板式换热器的检修

尚慧渊

(中盐吉兰泰氯碱化工有限公司，内蒙古 阿拉善盟 750336)

板式换热器是一种由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。板式换热器是液-液、液-汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，其传热系数比列管式换热器高3～5倍，占地面积为管式换热器的1/3，热回收率可高达90%以上。

1 板式换热器的使用现状

中盐吉兰泰氯碱化工有限公司(以下简称“中盐吉兰泰”)现场换热设备大部分使用的是板式换热器，它承担着不同介质的换热工作，酸、碱、蒸汽、氯水、盐水等等，影响着工艺系统的稳定运行及消耗，所以板式换热器在中盐吉兰泰起着举足轻重的作用。自投产以来，板式换热器的检修一直困扰着维修人员。板式换热器外漏只能进行简单的紧固作业，漏点能消除则罢，若消除不了，也只能遮盖漏点勉强使用；有内漏也只能维持使用，不轻易进行拆解检修，给工艺生产带来了巨大的安全隐患。

板式换热器流道堵塞故障也是非常令人头疼的事情，由于建设初期把关不严，很多换热设备在投用之前没有进行有效的吹扫作业，因此，短时间运行后就出现了堵塞，在设备企业售后人员的协助下解决了此类问题。随着运行时间的延长，板式换热器在中盐吉兰泰不能发挥有效的作用，一直制约公司的稳定生产，因此，中盐吉兰泰将板式换热器的维修作为重要的课题进行攻关。

1.1 板式换热器介绍

1.1.1 结构

板式换热器的基本结构如图1所示。板式换热器主要有框架式(可拆卸式)和钎焊式两大类，板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片3种。下面主要以可拆卸式框架、人字形波纹板片为例进行介绍。

1—后立柱;2—上导杆;3—活动压紧板;4—下导杆;5—固定压紧板;6—换热板片及胶垫;7—夹紧螺栓。图1 板式换热器基本结构图Fig.1 Basic structure of plate heat exchanger

1.1.2 橡胶垫材质及其安装方式

(1)板式换热器橡胶垫材质如表1所示。

表1 板式换热器橡胶垫材质Table 1 Material of rubber gasket for plate heat exchanger

中盐吉兰泰主要采用的是三元乙丙橡胶垫片。

(2)密封垫片在换热板片上的安装方式主要分为以下3种形式。①直接粘贴式。在板片密封槽及密封垫片上涂抹胶水(鱼珠胶)，等胶水略为晾干后，将其直接粘在换热板片的安装槽中；要注意胶垫一定完全贴合于板片的密封槽内，不得扭曲和凸出密封槽。②胶钉镶嵌式。换热板片上设计了装配孔，在密封垫片的边上设计有胶钉，将密封垫片放入安装槽后，将胶钉镶嵌在装配孔中；要注意胶垫的平整度，胶垫与板片密封槽要完全贴合。③扣装式，在密封垫片的边上设计有扣钉，用扣钉将密封垫片扣装在换热板片上；要注意山字扣钉左右两边应在板片边缘的凹槽内，不得有明显的凸起及错扣，注意胶垫正反面，不得反转使用。

1.1.3 板片

可拆卸板式换热器是由许多冲压有波纹薄板按一定间隔(四周通过垫片密封)，用框架和压紧螺旋重叠压紧而成。板片和垫片的4个角孔形成了流体的分配管和汇集管，同时合理地将冷热流体分开，使其分别在每块板片两侧的流道中流动，通过板片进行热交换。中盐吉兰泰板式换热器板片材质有钛材(适用于盐水、氯气氯水)、镍材(适用于碱系统)、316不锈钢材质(适用于循环水、纯水)。

1.2 板式换热器常见的故障及原因分析

1.2.1 外漏

外漏主要表现为渗漏(量不大，水滴不连续)和泄漏(量较大，水滴连续，喷液)。出现外漏的主要部位为板片与板片之间的密封处(如图2所示)、板片二道密封泄漏槽部位以及端部板片与压紧板内侧。

