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管壳式换热器故障与检修
在化工生产中，换热器是非常重要的一种设 备，其中管壳式换热器因其结构比较简单，操作 可靠，能在高温、高压下使用，材料范围较广， 在化工生产装置中得到了广泛的使用。
1 管壳式换热器的特点
管壳式换热器又称列管式换热器，是目前生产 中最为广泛使用一种换热设备。管壳式换热器常用 的型式有固定管板式、浮头式和 “U”型管式。
1. 1 固定管板式换热器
固定管板式换热器主要由外壳、管板、管 束、封头等部件组成。壳体中设置有管束，管束 的两端采用焊接、胀接或胀焊。固定管板式换热 器结构简单、造价低，管程清洗检修方便，但壳 程清洗较困难，管壳之间存在温差应力。当管程 中换热管与壳体存在较大温差时，壳体上还应增 设膨胀节来降低应力。固定管板式换热器适用于 壳程介质较清洁、结垢少、温差小和壳程压力较 低的场合。
1. 2 浮头式换热器
浮头式换热器主要由壳体、换热管束、浮 头、外接管、连接件、膨胀节等组成，其一端管 板固定在壳体与管箱之间，另一端可以在壳体内 自由移动，即壳体和管束热膨胀时可自由调节， 故管束和壳体之间没有温差应力。浮头式换热器 可以用在管束和壳体有较大温差的工况，尤其适 用于石油化工等高温高压的换热装置中。换热管 和换热器壳体的清洗检修方便，但其结构复杂， 对密封件的要求较高，造价较高。
1. 3 “U”型管式换热器
将换热管弯成 “U”型，两端固定在同一管 板上即为 “U”型管式换热器。由于壳体和换热 管分开，换热管束可以伸缩自由，不会由于介质 的温度差异而产生温差应力。管束可以自由的抽 出和装入，方便清洗，同时具有浮头式换热器的 优点。但是，由于换热管做成各种不同半径的 “U”型弯，虽然最外层的换热管损坏后可以更 换，但其他管件损坏却只能堵管。而且，与固定 管板式换热器相比，它的管束中心部分存在空 隙，很容易影响流体走向，影响传热效果。 “U” 型管式换热器主要用于管内清洁却不容易结垢的 高温、高压介质。壳程介质适应性强，常用于高 温高压、黏度大的场合。
2 管壳式换热器故障分析 管壳式换热器的故障主要表现在换热器泄漏 和传热效率降低两方面。
2. 1 换热器泄漏原因分析
2. 1. 1 腐蚀
以碳钢制作而成的换热器受腐蚀性问题较为 突出。管壳式换热器的管板和列管的连接是由手 工电弧焊制而成的，这种特性导致其焊缝经常出 现腐蚀现象，引起机械故障，不利于正常使用。 由于手工电弧焊制过程中，不可确定因素较多，如受电焊工技术影响，电焊过程中出现气泡、凹 槽以及夹渣等，当流体内含有离子及氧气经过管 板时，发生泄漏，会产生腐蚀现象。长期如此， 引起换热器故障，影响使用。
2. 1. 2 介质及使用氛围引起的泄漏
泄漏现象的产生还与换热过程中使用的介 质、温度、酸碱度以及流速等因素有关。介质不 同，腐蚀程度也随之变化。譬如淡水与海水中所 含氯离子和氧的浓度不一致，二者对管板和列管 焊缝处腐蚀程度不一致; 温度越高，腐蚀性也越 强; pH 越小，流速越大，对由碳钢制作而成的 管板、列管腐蚀程度越强，较容易引起故障。
2. 2 传热效率降低故障原因分析 从管壳式换热器装置的生产工艺特点来分 析，换热器热交换效率之所以降低，一是换热器 发生了污垢堵塞，二是因为在换热器中介质的流 速或者流程减小。
( 1) 根据换热器污垢的形成过程，可以将其 大致分为六类: 流体中所含有的固体颗粒因在换 热器表面沉积形成颗粒污垢; 溶液因其溶解度的 变化而在换热器表面析出晶体，形成析晶污垢; 微生物体以及宏观生物体吸附在换热器表面所形 成生物污垢; 因流体中的某些化学反应而在换热 器表面所形成化学反应污垢; 多组分溶液中的高 溶剂组分以及纯净液体在换热器表面凝固形成凝 固污垢; 换热器表面材料因被腐蚀形成腐蚀污 垢。通常情况下，管壳式换热器中的污垢是由其 中两种或者两种以上的污垢相互作用及影响而形 成的混合污垢。
( 2) 在一定程度上，可以根据需要在换热器 中安装隔板，从而使整个管程，分为双程甚至多 程。这样一来，换热器中介质的流程就会变长， 换热器的热交换效率也会因此而得到提高。然 而，随着设备运行时间的延长，腐蚀极易造成分 程隔板的穿孔或者出现隔板因其槽内密封垫片的 损坏而短路的现象。在这种情况下，介质就不会 经过换热器，而是从上一管程直接泄漏到下一管 程，介质的流程大大缩短。此外，为了使壳程中 介质的流速以及其湍动程度获得较大的提高，通 常会在管壳式换热器的壳程安装折流板。折流板 能够控制壳程中介质的流动方向，增大其传热系 数。然而，在换热器运行过程中，折流板极易遭 到腐蚀，从而不能有效发挥折流作用。
3 管壳式换热器故障检修
3. 1 换热器泄漏故障处理
3. 1. 1 补焊
当换热器折流板、管板因腐蚀而发生泄漏 时，首先应该对其腐蚀程度进行评估，确定其是 否能够通过修复继续使用。对于能够通过修复而 继续使用的，可以对其进行打磨补焊; 对于不能 继续使用的，需要重新更换; 而对于具有非常严 重腐蚀情况的，必须根据介质参数进行重新设 计，并对其材质进行更改。
3. 1. 2 堵管
当换热器静密封面发生泄漏时，可以更换密 封垫片或者预紧螺栓。当换热管束因被腐蚀而发 生泄漏时，如果泄漏管数低于总换热管 数 的 10%，可以堵管。
3. 1. 3 换管
如果泄漏管数高于总数的 10%，堵管会严重 影响换热器的换热效率，则必须进行换管。
3. 2 换热器污垢处理
在处理换热器污垢时，首先要充分了解污垢 类型，结合污垢的严重程度选用合适的清洗方 法。现阶段，我国通常采用的换热器污垢清洗方 法主要有 4 种，分别是机械清洗、高压水射流清 洗、化学清洗以及综合清洗。
3. 2. 1 机械清洗
机械清洗的适用对象为管壳式换热器的管程 以及壳体内壁。然而，由于机械清洗的工作效率 非常低，还需要进行多次清洗，会对设备产生一 定的损害。
3. 2. 2 高压水射流清洗
高压水射流清洗的清洗力度非常强。首先通 过高压水泵将高压水送出，然后利用高压水枪将 高压水流直接喷射到换热器所需清洗的部位。不 同的清洗设备可以选择不同的枪型，譬如清洗壳 体内壁以及管束外壁时可以选择具有较广喷射面 的手持抢; 清洗换热管可以选择刚性枪; 清洗带 弯头的换热管或者换热器的相关管线时可以选择 柔性抢。然而，对于那些具有致密坚硬垢层的污 垢，高压水射流清洗的效果较差。针对这类污 垢，通常采用以机械清洗为主、高压水射流清洗 为辅的清洗方式。此外，高压水射流清洗水压过高、安全风险较大，因此必须对相关操作人员进 行专门的培训。
