管壳式换热器的操作运行与事故预防

2016-03-17韩雅妮

安徽化工 2016年5期

关键词：管壳管板污垢

韩雅妮

（兰州石化职业技术学院，甘肃兰州 730060）

管壳式换热器的操作运行与事故预防

韩雅妮

（兰州石化职业技术学院，甘肃兰州 730060）

根据设备特点分析运行中的安全因素，并总结了换热器的安全操作和正常检修的注意事项。

管壳式换热器；常见事故；检修与维护

换热器是工艺过程中完成介质冷却或加热过程的关键设备，在石油化工、动力、冶金、食品等工业部门有着广泛的应用。据统计，换热器在化工行业通常占工艺设备总投资的10%～20%，在炼油行业中则可能占到35%～40%。这些换热器中以管壳式换热器为主，紧凑换热器等次之[1]。虽然管壳式换热器在结构紧凑、传热强度和单位传热面的金属消耗量等方面无法与板式等紧凑换热器相比，但因其选材范围广、制造成本低、清洗方便、处理量大、工作可靠、能适应高温高压、容易找到可靠的设计及制造标准的特点，目前已成为运用最广的一类换热器[2]。同时，大多数换热设备的操作条件苛刻，通常是高温高压，而且工作流体多为易燃、易爆、有毒、具有腐蚀性的物质，这些都给化工生产的正常运行带来了一定困难，稍有不慎就会发生事故。因此，加强换热设备的维护管理，预防换热设备发生事故十分必要。本文以管壳式换热器为例，讨论其常见事故及日常维护管理的方法。

1 常见事故的原因[3]

1.1 热应力过大引起泄漏

换热器结构复杂，焊缝接头部位多，列管式换热器在操作时，由于冷、热流体温度相差较大，使壳体和管壁因温度不同产生热膨胀，当两者温差较大时，会将管子从管板上拉松，或者将管子扭弯，甚至会毁坏整个换热器。因此，为了消除热膨胀的影响，从结构设计上应采用各种热补偿的方法。

1.2 管板变形引起泄漏

管板在加工时会产生变形，管子与管板相连处的变形会使管子的端口发生泄漏。通常管板水侧压力高、温度低，汽侧压力低、温度高。如果管板的厚度不够，则管板中心会向压力低、温度高的汽侧凸出，在水侧，管板发生中心凹陷。这些变化会使管板发生变形，导致管子端口泄漏或管板永久变形。

1.3 管子腐蚀引起泄漏

列管式换热器管子的泄漏主要是由电化学腐蚀和化学腐蚀造成的，少部分是由于换热器选型和换热器本身的制造工艺缺陷造成的。当腐蚀到一定程度时，管子会穿孔或受到流体压力后破损。有时某根管子的损坏泄漏会导致高压流体以极大的速度冲出，造成邻近的管子或隔板损坏。

1.4 设备材质、工艺不良引起泄漏

如果管子本身壁厚不均匀，设备材料质量不好，管子在组装前有缺陷，胀管时使管子胀口处过胀，管子外侧被拉损造成材料的伤痕等，都会在换热器遇到异常工况时，导致换热器的泄漏。

1.5 违章操作或失误引起事故

操作时错误关闭换热器上的安全阀会引发设备的超压甚至爆炸。生产中如果操作条件不稳定或操作控制不当，设备经常超温超压运行，频繁的开停车，都有可能引起设备泄漏，严重时导致设备失效。

④Ⅳ号Mo矿体：矿体宽度4.8m，Mo最高品位0.066×10-2，平均品位0.033×10-2，其中样品TC16H88伴生Pb品位0.205×10-2；

2 严格遵守开停车操作规程，并定期检修，加强日常维护

2.1 开车[4]

