管殼式換熱器的檢修

                                  管殼式換熱器的檢修
                                        王崗波
                  (中國化工滄州大化集團(tuán)機(jī)修車間河北滄州061000)
    摘要：本文摘要介紹了管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)類型特點(diǎn),失效形式及試壓方法,簡要介紹了對換熱器檢修方法及注意事項(xiàng)。
    關(guān)鍵詞：管殼式換熱器換    熱管   腐蝕   檢修
    中圖分類號：TQ05   文獻(xiàn)標(biāo)識碼；A    文章編號：1672-3791(2009)08(a)-0097-02
    化工工業(yè)中不同介質(zhì)之間存在有大量熱交換,其中很大部分的熱交換是通過換熱器來完成的。換熱設(shè)備是化肥,化工,煉油工業(yè)及其他許多工業(yè)部門應(yīng)用最廣泛的設(shè)備,在化工企業(yè)的建設(shè)中換熱設(shè)備占總投資很大比重。因此保證換熱設(shè)備安全運(yùn)行對其維護(hù)和檢修質(zhì)量是非常重要的。
    1·管殼式換熱器的類型特點(diǎn)
    常用的管殼式換熱器有固定管飯式、浮頭式和“U”型管式。
    (1)固定管板式換熱器是將兩端管板直接與殼體焊接在一起。主要由外殼、管板、管束、封頭等主要部件組成。殼體中設(shè)置有管束,管束兩端采用焊接、脹接或脹焊并有的方法將管子固定在管板上,管板外周圍和封頭法蘭用螺栓緊固。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、制造容易、管程清洗檢修方便,但殼程清洗困難,管束制造后有溫差應(yīng)力存在。當(dāng)換熱管與殼體有較大溫差時,殼體上還應(yīng)設(shè)有膨脹節(jié)。
    (2)浮頭式換熱器一端管板固定在殼體與管箱之間,另一端管板可以在殼體內(nèi)自由移動,也就是殼體和管束熱膨脹可自由。故管束和殼體之間沒有溫差應(yīng)力。一般浮頭可拆卸,管束可以自由地抽出和裝入。浮頭式換熱器的這種結(jié)構(gòu)可以用在管束和殼體有較大溫差的工況。管束和殼體的清洗和檢修較為方便,但它的結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜,對密封的要求也比較高。
    (3)U形管式換熱器是將換熱管煒成U形,兩端固定在同一管板上。由于殼體和換熱管分開,換熱管束可以自由伸縮,不會由于介質(zhì)的溫差而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。U形管換熱器只有一塊管板,沒有浮頭,結(jié)構(gòu)比較簡單。管束可以自由的抽出和裝入,方便清洗,具有浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn),但由于換熱管做成半徑不等的U形彎,最外層換熱管損壞后可以更換外,其它管子損壞只能堵管。同時,它與固定管板式換熱器相比,由于換熱管受彎曲半徑的限制它的管束中心部分存在空隙,流體很容易走短路,影響了傳熱效果。
    2·管殼式換熱器的失效形式
    換熱器常見的損壞形式是腐蝕而泄露,殼體減薄。腐蝕的部位主要在換熱管、換熱管與管板的連接處及殼體。
    2.1換熱管的腐蝕
