板式换热器失效原因分析及维修方法

2024-01-03张扬

设备管理与维修 2023年22期

张扬

（大庆石化建设有限公司安装三分公司，黑龙江大庆 163714）

0 引言

板式换热器在较小的板内流率下可以实现紊动，从而可以改善其换热效果，而板式换热器的换热效率?k 值是管壳型的3～5 倍。而且，板式换热器装配起来非常方便，通过增大或减小板数或者调整装配工艺即可实现，可以充分地适应在生产中变化工况和产出率的需要。与其他类型的热交换器比较，板式换热器的特点是热量损耗低、无需隔热、质量好、维护容易、体积小、占用空间少等。

由于结构简单、易于清洁等优点，板式换热器在各种场合得到了广泛使用。板式换热器在维护过程中常常会出现污物、阻塞等问题，因板式换热器截面较短，如果不进行检修将会导致整个装置停机，对生产造成严重危害。所以，合理地进行板型换热设备的安装与保养，对于保证换热设备的安全、有效的操作具有关键作用。

1 板式换热器概述

板式换热器的主体结构包括固定压板、活动压板和垫片、上下导杆、夹紧螺栓、支杆、板等部件，采用垫圈将板状换热装置进行密封后，将其用卡箍紧固于静止压力板与可移动压力板之间。在夹持后，两种介质可以在平板上的穿孔处进行换热，这是因为密封件具有密闭性和绝缘性。

在板式换热器的设计中，换热方式以板为中心，在各种类型的板之间，其热交换、液阻、压力等方面存在着差异。现在使用最多的是人字形薄板和横薄板，在某些情况下压强相对较小，但对换热的需求较高，因此对波浪型薄板的角度必须在60°以上；可以在120～150 ℃进行有效传热。用于板式换热器的一种紧贴着压力盘的紧贴或用4 个密封件的隔板来阻止热量传递，靠近气缸的密封圈的材料通常使用温度高于120 ℃。

2 失效方式

在初次应用中，为了防止板式换热器的漏油引起的瞬间压力起伏，首先要开启冷、热两种进口阀，然后将其缓缓增压，直至阀全部开启。避免在进气口和出气阀之间随意转换，否则会导致板式管的渗漏。在板式换热器的前部将装有滤芯，用于板式换热器的清洁，在板式换热器入口加入一根粗滤芯，以降低检测和维修清洁的数量；以免微粒残渣阻塞3～5 mm 的平板槽。在滤芯前后的压力变化较大时，可以开启滤芯进行清洁，没有滤芯同样会造成板状换热设备因阻塞板状管道而发生故障。

板式换热器在一般条件下发生突然的泄漏，其原因主要有：①板式换热器材料的压力起伏或温度太高；②密封圈在长时间的运用中出现了裂缝，产生了磨损；③板发生永久性的变形，使密封垫无法保持牢固。当密封件发生故障时，将板式换热器的接管拆卸或替换掉偶几个邻近的隔板，若不将隔板移开则会造成冷热介质的混合。板式换热器阻塞或密封垫出现故障，板式换热器的槽缝很小（3 mm），超过3 mm 的杂质会阻塞板状管道。如果管道阻塞，则会使管道的流速下降，压力下降，从而使装置的压力损失迅速下降；导致了板式换热器无法进行正常的传热，要想办法进行清洗。一类是板式换热器的结垢，它会使换热装置的换热效率降低，甚至造成管道板的阻塞。污物可以很好地保持在流动体层，因为流动通道中存在大量的固体碎片或纤维，造成液体的局部性停留和结垢，而在一定的温度下钙、镁很容易沉积，造成的阻塞和污物的原因各有差异，但对板式换热器的影响却是相同的。

3 维修方案

因为板式换热器的板片数目很大，需要一块一块地进行清洁，并将全部密封垫替换掉，尽管这些新的垫圈可以再使用；但密封圈在长期承受压力的情况下，无法再产生弹性变形，从而导致渗漏。大修时从安装部位起，拆除维修至适当的位置。在拆下之前，首先要关掉介质入口阀，然后关掉排出阀，让换热器慢慢降温至40 ℃。常用的维护方式有以下5 种：

3.1 反冲洗方法

板式换热器在其换热性能急剧降低、压力损失增大时，通常认为存在阻塞现象。在某些含固相杂质的介质工作条件下，在不能排除外部原因以及过滤不能彻底清除的情况下，对板式换热器进行反冲洗，推荐安装反向冲刷管道（图1）。使用比工作压力更大的冷介质，从板的相反方向水冲2～5 次，并推荐采用反向冲水管道的装置应设专用排水孔；可以从体系中排除反向冲刷堵塞。

图1 板式换热器反冲洗

3.2 CIP 化学清洗方法

不锈钢换热时，严禁采用盐酸等清洁剂进行化学清洁工作，尤其是在不拆除的情况下，将整台设备清洁干净。这是由于在多缝构造下，不易除去未完全溶出的积垢，无法完全进行碱中和。但是，在板式换热器的板片大、板件数目多以及不便于装配的情况，推荐使用CIP 的在线清洁。由于可以向板状换热装置中加入硝酸和阻垢剂，使其能够完全渗透到板件中，通过适当的加温可以增加清洁效果。清洁剂仅在板式换热器中使用，因此使用的数量很少，而且没有污染。然而，CIP 的在线清洁技术最大的困难是，它必须对具体情况进行分析，并使用清洁剂相配型。如果配型不正确，高密度清洗液很可能会腐蚀换热器的片材，导致无谓的损耗。

