劉 征，李 凱，王智勇

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

管殼式換熱器（圖1）是現(xiàn)階段石油化工裝置中最常見的換熱器形式，碳鋼換熱管作為換熱器的主要部件，其使用壽命制約了換熱器整體的使用期限。一般在正常使用情況下，換熱器出現(xiàn)泄漏的部分主要是受壓部件，會導致堵塞部分換熱管，堵塞嚴重時甚至要更換整個碳鋼管板或設備。管束一般是換熱器中重量最大的部件，管束出現(xiàn)損壞后，會影響質(zhì)量，且?guī)в幸欢ǖ陌踩L險，嚴重的還會造成經(jīng)濟損失。通過改進碳鋼管束的加工工藝或?qū)苁M行表面處理，以提高使用壽命，以及整體的可靠性和經(jīng)濟性。

圖1 管殼式換熱器

1 碳鋼換熱管主要泄漏原因

碳鋼管板在使用過程中常見的泄漏通常有三種情況：焊接處泄漏、換熱管管壁減薄、機械振動泄漏。

1.1 焊接處泄漏

換熱管與管板的連接接頭形式有焊接、脹接及脹焊結(jié)合的方法，除了管板設計和現(xiàn)場環(huán)境等因素，腐蝕是導致焊接處破損的最主要原因。這里的腐蝕包括沖擊腐蝕、應力腐蝕和間隙腐蝕，加工制造過程中的質(zhì)量隱患和使用過程中的腐蝕，這些因素造成的缺陷會直接導致管束使用壽命縮短（圖2）。

圖2 管板與換熱管典型焊接

1.2 換熱管管壁減薄

管束作為主要換熱元件，為有利于換熱而盡可能減小管壁厚，在設計時通常不考慮腐蝕余量。但對于碳鋼換熱管勢必存在腐蝕或沖刷，造成管束的使用壽命較其他部件短。

1.3 機械振動

管板式換熱器中的介質(zhì)，在管束中高速流動時，管束會因介質(zhì)流動產(chǎn)生振動。當管束產(chǎn)生振動后，管束與支撐板件可能發(fā)生沖擊、磨壓；換熱管間也可能發(fā)生碰撞，導致管子發(fā)生疲勞破壞、磨損或斷裂。

2 改進措施

2.1 優(yōu)化加工工藝

提高焊接工藝，減少潛在的質(zhì)量缺陷。使用激光焊接替代傳統(tǒng)焊接。激光焊有很多優(yōu)點，不僅可以保證焊接精度，金屬的金相變化也比較小，焊接位置準確，適合換熱管與管板的焊接，可有效提高焊接質(zhì)量。

改善加工工藝，提高接頭質(zhì)量。液壓脹管技術(shù)代替機械脹管，其優(yōu)點是脹接均勻，操作簡易，工作效率高，可有效提升脹接接頭質(zhì)量。

2.2 提高抗腐蝕性能

換熱器的損壞絕大多數(shù)是腐蝕造成的。介質(zhì)為冷卻水、蒸汽、導熱油等的換熱器，如果用奧氏體不銹鋼代替普通碳素鋼，會提高抗腐蝕性能，但同時會極大增加成本。對于這種常見介質(zhì)的換熱器，可以通過鈍化或外涂塑提高碳鋼管束的耐磨性和耐腐蝕性。

表面處理的方法可提高對于水、水蒸氣和部分弱酸等介質(zhì)的碳鋼管束的抗腐蝕性，因此此種方法不僅可以提高使用壽命，也可以帶來較好經(jīng)濟效益。

2.3 高分子材料

應用高分子材料做防腐處理的方法有較好的效果，高分子材料有著很好的抗化學腐蝕和抗溫度變化的能力，黏結(jié)力出色，且材料為固態(tài)，沒有揮發(fā)性，非常適合密閉空間使用，安全可靠。高分子材料可提供管束長久的保護圖層，其具有金屬腐蝕隔離能力和高耐沖擊能力，可以保證修復部位不再出現(xiàn)腐蝕。

高分子材料主要是由高分子聚合物、陶瓷超細粉末或金屬粉末、纖維材料等為基料，在固化劑、固化促進劑的作用下復合而成的材料。合成后的材料發(fā)揮其原有特性的同時，也能根據(jù)不同環(huán)境調(diào)整材料配比，使得各種材料的綜合性能滿足生產(chǎn)使用要求。因其黏結(jié)力強，抗腐蝕能力強等特點，在修復設備的裂縫、磨損、滲漏等損傷方面有出色的表現(xiàn)，廣泛應用于化工管道及設備領(lǐng)域。

2.3.1 高分子材料的優(yōu)勢

（1）附著能力強，光滑金屬表面附著力達到295kg/cm2。

（2）固態(tài)屬性，沒有揮發(fā)。

（3）優(yōu)秀的金屬隔離和抗化學腐蝕能力。

（4）綠色環(huán)保無污染。

2.3.2 高分子材料的使用工藝

（1）工具及設備：易于取得，可參考打砂涂裝工具。

（2）施工工藝

①拆開換熱器管箱：吹干換熱器管板、傳熱管、折流板等位置的水分，用塞子封住管束的各個管口，對管板也做保護。

②表面打砂：在打砂時遮擋換熱器的其他部件，避免損害設備。打砂的標準為露出金屬底色即可。噴砂完畢后將軟木塞取出。

③管束清洗：取出管口封塞，用丙酮液清洗掉雜質(zhì)和油污。

④高分子材料涂裝：首先將高分子材料填充到換熱器管束和管板等處的內(nèi)壁處，目的是填平坑洼處，保證管束內(nèi)壁的平整度，提高介質(zhì)的可通過性。其次把液態(tài)形式的高分子材料涂抹在需要保護和修復的表面，尤其是接縫處，其良好的塑性和流動性能保證材料涂在需要的位置上，達到填充堵漏的效果。

⑤凝固塑化：查看該高分子材料的固化時間，按照要求進行固化，完成后即可回裝。

⑥控制振動：管束振動問題是難以預測和準確計算的，因產(chǎn)生振動的機理很多，影響因素也較多，所以目前主要以預防為主。對于殼程介質(zhì)流速較高的換熱器，應謹慎對待，條件允許時應采用不同的計算方法進行核算。除此之外還可以改變換熱管的結(jié)構(gòu)造型減小振動的產(chǎn)生，如折流柵、螺旋折流板或異型管等（圖3）。

圖3 螺旋折流板換熱器

3 結(jié)語

隨著現(xiàn)代工業(yè)水平的提高，會有更多新的技術(shù)不斷出現(xiàn)。通過以上改進措施，換熱器的可靠性和使用壽命有明顯的改觀，可解決普遍性泄漏問題，有較好的應用前景，減少反復修復帶來的成本增加，以及安全、質(zhì)量隱患，提高經(jīng)濟效益。