    換熱管的腐蝕有兩種情況。一種是管內(nèi)和管外介質(zhì)對管壁的腐蝕,使得整個管壁減薄。另一種是管壁的局部腐蝕,特別在換熱管入口的管段腐蝕。另外,由于換熱管在軋制過程本身存在質(zhì)量缺陷,如夾渣、裂縫、夾皮和氣孔等,材質(zhì)不均勻造成介質(zhì)對管板的點(diǎn)蝕,使用后缺陷暴露而導(dǎo)致?lián)Q熱管減薄泄漏。
    2.2管子與管板連接處的腐蝕
    換熱管與管板的連接形式有脹接,焊接或者脹接焊接并有。換熱器運(yùn)轉(zhuǎn)一段時期后,封口焊縫的腐蝕或經(jīng)腐蝕將封口焊縫的內(nèi)部缺陷暴露而發(fā)生泄漏。另一種情況是因操作中冷熱交變應(yīng)力的影響或本身質(zhì)量差,致使脹接處出現(xiàn)松弛而發(fā)生泄漏。由于脹接、焊接的應(yīng)力存在,很容易在管板、脹焊區(qū)發(fā)生裂紋,特別是在有應(yīng)力腐蝕的場合。另外換熱管的管口因脹接時材料冷作硬化或管子與管板封口焊接的熱輸入量的影響,管口處耐腐蝕能力降低而產(chǎn)生腐蝕泄漏。再有換熱管因管頭退火處理不當(dāng)或換熱管材質(zhì)塑性不好,管子脹接后管頭出現(xiàn)裂紋,使用后缺陷擴(kuò)展而導(dǎo)致泄漏。
    2.3殼體的腐蝕
    殼體的腐蝕有整體減薄,由于材質(zhì)不均勻等缺陷造成的局部腐蝕和點(diǎn)蝕。當(dāng)殼體材質(zhì)與折流板等不同材質(zhì)其他元件長期接觸時,在接觸部位很容易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。另外,殼體的焊接部位對于不銹鋼材質(zhì)的殼體材料不可避免的容易產(chǎn)生晶間貧鉻從而增加了晶間腐蝕的可能。再者由于焊接應(yīng)力的存在,在有應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)中也容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。
    3·換熱管及封管泄漏的檢查
    常用的檢驗(yàn)方法有水壓試驗(yàn)檢查法,氣壓試驗(yàn)檢驗(yàn)法,氨滲漏試驗(yàn)檢查法。另外有些專業(yè)檢修單位還可以對管子進(jìn)行渦流探傷。
    3.1水壓試驗(yàn)檢查法
    換熱器灌水后發(fā)現(xiàn)管子本身泄漏或有明顯的漏點(diǎn),應(yīng)先修理后再進(jìn)行試驗(yàn)。在試壓檢查時需注意:(1)檢查設(shè)備有無損傷和變形,確認(rèn)無異?，F(xiàn)象,且外表面保持干燥。配設(shè)壓力試驗(yàn)臨時管線,建立試壓系統(tǒng),應(yīng)能保證充水、完全放空和排水。(2)換熱設(shè)備液壓試驗(yàn)充液時,應(yīng)從高出將空氣排干凈。(3)壓力試驗(yàn),必須采用兩個量程相同,經(jīng)過校驗(yàn),并在有效期內(nèi)的壓力表。壓力表的量程宜為試驗(yàn)壓力的2倍。但不得低于1.5倍和高于3倍,精度不得低于1.5級,表盤直經(jīng)不得小于100mm。(4)壓力表應(yīng)安裝在換熱設(shè)備的最高處和最低處,試驗(yàn)壓力值應(yīng)以最高處的壓力表讀數(shù)為準(zhǔn),并用最低處的壓力表讀數(shù)進(jìn)行校核。(5)液壓試壓時,壓力應(yīng)緩慢上升,達(dá)到試驗(yàn)壓力后,保壓時間不應(yīng)少于30min,然后將壓力降至設(shè)計(jì)壓力,保持足夠長的時間對所有焊縫和檢查。(6)對于不銹鋼材料還應(yīng)控制水中Cl離子的含量不超過25PPm。(7)出現(xiàn)泄露有時會出現(xiàn)由上而下一片換熱管接頭出現(xiàn)泄漏的情況,這可能是假象,必須找到真正的漏點(diǎn)。
