炼油化工设备换热器的密封泄漏问题及其处理措施

李永春

（大庆炼化公司聚合物一厂乙腈车间，黑龙江 大庆 163000）

换热器是将冷、热流体的部分能量互相传递给流体的设备，又称热交换器。换热器在石油化工、煤化工、盐化工及热电厂等工业系统中的用量非常大。在生产过程中，由于换热器管束所接触的介质比较复杂，往往具有高温(近 1000℃)、高压(2500MPa)、高流速、强腐蚀等特点，因此常常出现冲刷泄漏和腐蚀泄漏。

1 换热器在炼油化工工艺中的应用

换热器在化工生产中常用于物料的加热、冷却或蒸发过程，按其用途或换热目的分为加热器、冷却器和冷凝器；按换热方法分为间壁式、混合式和蓄热式；按传热面结构分为管式和板式等。换热器在运行中需注意事项有:①换热器在新安装或检修完之后必须进行试压后才能使用。②换热器在开工时要先通冷流后通热流，在停工时要先停热流后停冷流，以防止不均匀的热胀冷缩引起泄漏或损坏。③固定管板式换热器不允许单向受热，浮动式换热器管、壳两侧也不允许温差过大。④启动过程中，排气阀应保持打开状态，以便排出全部空气，启动结束后应关闭。⑤如果使用碳氢化合物，在装入碳氢化合物之前应用惰性气体驱除换热器中的空气，以免爆炸的可能性。⑥蒸汽加热器或停工吹扫时，引汽前必须切净冷凝水，并缓慢通汽，防止水击。换热器一侧通汽时，必须把另一侧的放空阀打开，以免憋压损坏。关闭换热器时，应打开排气阀及疏水阀，防止冷却形成真空损坏设备。⑦空冷器使用时要注意各部分流量均匀，确保冷却效果。⑧经常注意监视防止泄漏。

2 炼油化工设备换热器的密封泄漏问题

2.1 换热器表面的腐蚀磨损

腐蚀介质与金属构件的表面，相对运动速度较大，导致构件局部表面遭受严重的腐蚀损坏，这类腐蚀称为磨损腐蚀，简称磨损。造成腐蚀损坏的流动介质，可以是气体、液体或含有固体的颗粒、气泡的气体等。磨损腐蚀，是高速流体对金属表面已经生成的腐蚀产物的机械冲刷作用和新裸露金属表面的腐蚀作用的综合。

由于石油化工中的生产介质，往往具有一定的粘连性。为了防止介质沉淀结垢，要求介质流速大于2m/s。高速流体，特别是含有固体细粒、气泡的高速流体冲刷传热面，引起局部表面的压力可达数十兆帕，从而造成了金属表面的疲劳剥蚀。虽然在设计中，为了防止流体进入到壳体时，使管子直接受到冲击或冲刷，在壳体进口处的管束上安装了防冲板，但由于流体或是固体颗粒的长时间冲刷，防冲板也会发生损坏。另外，由于振动或微振动的原因，也常使折流板管孔处受到磨损。磨损腐蚀的外在特征常常呈现马蹄形的凹槽或深谷形状，一般按流体的流动方向切入金属表面。

2.2 沉积物引起的电化学腐蚀

当介质流动不均或滞留时，很容易在换热管表面形成沉积物。由于沉积物是不连续不牢固且不均匀的，在某些部位形成了裂缝和间隙，由于缝内外氧的差异而形成了电化学腐蚀。包括:阳极氧化反应，金属溶解；阴极还原反应，还原为(中性或碱性溶液)；阴极还原反应，还原为(酸溶液)；同时，由于腐蚀产物的存在，导致了缝内外的电化学不均匀性，从而引起了更大的腐蚀。

2.3 换热管水侧的腐蚀

由于换热器常用水做为热交换介质，因此水的腐蚀不容忽视。水的腐蚀主要是由于水中 pH值降低、水汽渗透、溶解氧的存在，以及水中有害的阴离子(Cl－，S2－等)侵蚀，而引起的化学或电化学腐蚀。因此，换热管表面防腐要求是:防腐表面具有良好的附着力、导热性、耐温变性和较大的硬度。同时要求有优良的耐化学离子侵蚀能力、较高的抗水汽渗透能力和一定的阻垢性。

2.4 密封材料失效

管箱密封部位的密封面形式为凹凸面密封，密封垫片类型为金属包石棉垫片。金属包石棉垫片结构主要由两部分组成。金属外壳部分常采用 0.35mm左右的铁皮(马口铁)或合金钢(1Cr131Cr18Ni9Ti)及铝铜等材料构成，金属包石棉垫片的制作标准一般也是贴近石棉垫片的制作标准或依照特定密封面尺寸标定但宽度不宜过大，其截面形状主要以平垫片和波形垫片两种。由于石棉板的强度较低易松散或折断，垫片的制造质量对垫片使用的和密封性能的影响较大，该种垫片由于需要的预紧力较大所以一般应用于法兰口较大的设备口位置。该种垫片在安装过程中对法兰和安装要求较高，但由于石棉板压缩弹性小、补偿余地小密封性能不好，当铁包垫片放置位置不好时或把紧力矩不均时都有可能引起在设备运行过程中发生泄露，所以该种垫片有逐渐被缠绕垫片取代的趋势。

3 处理措施

3.1 换热器防腐涂料及其应用

一层相当薄的金属涂层和无机涂层，能够在金属和环境之间提供有效的屏障，这就是这类涂层的主要作用 (除了锌一类的牺牲涂层外)。金属涂层(或称镀层)的施工方法有:电镀火焰喷涂、包镀、热浸和蒸汽镀。无机涂层的施工方法有:喷涂、渗镀、或化学转化。喷涂后通常在高温烘烤。金属涂层往往显现出一些可变形性，而无机涂层则很脆，两种涂层都必须具有完全隔离的作用，如果存在微孔或其他缺陷，则由于电偶效应，将引起金属局部腐蚀的加速。

CH-784防腐涂料系环氧氨基涂料，其特点是:耐腐蚀性能好，耐大多数酸碱，耐水，耐溶剂，耐温可达200℃；漆膜物理机械性能好，硬度大，表面光滑，附着力强，抗冲击，抗摩擦。因此，对水中不溶物摩擦力小，水垢及杂质被流动的冷却水带走，不易附着管壁。漆膜有明显防腐阻垢作用；CH-784防腐涂料底漆面漆含有金属颜料，导热系数大，漆层薄80～250μm。漆层热阻只有 1.66×104M2h℃/kcal，不生锈不结垢，增加水的流速，提高换热效果。

3.2 综合性密封改良方案

通过改换密封垫片类型改善连接密封性能由于设计原选择的密封垫片等级较低不能适用高温频变工况，所以改选金属缠绕垫片代替原使用的铁包石棉垫片。在相同的工况和受力情况下金属缠绕垫片的相对刚度值要比铁包石棉垫片的相对刚度小很多，螺栓和密封垫片的受力变形变化情况在改换金属缠绕垫片后有明显改善。

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