3.3 拆卸清洗方法

对于板式换热器来说，拆下清洁法是一种较为普遍的方式。通常有两种方法：一是拆卸整个平板式换热设备，最好悬挂在上横杆上，再用水加压将其一块一块地冲洗干净，适用于不太严重的板片环境（图2～图3）；二是在板式换热器开启后，拆卸换热板片并移出隔板，再用锤子锤一下，通常能把一块一块的污渍锤掉，如果在冬天可以把它放到户外一段时期，待到板面上的污物凝固后再用锤子进行除垢，其除垢作用会更好。请勿使用金属丝刷子清洁，以免破坏金属板的表层，导致残留物极易锈蚀的板材。一般使用粗毛刷子和化学清洗，切勿用锐器去除，否则会划破板材。如果板材上有杂质、灰尘很细，而且能溶解于水中，则可以将其放置于专用的水箱中，并用高压水或高压蒸气进行清洗。不锈钢表面不可采用金属丝刷子，且清洁液中应无盐类、硫类物质，水中的氯离子浓度应低于20×10-6。

图2 板式换热器拆卸清洗

图3 清洗效果对比

3.4 检查板片

为了保证密封性，密封件必须保证一定的厚度，且不均匀性不得超过1%。因此，在拆下后要检查一下盖板的密封条，如果有很大的扭曲（如外翻等）就必须进行替换。修理前，要对被替换的衬垫进行认真的检验，其表面要平滑、厚薄均匀；没有横缝、空洞、不陈旧；没有重叠或对接的迹象。对可拆卸的衬垫进行弹性指数测试，若不能复原应进行替换，若能再使用则必须使用合适的溶液进行清洁。在橡胶垫上，应反复检查可移式衬垫，并清洁衬垫。在板式换热器壳体上，拆下锁紧螺栓的防护外壳，并清除所有螺栓及导向棒上的锈蚀。仔细查看和擦拭滑块，核对和记录螺栓是否固定。

3.5 板片组装要求

在安装板件前，板式热交换机应该先把可移动的压板推向一头，然后清洗固定的压力板和可移动的夹板的内部，最好可以添加界面的橡胶套管。装配时，按照工序的组合，先把面板的一端置于紧固面板上，再按照前后的顺序把各面板悬挂起来。当全部吊起后，将可移动的面板按下，并将其他的长条螺栓固定。在此期间，可移动的压力盘始终处于并行状态。在拆除板式换热器时，要将螺栓均匀地旋入，不可一次将一根螺栓旋入正确位置，否则会造成板的变形，甚至不能复原。每一个螺栓都要在板的各个面上进行检查，手工旋紧螺栓或自建的框架式压缩设备，用千斤顶逐渐按压可移动的压紧盘，再用特殊的力矩扳手将螺栓依次旋紧直至全部紧固；应按板条的数量和间隔来判定是否需要上锁，并且全部的身长必须要在2 mm 的偏差范围内。根据上述步骤旋紧钢板，用金属尺测量各螺栓的长度，并使板材平行，直至指定的长度。

在使用过程中，应注意以下事项：

（1）当板式换热器内部存在介质时，不要拧紧板式换热器。

（2）在使用时，必须保证板束的平稳性，以免造成压板的永久性变形，从而造成密封件的损坏。

（3）板式换热装置发生渗漏之后，如果需要再旋紧螺栓，则采用对角法旋紧各螺栓。如果仍有渗漏，则应替换漏油的钢板而非再旋上螺栓。

（4）在安装螺栓的过程中，应根据有关规范对邻近的螺栓所测板的长度进行误差核定。通常情况下在板条重叠后，如果板厚小于1000 mm，则旋紧后的误差不超过1 mm、在螺纹上的偏差不能大于2 mm。

4 维护措施

通常情况下，板式换热器的最大容许压约为1.6 MPa，某些特定条件下可以达到2.5 MPa，温度最高可达到160 ℃。但是在制冷机工作时其工作压力约1.6 MPa，因此应留意保养措施。

4.1 防止板片结垢

通过对板式换热器试件的分析，发现环流管壁的内壁受了很大的污染，底层比较坚硬，表层比较厚，灰色的沉积物是疏松的，在循环水一侧存在大量淤泥，其中以水系的絮体为主，造成板间液局部阻塞。解决这一问题的方法是过滤系统采用软水，推荐采用蒸发式水泵、采用精馏水或其他纯水，如果再生水中的硬度较高，则需提前进行软化处理。

4.2 板片内部板片开裂

在0 ℃以下使用时，板式换热器会产生板间结冰，导致换热器整体断裂。其防护方法有：一是在用作蒸发装置时，采用安全的机械防护；二是选用适当的流量，并设置一个稳定的流道，设置进气管道的低压控制开关，以避免制冷过量，导致如损耗等不利影响。也可以采用热空气旁通式阀门，将一部分气压抽吸到汽化器入口，使抽风压维持在规定的位置。