趙 星

（中科（廣東）煉化有限公司，廣東湛江 524000）

0 引言

熱交換器是一種傳熱設(shè)備，它們極為常見且數(shù)量眾多。由于熱交換器的耐壓和耐溫性變化很大，因此發(fā)生故障的可能性也很高。石化生產(chǎn)的連續(xù)性需要現(xiàn)場換熱設(shè)備的維修。在實際生產(chǎn)過程中，熱交換器的現(xiàn)場維護(hù)還存在維護(hù)效率低、施工質(zhì)量差等問題，需要進(jìn)一步優(yōu)化以提高實際效率。

1 換熱器的相關(guān)理論概述

1.1 換熱器工作原理

不同的熱交換器具有不同的傳熱原理。根據(jù)傳熱原理，有表面熱交換器、再生式熱交換器、間接流體連接式熱交換器和直接接觸式熱交換器。加熱器都遵循熱平衡定律，即熱量會自發(fā)地從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體。熱交換器中有兩根傳遞熱量的管子。其中之一具有高溫并充當(dāng)熱源。熱量通過管道傳遞到另一個加熱到低溫的源。另外，在加熱源和被加熱源之間設(shè)置有控制閥，該控制閥可以調(diào)節(jié)傳熱所需的程度和時間以控制被加熱源的溫度。

1.2 換熱器的類型

（1）管式換熱器。根據(jù)不同的管連接方法，它進(jìn)一步分為管式熱交換器和殼式熱交換器。管式熱交換器由不同尺寸的圓管組成，U 形管用于涂覆圓管和各種部件。套筒型缺陷是指具有較小應(yīng)用范圍和較小傳熱要求的小型室內(nèi)建筑，但它們占據(jù)的面積較大，連接管道的接頭很多，加熱效率低且容易泄漏。優(yōu)點是組合方法簡單，維修保養(yǎng)方便，適用于高溫高壓液體。管殼式換熱器的主要組件是管殼、折流板、管板和管盒。管殼的連接方式與管式換熱器相比，管殼式換熱器結(jié)構(gòu)簡單，耐高溫、耐壓，安全性能高，受到大型工業(yè)企業(yè)的青睞。

（2）板面式換熱器。有多種方式：板式熱交換器，板殼式熱交換器，螺旋板式熱交換器和傘形板式熱交換器。板表面用于熱交換。板的質(zhì)地不均勻，當(dāng)流體通過板時會引起干擾，這可以提高傳熱效率。與管式換熱器相比，板式換熱器具有較小的占地面積，從而使房間既美觀又輕巧，并且使用的材料更少。其中，螺旋換熱器的螺旋形狀使流體自動流動并易于清洗，因此得到了廣泛的應(yīng)用。

2 造成換熱器損壞的原因分析

在熱交換器中，冷流體和熱流體在固體壁表面的兩側(cè)流動。來自熱流體的熱量通過對流傳遞到壁表面，然后在壁表面導(dǎo)熱后傳遞到冷流體。為了進(jìn)一步提高熱傳遞效果，逆流熱傳遞通常用于冷熱流體。在正常情況下，冷流體出口的溫度超過或接近熱流體出口的溫度，但是，在現(xiàn)場操作期間，由于以下原因，冷流體和熱流體的溫度通常是異常的。換熱器故障主要表現(xiàn)為泄漏，例如靜態(tài)密封表面的內(nèi)部和外部泄漏，腐蝕泄漏，管束缺陷，管板腐蝕泄漏等?，F(xiàn)場維修通常集中在遺漏的地方。主要以化學(xué)和煉油行業(yè)使用最廣泛的浮頭式換熱器為例進(jìn)行優(yōu)化分析。所謂浮頭式換熱器，是指兩端的管板，一端未與殼體連接，這一端稱為浮頭。加熱管時，管束和浮頭可在軸向自由伸縮，完全消除了溫差。浮頭換熱器的浮頭端部結(jié)構(gòu)主要包括缸體、外罩側(cè)法蘭、鉤環(huán)、浮頭罩、頭管板的組合浮動和鋼環(huán)。其結(jié)構(gòu)包括以下部件：①正式包裝盒；②管子的進(jìn)出口；③官盒的法蘭；④管子的進(jìn)出口；⑤浮頭端蓋上的小墊片；⑥小浮頭墊片；⑦小浮頭；⑧一個小的浮頭帽；⑨腰墊。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，換熱器的新結(jié)構(gòu)和新材料不斷涌現(xiàn)。為了滿足社會發(fā)展需要，紐約州對某些類型的熱交換器提出了明確的標(biāo)準(zhǔn)。一個好的熱交換器在設(shè)計或選擇時必須滿足以下要求：①合理了解所需的工藝條件；②結(jié)構(gòu)必須安全可靠；③易于制造，安裝，操作和維護(hù)；④經(jīng)濟(jì)合理。浮頭式換熱器以其良好的可靠性和廣泛的適應(yīng)性，在長期使用中積累了豐富的經(jīng)驗，進(jìn)一步促進(jìn)了其自身的發(fā)展。直到現(xiàn)在，它仍然在各種類型的熱交換器中占據(jù)重要地位。

2.1 介質(zhì)腐蝕

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，對熱交換器的90%的損壞是由于腐蝕的影響，包括化學(xué)腐蝕對物理分解的影響。例如：換熱器中包含管側(cè)的環(huán)丁砜、碳?xì)浠衔?、水和其他材料。?dāng)溫度達(dá)到220 ℃時，環(huán)丁砜溶劑在加熱時易于分解形成二氧化硫，然后與水反應(yīng)生成酸性H2SO2和H2SO3。腐蝕設(shè)備隨著時間的流逝，很容易引起設(shè)備故障。