图2 板式换热器外漏图Fig.2 External leakage of plate heat exchanger

1.2.1.1 原因

①紧固尺寸不到位、各处尺寸不均匀(各处尺寸偏差不应大于3 mm)或夹紧螺栓松动。②误操作致使部分密封垫炭化(蒸汽换热)，橡胶垫失效，未排气橡胶垫脱离密封槽，③密封垫主密封面有脏物，密封垫损坏或垫片老化。④板片发生变形，组装错位引起跑垫。⑤在板片密封槽部位或二道密封区域有裂纹。

1.2.1.2 措施

①在无压状态，按厂方提供的紧固尺寸或检修前实际测量的尺寸重新紧固设备，尺寸应均匀一致，压紧尺寸的偏差(绝对值)应不大于0．2nmm(n为板片总数)，两压紧板间的平行度应保持在2 mm 以内。应采取对角紧固的方式进行紧固，边紧固边测量，尺寸一致时换下一组。②加强对操作人员进行培训，使操作人员熟练掌握板式换热器的操作规程。③在外漏部位作好标记，解体换热器后逐一排查解决。④将换热器解体，对板片变形部位进行修理或更换板片。若没有板片备件，可暂时将变形部位板片拆开修理后重新组装使用。⑤重新组装拆开的板片时，应清洁板面，防止污物附着于垫片密封面。

1.2.2 内漏

内漏的主要特征是：板片有破损(见图3)造成介质互串，压力较高一侧的介质串入压力较低一侧的介质中，系统中会出现压力和温度的异常。如果介质具有腐蚀性，还可能导致管路中其他设备的腐蚀。串液通常发生在导流区域或二道密封区域。

图3 板式换热器内漏图Fig.3 Internal leakage of plate heat exchanger

1.2.2.1 原因

①由于板材选择不当,板片腐蚀产生裂纹或穿孔。②操作条件不符合设计要求。③板片冷冲压成型后的残余应力和装配中夹紧尺寸过小造成应力腐蚀。④板片腐蚀后有轻微渗漏造成介质互串,腐蚀设备。中盐吉兰泰硫酸清净工序中，硫酸与7 ℃水进行换热，在正常生产中，7 ℃水系统的管线发生不同程度的泄漏，7 ℃水泵的压力及流量下降，经检查，叶轮腐蚀严重，7 ℃水pH值显酸性。

1.2.2.2 措施

①更换有裂纹或穿孔的板片，在现场用透光法查找板片裂纹。②调整运行参数，使其达到设计条件。③组装换热器时，紧固尺寸应符合要求，并不是越小越好。如果全部更换橡胶垫，紧固尺寸可以适当放大到3～5 mm，以免板片变形而影响后续检修时无法使用。④工艺运行稳定可靠，板片材质合理匹配。

1.2.3 换热效果差

主要特征是出口温度偏低，达不到设计要求，不能满足生产需要。

1.2.3.1 原因

中盐吉兰泰板式换热器换热效果差，主要体现在与循环水进行换热的设备上，这与循环水系统水质有很大的关系(2013—2014年尤为突出)。拆解换热器后发现：进口杂物较多；板片流道结垢严重，板片三分之二以上流道被堵塞(如图4所示)。这是造成换热效果差的直接原因。

图4 板片流道结垢图Fig.4 Scaling in plate flow channel

1.2.3.2 措施

①进行循环水水质改造。降低一次水补充量，将工艺系统中母液生化水及中水回收利用作为循环水补充，钙镁杂质、硬度较循环水降低；增加循环水深度处理装置，循环水中泥沙等杂质经压滤后去除，循环水的水质大为改善。②循环水进口处加装滤网。③定期对板片进行清理。

2 板式换热器检修方法及改进措施

板式换热器检修是一项要求比较高的检修作业，稍有疏忽就会造成返工，本文中以板片的清洗检查、胶垫粘接、换热器安装3部分作为重点进行介绍。

(1)板片的清洗、检查。拆解换热器后，用高压水枪进行冲洗，除去絮状物及泥沙；取出板片，将结垢严重的先放置在向阳地进行晾晒，晾晒干后可用木质棍棒轻轻敲击，部分结垢物会脱落，再用铜丝刷加水进行刷洗，此时流道堵塞物全部清除，达到安装要求。用透光法检查板片有无孔洞，无孔洞的更换胶垫备用。首次检修的应使用氧乙炔加热后拆除胶垫，此时注意火焰要小，焰心不能紧靠板片，否则会将板片烧损而无法使用。如有残留物，用角磨机装尼龙抛光盘清除。若采用鱼珠胶粘接的胶垫，可以用手直接拆除。板片密封槽的残胶可以用脱漆剂进行清理，此方法比较理想，在中盐吉兰泰已推广使用。