①打开壳体上排气接管上的阀门，彻底将换热器内的气体和冷凝液排净，以免开车时产生水击，然后全部打开排气阀；②最先进入温度比较低的流体，当液体充满换热器时，关闭排气阀；③为避免由于温差大而产生热冲击造成管子的脱落，高温流体应缓慢通入；④当温度上升至操作温度后，重新紧固换热器外部的螺栓，防止由于垫片的密封不严而导致的泄漏。

2.2 停车

①关闭高温流体的入口阀，待装置温度降下来之后再切断冷流体的入口阀。如果由于生产的需要先停冷流体时，以采用旁路调节或其他方法，同时停止高温流体供给，以避免较早地切断冷流体，造成设备的损坏；②换热器停车后，务必彻底排出换热器内残留的流体，以防设备发生冻结、腐蚀；③液体排完后，再通入空气或惰性气体对换热设备进行吹扫，彻底排净设备内的残留液体。

2.3 运行

（1）当采用法兰连接时，设备密封处的螺栓会因流体的通入伸长，紧固部位发生松动而产生泄漏，因此，在操作中应重新紧固螺栓。

（2）对于高温、高压、有毒、有害的流体，严格控制其泄漏量。首先，在设计上尽量减少法兰连接，减少使用密封垫片；其次，在安装时要保证在操作时能有空间进行方便的紧固操作；最后，最好采用自紧式结构的螺栓，这样可以避免在升温升压时重新紧固。

换热器在运行过程中，换热器内表面与换热管的外层会形成大量的污垢，大大降低换热器的传热系数，当污垢量较大时，污垢的热阻会占到总热阻的一半以上，因而造成能量的大量浪费。所以，在换热器在使用过程中，需要定期对设备各组件的性能进行检测，及时清理换热管外表面，以保证换热器在长期连续运行的同时节约有效能量。

2.5 换热器操作运行中的检查和清洗

操作运行中积极维护、经常检查和清洗换热器是一种行之有效的方法，它既能早期发现异常，以便操作人员采取相应补救的措施，同时又可以保持换热管束表面的清洁，提高传热效果和防止腐蚀。具体到日常生产中，操作人员必须严格执行工艺操作规程，控制工艺运行参数，精心维护，严禁超温、超压、超负荷。检查换热器运行中的声音、压力、温度、流量、泄漏、介质、基础支架、保温层、振动、仪表灵敏度等，同时还要定期检查阀门、填料、法兰等密封情况，如有泄漏立即处理。定时定点检查安全阀、压力表是否灵活好用；定期对压力容器按国标规定检验，对附属设备如压力表、液位计、安全阀定期检验、检查。

2.6 停车时检修

（1）检查换热器管内外表面的结垢情况、管子是否被堵塞和设备的污染程度。

（2）测定壁厚，检查管壁减薄和腐蚀情况。

（3）检查焊接部位的腐蚀。着色法检查管子与管板焊接处的非贯穿性裂纹。检查有侧面入口管的管子表面、换热管管端入口部位、折流板和换热管接触部位和流体拐弯部位。利用管内检查器或利用光照检查管束内部。如果管束装配部位发生松动，可使用试验环进行泄漏试验检查，根据漏水情况，可检查出管子穿孔、破裂及管子与管板接头泄漏位置。

2.7 定期清洗换热器

根据换热器的形状、污垢的种类等具体情况通常选用以下几种清洗方法：当设备内存在用化学方法不能除去的碳化污垢和硬质污垢时可考虑机械清洗；当换热器传热管表面产生大量的水垢和其他沉积物时可通过化学清洗，使清洗液与污垢产生化学反应，使污垢脱落或剥离。此方法清洗时问短，操作简单，除垢干净彻底，是目前使用最为广泛、有效的清洗方法之一。同时根据污垢的种类可参考超声波除垢、PIG清管技术、电场除垢技术等物理清洗方法。如果设备表面附着大量的油污，可以考虑微生物清洗，它是利用微生物将油污转化为无毒无害的水溶性物质的方法。这种清洗把污染物（如油类）和有机物彻底分解，是一种真正意义上的环保型清洗技术。