管殼式換熱器的檢修
                                        王崗波
                  (中國化工滄州大化集團機修車間河北滄州061000)
    摘要：本文摘要介紹了管殼式換熱器的結構類型特點,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。
    關鍵詞：管殼式換熱器換    熱管   腐蝕   檢修
    中圖分類號：TQ05   文獻標識碼；A    文章編號：1672-3791(2009)08(a)-0097-02
    化工工業中不同介質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。換熱設備是化肥,化工,煉油工業及其他許多工業部門應用最廣泛的設備,在化工企業的建設中換熱設備占總投資很大比重。因此保證換熱設備安全運行對其維護和檢修質量是非常重要的。
    1·管殼式換熱器的類型特點
    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構簡單、造價低廉、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力存在。當換熱管與殼體有較大溫差時,殼體上還應設有膨脹節。
    (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構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,但它的結構相對比較復雜,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,不會由于介質的溫差而產生溫差應力。U形管換熱器只有一塊管板,沒有浮頭,結構比較簡單。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點,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。一種是管內和管外介質對管壁的腐蝕,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量缺陷,如夾渣、裂縫、夾皮和氣孔等,材質不均勻造成介質對管板的點蝕,使用后缺陷暴露而導致換熱管減薄泄漏。
    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。換熱器運轉一段時期后,封口焊縫的腐蝕或經腐蝕將封口焊縫的內部缺陷暴露而發生泄漏。另一種情況是因操作中冷熱交變應力的影響或本身質量差,致使脹接處出現松弛而發生泄漏。由于脹接、焊接的應力存在,很容易在管板、脹焊區發生裂紋,特別是在有應力腐蝕的場合。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生腐蝕泄漏。再有換熱管因管頭退火處理不當或換熱管材質塑性不好,管子脹接后管頭出現裂紋,使用后缺陷擴展而導致泄漏。
    2.3殼體的腐蝕
    殼體的腐蝕有整體減薄,由于材質不均勻等缺陷造成的局部腐蝕和點蝕。當殼體材質與折流板等不同材質其他元件長期接觸時,在接觸部位很容易產生電化學腐蝕。另外,殼體的焊接部位對于不銹鋼材質的殼體材料不可避免的容易產生晶間貧鉻從而增加了晶間腐蝕的可能。再者由于焊接應力的存在,在有應力腐蝕的介質中也容易產生應力腐蝕。
    3·換熱管及封管泄漏的檢查
    常用的檢驗方法有水壓試驗檢查法,氣壓試驗檢驗法,氨滲漏試驗檢查法。另外有些專業檢修單位還可以對管子進行渦流探傷。
    3.1水壓試驗檢查法
    換熱器灌水后發現管子本身泄漏或有明顯的漏點,應先修理后再進行試驗。在試壓檢查時需注意:(1)檢查設備有無損傷和變形,確認無異常現象,且外表面保持干燥。配設壓力試驗臨時管線,建立試壓系統,應能保證充水、完全放空和排水。(2)換熱設備液壓試驗充液時,應從高出將空氣排干凈。(3)壓力試驗,必須采用兩個量程相同,經過校驗,并在有效期內的壓力表。壓力表的量程宜為試驗壓力的2倍。但不得低于1.5倍和高于3倍,精度不得低于1.5級,表盤直經不得小于100mm。(4)壓力表應安裝在換熱設備的最高處和最低處,試驗壓力值應以最高處的壓力表讀數為準,并用最低處的壓力表讀數進行校核。(5)液壓試壓時,壓力應緩慢上升,達到試驗壓力后,保壓時間不應少于30min,然后將壓力降至設計壓力,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控制水中Cl離子的含量不超過25PPm。(7)出現泄露有時會出現由上而下一片換熱管接頭出現泄漏的情況,這可能是假象,必須找到真正的漏點。