2.2 操作不當(dāng)

在安裝和使用叉車、反向鏈或金屬電纜的過程中，設(shè)備的涂層被劃傷；清洗外殼側(cè)面的油漬時，使用蒸汽或50 MPa 的高壓噴槍會損壞設(shè)備的涂層；進(jìn)水時間限制會導(dǎo)致設(shè)備過熱并損壞涂層，從而降低設(shè)備的防腐能力。

2.3 材料選擇問題

不同的材料價格不同，使用效果也大不相同。例如，管道由不同的材料制成，例如不銹鋼、銅和鎳合金、鎳、鈦和鋯基合金，不同材料的管道具有不同的防腐能力，因此設(shè)備損壞率與所選材料密切相關(guān)。

3 優(yōu)化換熱器現(xiàn)場維修效率的管理措施

在提高換熱器現(xiàn)場維修效率的管理措施方面，首先要做到維修方案的標(biāo)準(zhǔn)化編制，并依據(jù)相關(guān)維修工序有條不紊的進(jìn)行。在工作期間，由于程序選擇和細(xì)節(jié)處理，效率存在一定差異。總結(jié)了以下維護(hù)程序，操作內(nèi)容按以下順序進(jìn)行：①故障判斷；②泄漏法蘭的預(yù)應(yīng)力；③泄壓絕緣；④拆下小的浮頭蓋；⑤管道管理初步泄漏測試；⑥預(yù)置小浮頭；⑦拆除小浮頭；⑧拆下管盒；⑨檢漏和管束堵塞；⑩從傳熱管中取出束；?重新安裝管束；?重新安裝燈管箱；?填充小浮頭；?管道側(cè)靜水壓試驗；?重新安裝小浮頭蓋；?箱側(cè)靜水壓試驗；?現(xiàn)場清潔和交付。

技術(shù)方面，基于多年工作經(jīng)驗總結(jié)提高換熱器現(xiàn)場維修效率的建議。

（1）定期檢查和清潔熱交換器。首先應(yīng)定期檢查熱交換器并及時處理問題。其次，必須定期使用物理和化學(xué)方法清潔熱交換器。一方面，如果熱交換器長時間工作，水垢會殘留在管壁表面，這會增加水流阻力并影響熱交換效果。另一方面，在熱交換器的操作過程中，設(shè)備中會形成某些腐蝕性物質(zhì)。及時清潔以減少腐蝕性物質(zhì)對設(shè)備造成的損壞。

（2）加強(qiáng)人員的專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)，提高專業(yè)人員的素質(zhì)，以提高安裝和維護(hù)的質(zhì)量。首先，減少安裝過程中的碰撞，避免刮傷涂層；其次，根據(jù)介質(zhì)的不同特性和溫度，在對換熱器芯進(jìn)行靜水壓測試合格后，可以進(jìn)行組裝，多道次表面處理和涂覆。再次，熱固化處理，以提高設(shè)備的防腐性能。最后，應(yīng)選擇專業(yè)的維護(hù)人員進(jìn)行維護(hù)，以盡可能縮短維護(hù)時間。一種是確保公司的經(jīng)濟(jì)利益，另一種是減少由于維護(hù)過程中的水淹和其他問題引起的設(shè)備高溫甚至設(shè)備損壞。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)裂縫時，維護(hù)專家可以迅速確定故障原因并采取維修方法。舉例說明：根據(jù)故障情況決定使用斜角牛排修復(fù)方案。有經(jīng)驗的維護(hù)人員的第一步是確定他們是否滿足設(shè)備的工作壓力和溫度要求。第二步將去除原始焊縫，清理管子末端的裂紋，確定傳熱管末端的高度和管板的平面，然后計算傳熱管的軸向應(yīng)力。根據(jù)理論依據(jù)，會選擇合適的一種。在過程結(jié)束時，對熱管的末端和其他地方進(jìn)行處理，以確保溫度符合要求并完全消除了缺陷。在準(zhǔn)備好所有焊接工作之前執(zhí)行焊接維護(hù)，以提高維護(hù)效率。

（3）選擇正確的材料。由于熱交換器在高溫、高壓和高腐蝕環(huán)境下工作，因此設(shè)備的質(zhì)量和安裝所用的材料直接影響其操作和維護(hù)的結(jié)果。嘗試使用耐高溫、耐高壓和耐腐蝕的材料。首先，它可以增加設(shè)備的使用壽命。其次，熱交換器的大部分損壞是由腐蝕引起的。選擇具有良好防腐性能的材料可以減少設(shè)備損壞的可能性和維護(hù)量，從而使維護(hù)人員可以有更多的時間來調(diào)查更多的維護(hù)問題。

4 結(jié)語

換熱器維修造成的停機(jī)時間損失巨大，因此所有公司都專注于提高現(xiàn)場維修效率。大多數(shù)換熱器故障是由腐蝕引起的，因此，必須從源頭出發(fā)，提高材料和安裝行業(yè)中熱交換器的防腐能力；必須從根本上提高熱交換器的防腐能力；必須提高維修人員的專業(yè)技能。專業(yè)的維修人員可以快速確定設(shè)備故障的原因，并采取糾正措施以在最短的時間內(nèi)完成維修任務(wù)；最后還要注意維護(hù)并延長設(shè)備壽命。