(2)胶垫粘接。板片清理并检查合格后进行胶垫粘接，先用毛刷刷胶。在作业过程中发现如果胶水刷薄了等粘贴时已干透，粘接不住，还须再次补胶，效率较低；如果刷胶放慢速度，粘垫时胶水没有晾干的时间，胶垫又粘贴不牢。胶垫粘贴效率低的问题如能解决，检修效率会大大提高。通过摸索实践，认为以下方法最为有效：用废弃的饮料瓶稍加改装后涂胶水，一组三人流水线式作业，将板片依次排开，一人先涂胶，两人在涂胶10～15 min后进行胶垫粘贴，胶水呈圆柱状涂在板片密封槽内，经过10～15 min晾干后黏性增强，胶垫可以一次性粘好；一组粘好后，将板片摞起靠自重施压固化，静置1 h左右，完全固化后备用。此方法已在中盐吉兰泰推广使用。

另须注意的是：换热器首尾板片橡胶垫须用两条胶垫对接使用，4个进出口处全部要粘垫；否则介质互串，达不到使用要求，还会造成生产事故。

(3)换热器安装。将粘贴完成的板片运至现场，要注意轻拿轻放，不得有抛掷等野蛮行为。分2～3人对板片进行装前检查，主要查看胶垫粘接有无缺陷，板片及胶垫表面有无杂物，不合格的板片挑出进行重新处置；安排3人进行板片挂装，2人运送板片，1人专职挂板片，并进行最后一次板片全面检查。主要检查板片密封垫接触部位及流道有无杂物，胶垫表面用白布擦拭干净，人字形板片一上一下交错安装。单边流的换热器，要将折流板装在中间。板片挂装完后，将活动压紧板贴近，穿夹紧螺栓并进行预紧，预紧至板片全部贴合。小型板式换热器采用人工对角紧固，边紧固边测量，过程中要检查胶垫及板片有无错位；初紧以10 mm紧固量进行，后续紧固量以3～5 mm为宜，达到拆前测量尺寸即可；大型板式换热器人工紧固时紧固量还要小一些，以1～2 mm紧固量为宜。若板片多,压紧后板片会呈现波浪状，如检查胶垫没有挤出密封槽，则不影响使用。中盐吉兰泰安装大型换热器采用专用千斤顶进行压紧作业，专用工具的使用大幅缩短了换热器压紧的时间，压紧力量均匀，保证了换热器的检修质量，提高了检修效率。

3 压紧板的修复

在实际生产中，遇到了压紧板腐蚀的情况，中盐吉兰泰主要采取现场修复的方法，将腐蚀部位用角磨机打磨干净，用可赛新金属修补剂进行修补，用烘干灯烘烤，待修补剂干透后，用角磨机将高出部分磨去，与压紧板平面修齐后使用(如图5所示)。

图5 板式换热器压紧板修补剂法修复效果图Fig.5 Effect picture of repairing clamping plates for plate heat exchanger by mending agent

对氯水换热器压紧板进口腐蚀采用焊补法，用堆焊填补腐蚀部分，用角磨机修平。因使用的衬套是橡胶套，小的不平整可以忽略(焊接法修复效果如图6所示)。在2015年大修时，中盐吉兰泰将氯水换热器进行了改造，氯水侧全部进出口焊接了钛衬套，取代了橡胶衬套(如图7所示)，效果良好。

图6 板式换热器压紧板焊接法修复效果图Fig.6 Effect picture of repairing clamping plates for plate heat exchanger by welding method

图7 板式换热器压紧板进出口技改效果图Fig.7 Effect picture of technical renovation of inlet and outlet of clamping plates for plate heat exchanger

4 结论

近几年对板式换热器的检修，解决了板式换热器制约生产的瓶颈，积累了板式换热器检修的经验，明显提高了维修人员的技能。检修方法的创新及推广应用使得检修效率与检修质量都有了质的提升，达到了节能降耗的目的。