换，循环 水对溶剂的冷却，蒸汽对溶剂的加热和循环水对蒸 汽冷凝液的冷却等场合。提浓装置一共在用３２台 决管壳式换热器的腐蚀和积垢问题，已经成为保障 收稿Ｅｔ期：２０１４—０２—１２ 作者简介：姚玉金（１９８３一），男，四川绵阳人，大学本科，助理工程师，化工设备管理。 第３０卷 姚玉金等．管壳式换热器故障分析及维修处理 ・２７・ 装置正常运行的关键¨Ｊ。 ２ 故障及原因分析 在换热器的使用过程中，主要故障表现为换热 器热交换效率降低和换热器泄漏两大类。热交换效 率降低的主要原因是换热器结垢，在换热器运行过 程中，９０％的换热器都存在结垢现象，污垢将与流体 接触的换热表面覆盖，由于污垢的导热系数很低，通 常为普通碳钢的几十分之一，因此污垢层的存在严 重影响了换热器的热交换效率。换热器的泄漏主要 原因为腐蚀导致的换热管或管板穿孔，温差应力造 成换热管与管板涨接处出现裂纹等。 ２．１热交换效率降低原因分析 根据装置生产工艺特点分析，换热器热交换效 率降低的原因有以下两点。 ２．１．１ 污垢堵塞换热器 换热器污垢按照其形成过程大致可分为以下六 类 Ｊ：（１）溶液因溶解度变化在换热器表面析出晶 体形成的析晶污垢；（２）流体中固体颗粒沉积在换热 器表面形成的颗粒污垢；（３）在流体中发生化学反应 沉积在换热器表面的化学反应污垢；（４）换热器表面 材料被腐蚀形成的腐蚀污垢；（５）宏观生物体、微生 物体吸附在换热表面的生物污垢；（６）在过冷换热面 上纯净液体或多组分溶液中高溶剂组分产生凝固形 成的凝固污垢。通常换热器的污垢都是由以上六类 污垢中的两种或两种以上污垢相互作用相互影响混 合而成的混合污垢。 提浓装置换热器污垢主要有以下两类： １）在装置生产工艺条件下，溶剂中通常含有一 定比例的高级炔和炭黑，溶剂中溶解的高级炔气体 会发生自聚，特别是在高温场所高级炔的自聚反应 更加明显，形成大量聚合物，聚合物和炭黑相互作用 形成混合污垢，溶剂携带污垢进入换热器时，因温度 和流速等条件变化，导致的污垢聚集，形成重度水垢 类固体聚合物，堵塞换热管。 ２）换热器冷却水因水质污度大以及添加药物的 原因，含有很多的泡沫和杂质，泡沫和杂质在换热器 内逐步聚集，多形成析晶和颗粒混合污垢，影响换热 器的换热效率。 ２．１．２介质在换热器中流程或流速变小 １）在换热器中，根据需要可以利用隔板将整个 管程分为双程和多程 ，以增加介质在换热器中的 流程，提高其热交换效率。随着设备长期运行，会出 现分程隔板被腐蚀穿孔或隔板槽内密封垫片损坏造 成隔板短路，介质直接从上一管程泄漏至下一管程， 而不经过换热器，缩短了介质的流程。 ２）在换热器的壳程为提高壳程介质的流速，增 加其湍动程度，控制介质的流动方向，安装有折流 板，增大传热系数，在运行过程中会出现折流板被腐 蚀，不能起到折流作用。 ２．２换热器的泄漏原因分析 １）螺栓松动或者密封垫片的损坏导致静密封面 的泄漏。 ２）介质冲刷引起的磨损，换热管锈蚀或积垢腐 蚀穿孔，机械清洗对换热管的损害导致管束泄漏，管 壳程介质互窜。 ３）管板锈蚀、腐蚀穿孔，换热管振动或温差应 力，引起换热管与管板胀焊处出现裂纹和砂眼，导致 管板泄漏，管壳程介质互窜。 ３ 故障处理 ３．１换热器积垢处理 首先要了解污垢的类型，结合结垢的严重程度， 选用适用的清洗方法，目前采用的清洗方法有以下 几种 ｊ。 ３．１．１机械清洗 机械清洗主要用于换热器的管程及壳体内壁清 洗，如被重度水垢类固体聚合物堵塞严重的换热管， 可采用手电钻钻洗，首先采用较小的钻头将换热管 疏通，然后按照管内径配较大钻头钻洗剩余积渣积 清洗世界 第７期 垢，钻洗时可从换热管另一侧充水，这有助于钻洗出 的聚合物从钻头与换热管缝隙排出，同时也可润滑 钻头。在选用钻头时，需注意钻头不能过大，因为钻 头支撑杆较长，在转动时摆动较大，如果钻头过大会 损伤换热管。机械清洗的缺点是工作效率低，多次 清洗对设备有损害。 ３．１．２高压水清洗 高压水清洗是一种强力清洗法，它是利用高压 水泵送出高压水，然后通过高压水枪直接将高压水 喷射至需清洗部位，先用高压水枪压力可调范围一 般在（０～１５０）ＭＰａ，可根据污垢的致密度来选择高 压水压力，而且清洗不同设备可选用不同的枪型。 手持枪喷射面广，可用于壳体内壁、管束外壁的清 洗；刚性枪可对换热管清洗；柔性枪可用于清洗带弯 头的换热管或换热器相关管线。但这种方法对于垢 层致密紧硬的污垢清洗效果较差，对于此类污垢，高 压水清洗可作为机械清洗后的辅助清洗方式。因其 清洗水压力高，存在较大安全风险，因此需对操作人 员培训后专人操作。 ３．１．３化学清洗 化学清洗是使用化学试剂在换热器中进行循 环，以溶解和消除污垢。