    3.2氣壓試驗(yàn)檢驗(yàn)法
    氣壓試驗(yàn)檢驗(yàn)法與水壓試驗(yàn)法類似,由于氣壓試驗(yàn)相對與水壓試驗(yàn)危險(xiǎn)程度比較高,因此除以上注意事項(xiàng)之外,還需注意試壓是要緩慢升壓,升壓過程中需嚴(yán)密監(jiān)視設(shè)備的外觀變形情況,有無異常響聲。試驗(yàn)壓力比水壓試驗(yàn)較低。然后用肥皂水檢查焊縫及管板封管部位。發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)做好標(biāo)記,泄壓檢修。
    3.3氨滲漏試驗(yàn)檢查法
    對于工作壓力較高密封要求嚴(yán)或管程工作壓力高于殼程工作壓力的換熱器。采用水壓試驗(yàn)殼體不能達(dá)到承受試驗(yàn)壓力。可采用氨滲漏的方法進(jìn)行檢查。殼體應(yīng)先用氮?dú)膺M(jìn)行置換,因?yàn)榘痹诳諝庵械谋O限以體積計(jì)算為15％～28％,所以要求置換氣體的體積為置換空間的3倍～5倍。置換好后充氮?dú)庵?．2MPa,再充氨氣達(dá)0．235MPa進(jìn)行氨滲漏試驗(yàn),將濕的酚酞試紙貼于管板上。試紙變紅處說明有氨氣泄露,做好標(biāo)記對泄露部位處理。氨滲漏試驗(yàn)需注意:（1)由于壓力低,對于極小的滲漏,檢驗(yàn)時間(保壓時間)將是相當(dāng)長的,一般情況約為10小時～l2小時。（2)試驗(yàn)完畢,仍然要用氮?dú)庵脫Q合格,排放的氨需要插入水中吸收,不能直接排入空氣中,以免造成環(huán)境污染或人員傷害。
    4·換熱器的檢修
    4.1堵管
    經(jīng)過試壓試驗(yàn)或經(jīng)氨試漏檢查出由于腐蝕而泄露的換熱管簡單的方法就是堵管。對于管口比較規(guī)整的管子,換熱管與管板為焊接形式可以將堵頭加工成圓柱狀,一端打盲孔的形式,這樣堵頭與管板焊接時焊接變形主要集中在堵頭上,減少管板的焊接應(yīng)力。對于換熱管與管板為脹接形式、管口由于腐蝕或在制作時焊接的管頭不是很規(guī)整,可以把堵頭一般加工成有錐度的楔狀。楔形堵頭盡量不要與管板焊接而直接用力砸死,特別對于脹接形式管子更是需注意不能采用焊接的形式。因?yàn)楹附訒r,管子局部受熱,焊縫金屬冷卻時收縮很容易使周圍管子和管板受熱拉伸而產(chǎn)生應(yīng)力變形,從而對管子有一種拉托作用造成周圍脹接列管的松脫,開車時很容易泄漏。堵頭的錐度應(yīng)盡量小,這樣堵頭砸緊后才不容易滑出。另外堵管用的堵頭一定注意把材質(zhì)選好,原則上堵頭應(yīng)和管子的材質(zhì)相同,以免產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。
    4.2補(bǔ)脹或補(bǔ)焊
    管子或管板的脹口松弛時可以進(jìn)行補(bǔ)脹,一般用滾柱脹管器手工補(bǔ)脹。管子與管板封口焊縫發(fā)生泄漏時可將原焊縫打磨干凈后再進(jìn)行補(bǔ)焊。補(bǔ)焊應(yīng)小規(guī)模進(jìn)行,注意不要影響其他焊口質(zhì)量。另外,對于脹焊的管口形式的焊縫腐蝕而泄露的補(bǔ)焊,其腐蝕間隙中存在空氣、濕氣、水分,由于焊接時的膨脹,它們不能從反面溢出只能從熔池中沖出,很容易造成熔池內(nèi)流體金屬的翻騰,從而形成氣孔,使得焊縫近縫區(qū)高溫脹接應(yīng)力局部松脫。
