列管式换热器泄漏处理方式及技术改进

孙诗伟

唐山三友氯碱有限责任公司 河北唐山 063305

1 概述

列管式换热器是氯碱行业聚氯乙烯生产中应用最为广泛的间壁式换热器。列管换热器也称管壳式换热器，它与其它几种间壁换热器相比，具有制造容易、结构简单、设备坚固的特点，可用金属材料或非金属材料来制造。在氯碱行业中的温度高、压强大和尺寸大的装置中大多采用管壳式换热器，聚氯乙烯生产中使用最为广泛的是转化器、冷凝器等换热器。列管换热器主要由壳体和折流板组成的壳程以及由管束、管板和封头等部件组成的管程两大部分构成。列管换热器泄漏是企业生产过程中经常出现的问题之一，主要是管子的泄漏和密封垫子损坏造成的泄漏引起。当列管换热器发生泄漏时，一般分为内漏和外漏两种情况，不仅影响生产，还可能造成设备损害和工作人员的伤害事故。因此我们对导致列管式换热器泄漏的原因必须要加以仔细的分析。

2 列管式换热器泄漏的原因

2.1 管束本身泄漏

（1）应力腐蚀。对于应力腐蚀破裂，指的是在拉应力及相关特定腐蚀媒介共同产生作用下，导致金属或者合金出现破裂的情况。这种腐蚀破裂的特点主要是大多数表面并未被破坏，仅有少数细小裂纹将金属或者合金内部穿透。在常用设计应力范围外，应力腐蚀破裂均会出现，因而会造成较严重的后果。而导致管束应力腐蚀破裂出现的因素主要包括温度及溶液成分，还包括材料成分、应力及金属结构等方面。

（2）管子振动。在换热器管束之间，若通过介质流量及流速均较大，与设计值相比明显较高时，则由于壳侧流体扰动力作用，具备一定弹性的管束会产生振动。在激振力频率和管束自然振动频率相符合的情况下，会导致管束出现共振现象，导致其振幅明显增加，从而在管子与管板相连接部位，由于反复作用力影响引起管束损坏。通常，管束振动损坏机制包括以下几点：①在管子与管板连接位置，由于振动造成其应力超出材料疲劳持久极限，从而造成管子出现疲劳断裂；②在支持隔板管孔中，振动管子和隔板金属之间产生摩擦，导致管壁厚度减小，最终发生破裂；③在振幅较大情况下，在跨度中间位置，其相邻管子间会产生相互摩擦情况，导致管子断裂[1]。

2.2 端口泄漏

（1）热应力过大。对于列管式换热器，在对其进行实际操作中，由于冷流体与热流体在温度方面存在差异，导致管壁与壳体存在温度差异，而这种差异会导致管子与壳体出现不同程度的热膨胀。在两者之间温度差异较大的情况下，可能会扭弯管子，也会导致管子拉松，严重时会损坏整个换热器。

（2）管板变形。管板变形主要指管板在加工时产生变形，而管子与管板之间保持相连，在管板出现变形情况下会导致管子端口出现泄漏情况。在高加管板水侧，其压力较高而温度较低，而汽侧则表现为温度高而压力较低，特别是对于存在内置式疏水冷却段的情况，其温差会更大。若管板厚度比较缺乏，则管板会出现一定形变，在管板中心位置会向温度高而压力低的汽侧凸起，而在水侧管板会出现中心凹陷情况。

（3）聚氯乙烯生产中的列管式换热器泄漏。聚氯乙烯生产中的列管式换热器受工艺影响，大都受酸腐蚀较多，常用的转化器、冷凝器大都因酸腐蚀影响造成列管腐蚀泄漏，维修频繁。

3 列管式换热器泄漏处理方式及技术改进

3.1 坚持运行或停车检修

列管换热器由于其结构稳定性、制作工艺及造价、使用介质等原因，根据泄漏情况及工艺生产要求：轻微泄漏且生产紧张时，一般坚持运行直至装置消缺或大修期间处理，期间应密切监控泄漏情况，并做出应急预案；如果是严重泄漏，应立即停车检修处理[2]。如果有备用设备可以切换检修。

3.2 查找泄漏列管

（1）目视或内窥镜检查。列管破损部位可以通过肉眼或仪器直观检查到，但有明显局限性，不能观察到足够的距离，不能对管束内列管外壁进行有效检查，且需要足够的时间和耐心，所以更适合于对已知的泄漏点进行定点观察，帮助分析泄漏原因。（2）涡流检测。涡流检测是指利用电磁感应原理，检测评定导电材料及其工件的某些性能，或发现缺陷的无损检测方法，现在已成为列管检测的主要手段之一。通过检测数据可以确实列管泄漏部位及数量，准确率高且时间较短，但是需要专业仪器及人员，费用较高。（3）气密性试验。主要有氨渗透和充水试漏：在壳侧加入气氨或脱盐水，并保持一定压力，观察列管口覆盖的浸有酚酞指示剂的纸张颜色变化或是否有水流出，以确定泄漏列管部位及数量。

3.3 泄漏列管处理方法

（1）堵管。加工堵头将泄漏列管两端进行封堵，也可以根据检测数据及泄漏原因进行预防性堵管，即对壁厚减薄或容易发生泄漏的列管进行堵管，操作简便实用性强，适用于所有类型性的列管换热器。但同时换热面积及效率降低，根据设备设计及生产负荷情况堵管比例（一般达到10%以上）更换列管或设备。（2）换管。采购同一规格的列管，对泄漏列管进行更换，以保证设备的性能。这个方法有较强的技术要求且费用较高，而且不适用于U形管式换热器。（3）更新。根据换热面积、泄漏原因、设计制作等问题，有针对性地对设备进行局部或整体更新[3]。

总之，目前，列管式换热器属于一种应用十分广泛的换热设备。相比于其他间壁换热器，这种类型换热器的优势在于单位体积能够提供更大传热面积，且其传热效果更加理想。同时，这种类型换热器结构比较坚固且紧凑，可利用多种材料进行制造，具有较强适应性，广泛应用于大型装置及高温高压条件。因此，本文的研究也就显得十分的有意义。