化学清洗一般可采用浸泡、 喷淋和强制循环法。这种清洗方法对于不能拆卸的 换热器部件进行清洗，比如可对固定管板式的壳程 进行清洗。在选用清洗试剂时，一定要评估试剂对 设备材料是否具有腐蚀性，以免损伤设备。 ３．１．４综合清洗 随着除垢防垢技术的发展，超声波除垢等新技 术也被越来越广泛的应用。但是在部分工况下，单 纯的采用一种清洗方式并不能达到理想效果，因此 可采用几种清洗方式结合对设备进行清洗，以达到 清洗目的。 ３．２换热器腐蚀泄漏处理 换热器常被腐蚀穿孔的部件中如果分程隔板、 折流板、管板被腐蚀泄漏，应该根据其被腐蚀程度评 估是否能够继续修复使用，对于能够修复使用的，可 采用打磨补焊的方式进行处理，如果不能继续使用， 则需要进行更换。对于腐蚀情况特别严重的，应该 根据介质参数重新设计，更改其材质。对于换热器 静密封面的泄漏，可以通过预紧螺栓或者更换密封 垫片的方式解决。而如果换热管束发生腐蚀泄漏， 在泄漏管数不超过总换热管数１０％的情况下，可以 进行堵管处理，即用锥形金属销子在换热管的两端 打紧焊死，将泄漏的管子堵死不用。金属销子的材 料硬度需低于换热管的硬度，且销子的锥度在３。～ ５。之间。在泄漏的换热管超过总管数１０％的情况 下，采用堵管的方式会对换热器的换热效率产生较 大影响，因此需更换换热管。如果换热器换热管与 管板胀焊处出现裂纹砂眼等缺陷时，需用角磨机对 缺陷进行打磨，将缺陷磨透后进行补焊处理。在上 述处理方式中涉及动火动焊作业时，要明确动火部 件在焊接后是否需要热处理，以及热处理的方式等。 另外生产人员在换热器开停过程中，要特别注 意换热器的升温和降温应缓慢，避免造成压差过大 和热冲击，同时应遵循停车先退热介质，后退冷介 质；开车先进冷介质，后进热介质。 ４试漏试压程序 ｊ 换热器检修完成后，需对设备进行试漏试压，试 漏试压可采用液压试验和气压试验两类，试验压力 值和验收标准按照ＳＨＳ ０１００９－－２００４（管壳式换热 器维护检修规程》选取。 试压程序以浮头式换热器为例：（１）安装打压工 具，包括试验压环和假封头（如图１）；（２）壳体打压， 检查换热管是否泄漏，换热管与管板涨焊处是否存 在裂纹渗漏，以及壳体是否存在穿孔等情况；（３）拆 除试验压环和假封头，回装左侧管箱和右侧浮头盖， 管程打压检查管箱和浮头盖密封垫片密封是否良 好，左管箱和浮头盖是否存在穿孔或裂纹；（４）回装 右侧管箱，壳程打压检查右管箱密封垫片和右管箱。 （下转第３３页） 第３０卷 洪岩．清洗配方选择及化学清洗在炼化冷换设备上的应用 ．３３． ２．３清水置换 换设备的水垢、油污、微生物黏泥等积垢，有良好的 清洗效果，达到了消除垢层、减轻堵塞、提高传热效 用清水将设备内的药液进行置换。 ２．４钝化 率、防止垢下腐蚀、提高生产能力的目的。 参考文献 用氢氧化钠＋亚硝酸钠＋磷酸钠配制成钝化 液，ｐＨ值一般控制在９～１２，５０℃下钝化６ ｈ。 ２．５清洗效果 经过化学清洗后，两台换热器管壁垢层全部被清 ［１］ＨＧ／Ｔ ２３８７－－２００７，中国化工部工业设备化学清洗剂质量 标准． 除，管壁露出金属光亮本色，除垢率达９９％，洗净率达 ９８％，化学清洗效果良好，满足生产工艺的要求。 ［２］中国蓝星化学清洗总公司，中国工业清洗协会等．国内 外清洗行业标准汇编ｆＤ］．２００１． ３ 结束语 从现场应用情况看，以高效化学清洗配方为核 心的化学清洗技术，对碳钢、不锈钢、铜等材料的冷 ［３］窦照英．实用化学清洗技术（第二版）［Ｍ］．北京：化学 工业出版社，２００１． ［４］李德福，刘洁．石油化工设备清洗技术［Ｍ］．北京：化学 工业出版社，２００３． （上接第２８页） 图１ 浮头式换热器壳程打压示意 固定管板式、ｕ型管和填料函式换热器按上述 相关步骤试压检查即可。 ［１］王新龙．管壳式换热器在检修方面的研究［Ｊ］．山东化 参考文献 ５ 结束语 管壳式换热器目前在化工装置中被广泛应用， 因其介质流速、温度等发生较大变化，容易出现各种 ］一，２０１３，９：２１０—２１１． ［２］李冠球．板式换热器传热传质实验与理论研究［Ｄ］． ２０１２，１２—１３． ［３］董大勤．化工设备机械基础［Ｍ］．北京：化学工业出版 社，２００５．３９２—４２０． 故障。对此必须准确寻找故障点，采取针对性处理 措施和维修方案，并在检修中不断摸索总结，优化各 ［４］张晓霞．列管式换热器结垢的原因及解决措施［Ｊ］．科 维修程序，做到规范化标准化检修，提高工作效率， 缩短工期，排除故障，从而有效地降低设备维修成本 和生产运行成本。 技信息，２０１１，１２：１９４． ［５］金秋红．换热器耐压试验的探讨［Ｊ］．科技致富向导， ２０１１，１８：３２３．