    3.2氣壓試驗檢驗法
    氣壓試驗檢驗法與水壓試驗法類似,由于氣壓試驗相對與水壓試驗危險程度比較高,因此除以上注意事項之外,還需注意試壓是要緩慢升壓,升壓過程中需嚴密監視設備的外觀變形情況,有無異常響聲。試驗壓力比水壓試驗較低。然后用肥皂水檢查焊縫及管板封管部位。發現漏點做好標記,泄壓檢修。
    3.3氨滲漏試驗檢查法
    對于工作壓力較高密封要求嚴或管程工作壓力高于殼程工作壓力的換熱器。采用水壓試驗殼體不能達到承受試驗壓力。可采用氨滲漏的方法進行檢查。殼體應先用氮氣進行置換,因為氨在空氣中的爆炸極限以體積計算為15％～28％,所以要求置換氣體的體積為置換空間的3倍～5倍。置換好后充氮氣至0．2MPa,再充氨氣達0．235MPa進行氨滲漏試驗,將濕的酚酞試紙貼于管板上。試紙變紅處說明有氨氣泄露,做好標記對泄露部位處理。氨滲漏試驗需注意:（1)由于壓力低,對于極小的滲漏,檢驗時間(保壓時間)將是相當長的,一般情況約為10小時～l2小時。（2)試驗完畢,仍然要用氮氣置換合格,排放的氨需要插入水中吸收,不能直接排入空氣中,以免造成環境污染或人員傷害。
    4·換熱器的檢修
    4.1堵管
    經過試壓試驗或經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。因為焊接時,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生應力變形,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選好,原則上堵頭應和管子的材質相同,以免產生電化學腐蝕。
    4.2補脹或補焊
    管子或管板的脹口松弛時可以進行補脹,一般用滾柱脹管器手工補脹。管子與管板封口焊縫發生泄漏時可將原焊縫打磨干凈后再進行補焊。補焊應小規模進行,注意不要影響其他焊口質量。另外,對于脹焊的管口形式的焊縫腐蝕而泄露的補焊,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,很容易造成熔池內流體金屬的翻騰,從而形成氣孔,使得焊縫近縫區高溫脹接應力局部松脫。
    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。而在現場和設備都允許的情況下可以進行換管。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,再用液壓推進式或螺紋拉力式拔管專用工具將管子拉出。管子拔出后,應對管板孔,折流板孔進行清理,測量管板孔和折流板孔的中心線是否偏斜,然后進行穿管。對于脹接結構的管板孔及換熱管不應有縱向的劃痕和凹坑,對換熱器的換管要求還應注意到管材的硬度應比管板的硬度小,大約相差HB30左右。否則,應在管端150mm～200mm內進行退火。對于焊接結構的封管,焊接時特別注意避免焊縫氫氣孔的產生。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,換熱管及管孔應保持干凈干燥,焊條要按規定烘干并承裝在保溫桶中隨用隨取。
    4.4殼體的挖補、貼補
    對于殼體局部減薄或其他局部缺陷,可以對殼體進行局部挖補處理。(1)挖補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,但矩形的四個角應該加工成圓弧。(2)重新補焊的板材材質要與原殼體材質一致并且應加工成和殼體弧度一致。(3)挖補組對處視板厚開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構。(4)組對時不能強力組對,焊縫錯邊量和和棱角度應符合GB150的要求。(5)焊縫采用100%RT檢測。(6)對于殼側壓力不高,設計時注意考慮殼體的腐蝕余量,介質為輕度危害介質比如循環水,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。
    4.5換熱管的其他檢修方法
    對于流體在死角處容易產生渦流攪動使得換熱管入口端部發生局部腐蝕,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,特別是對于比較貴重的換熱管子材料。對于這種情況,有些專業檢修單位可以只更換管子端部采用管子對接,管內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中的大量應用,其檢修也必然是化工檢修中的重要內容。檢修中應當了解管殼式換熱器的結構特點,并根據其具體形式選擇切實可行的檢驗檢修方法。即要本著節省了檢修成本又爭取了檢修時間的檢修方法。