    4.3換管
    對于固定管板式換熱器,堵管多了勢必影響換熱效果。而在現(xiàn)場和設(shè)備都允許的情況下可以進(jìn)行換管。首先利用拔管專用工具將泄露的管子拔出,目前拔管和換管的工具有很多種。如果是大面積的換管,可以將換熱器的焊縫金屬在鉆床上用鉆頭鉆掉,這樣換熱管可以比較容易的抽出。對于在現(xiàn)場不能被移動的換熱器可以用專用工具銑掉焊縫金屬,再用液壓推進(jìn)式或螺紋拉力式拔管專用工具將管子拉出。管子拔出后,應(yīng)對管板孔,折流板孔進(jìn)行清理,測量管板孔和折流板孔的中心線是否偏斜,然后進(jìn)行穿管。對于脹接結(jié)構(gòu)的管板孔及換熱管不應(yīng)有縱向的劃痕和凹坑,對換熱器的換管要求還應(yīng)注意到管材的硬度應(yīng)比管板的硬度小,大約相差HB30左右。否則,應(yīng)在管端150mm～200mm內(nèi)進(jìn)行退火。對于焊接結(jié)構(gòu)的封管,焊接時特別注意避免焊縫氫氣孔的產(chǎn)生。焊縫中的氫主要來自焊條、工件或空氣中的濕氣。在高溫下氫分解成氫原子,并大量溶解液態(tài)金屬中,冷卻時,氫在鋼中的溶解度急劇下降,由于焊縫冷卻速度很快。溶解在金屬中的氫來不及溢出,從而形成了氫氣孔。因此,換熱管及管孔應(yīng)保持干凈干燥,焊條要按規(guī)定烘干并承裝在保溫桶中隨用隨取。
    4.4殼體的挖補(bǔ)、貼補(bǔ)
    對于殼體局部減薄或其他局部缺陷,可以對殼體進(jìn)行局部挖補(bǔ)處理。(1)挖補(bǔ)的形狀視具體情況可以是圓形也可以是矩形。如果需要挖補(bǔ)的部位很小,采用圓形比較合適,如果需要更換的部位比較大,則可以采用矩形,但矩形的四個角應(yīng)該加工成圓弧。(2)重新補(bǔ)焊的板材材質(zhì)要與原殼體材質(zhì)一致并且應(yīng)加工成和殼體弧度一致。(3)挖補(bǔ)組對處視板厚開V型或U形坡口,焊縫要采取全焊透或背面加墊板的全焊透結(jié)構(gòu)。(4)組對時不能強(qiáng)力組對,焊縫錯邊量和和棱角度應(yīng)符合GB150的要求。(5)焊縫采用100%RT檢測。(6)對于殼側(cè)壓力不高,設(shè)計(jì)時注意考慮殼體的腐蝕余量,介質(zhì)為輕度危害介質(zhì)比如循環(huán)水,硝酸鎂的換熱器殼體,可以采用與殼體相同材料的板材貼補(bǔ)。
    4.5換熱管的其他檢修方法
    對于流體在死角處容易產(chǎn)生渦流攪動使得換熱管入口端部發(fā)生局部腐蝕,而管子的其他部位沒有明顯腐蝕減薄的換熱管,如果要全部更換換熱管,勢必造成巨大浪費(fèi),特別是對于比較貴重的換熱管子材料。對于這種情況,有些專業(yè)檢修單位可以只更換管子端部采用管子對接,管內(nèi)氬弧焊接方法取得很好的效果。
    綜上所述,由于管殼式換熱器在化工行業(yè)中的大量應(yīng)用,其檢修也必然是化工檢修中的重要內(nèi)容。檢修中應(yīng)當(dāng)了解管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),并根據(jù)其具體形式選擇切實(shí)可行的檢驗(yàn)檢修方法。即要本著節(jié)省了檢修成本又爭取了檢修時間的檢修方法。