換熱器/冷凝器泄漏、結(jié)垢的分析及解決

摘要：淄博索雷工業(yè)以高分子聚合物對列管式冷凝器管板腐蝕及滲漏問題進(jìn)行現(xiàn)場治理，解決了管板和管列管因焊接、脹接及介質(zhì)腐蝕所導(dǎo)致的滲漏腐蝕問題。設(shè)備修復(fù)和保護(hù)后的正常運行，驗證出高分子聚合物修復(fù)和保護(hù)材料的應(yīng)用性及索雷工業(yè)技術(shù)的實效性。

關(guān)鍵詞:冷凝器、換熱器、滲漏、腐蝕、結(jié)垢清洗、列管式、現(xiàn)場修復(fù)

冷凝器、換熱器滲漏

1. 前言

工業(yè)生產(chǎn)中列管式換熱器是目前應(yīng)用最廣泛的一種換熱設(shè)備。與其它幾種間壁換熱器相比，單位體積設(shè)備所能提供的傳熱面積要大得多，傳熱效果也較好。由于設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、堅固，且能選用多種材料來制造，故適應(yīng)性較強(qiáng)，尤其在大型裝置和高溫、高壓中得到廣泛應(yīng)用。

列管換熱器主要有殼體、管束、關(guān)板（又稱花板）和頂蓋（又稱封頭）等部件組成。換熱器泄漏是最出現(xiàn)頻繁的問題之一，經(jīng)常導(dǎo)致整套裝置停車，換熱器一旦發(fā)生故障，不僅影響生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，還常常直接威脅主機(jī)或其他設(shè)備的安全運行，甚至引起嚴(yán)重的設(shè)備損害事故。

換熱器/冷凝器的材質(zhì)一般以碳鋼、不銹鋼和銅為主，在制造中管板和列管一般采用焊接和脹接工藝。焊接工藝一般采用手工電弧焊，焊縫形狀存在不同程度的缺陷，如凹陷、氣孔、夾渣等，焊縫應(yīng)力的分布也不均勻；脹接工藝有存在不同金屬的“雙金屬”腐蝕現(xiàn)象。管板部分一般與工業(yè)冷卻水接觸，而工業(yè)冷卻水中的雜質(zhì)、鹽類、氣體、微生物都會構(gòu)成對管板和焊縫的腐蝕。特別是水中含有的氯離子和氧的濃度變化，對金屬的腐蝕形狀起重要作用。

2.   泄漏原因分析

列管換熱器內(nèi)部管系泄漏主要分為管子本身泄漏和端口泄漏。

2.1 管子端口泄漏原因

2.1.1 熱應(yīng)力過大

 列管式換熱器在操作時，由于冷、熱流體溫度不同，使殼體和管壁的溫度互有差異。這種差異使殼體和管子的熱膨脹不同，當(dāng)兩者溫差較大時可能將管子扭彎，或使管子從花板上拉松，甚至毀壞整個換熱器。對此，就必須結(jié)構(gòu)上考慮熱膨脹的影響，采用各種補(bǔ)償?shù)姆椒āQ熱器在啟停過程中溫升率、溫降率超過規(guī)定，使高加的管子和管板受到較大的熱應(yīng)力，使管子和管板相聯(lián)接的焊縫或脹接處發(fā)生損壞，引起端口泄漏。因管子管壁薄，收縮快，管板厚，收縮慢，常導(dǎo)致管子與管板的焊縫或脹接處損壞。這就是規(guī)定的溫降率允許值只1.7℃／min- 2.0℃／min，比溫升率允許值2℃／min- 5℃／min 要嚴(yán)格的原因。

2.1.2 管板變形

 主要是管板的加工變形及加工時產(chǎn)生的變形，管子與管板相連，管板變形會使管子的端口發(fā)生泄漏。高加管板水側(cè)壓力高、溫度低，汽側(cè)則壓力低、溫度高，尤其有內(nèi)置式疏水冷卻段者，溫差更大。如果管板的厚度不夠，則管板會有一定的變形。管板中心會向壓力低、溫度高的汽側(cè)鼓凸。在水側(cè)，管板發(fā)生中心凹陷。在主機(jī)負(fù)荷變化時，加汽側(cè)壓力和溫度相應(yīng)變化。尤其在調(diào)峰幅度大，調(diào)峰速度過快或負(fù)荷突變時，在使用定速給水泵的條件下，水側(cè)壓力也會發(fā)生較大的變化，甚至可能超過高加給水的額定壓力：這些變化會使管板發(fā)生變形導(dǎo)致管子端口泄漏或管板發(fā)生永久變形。如果高加的進(jìn)汽門內(nèi)漏，則在主機(jī)運行中停運高加后，會使高加水側(cè)被加熱而定容升壓，如水側(cè)無安全閥或安全閥失靈，壓力可能升得很高，也會使管板變形。

2.1.3 堵管工藝不當(dāng)

一般常用錐形塞焊接堵管。打入錐形塞時用力要適度；捶擊力量太大，引起管孔變形，影響鄰近管子與管板連處，會造成損壞而使之出現(xiàn)新的泄漏。焊接過程中，如預(yù)熱、焊縫位置及尺寸不合適，會造成鄰近管子與管板連接處的損壞。采用其他堵管方法，如脹管堵管、爆炸堵管等，如工藝不當(dāng)，也會引起鄰近管口的泄漏。因此應(yīng)遵循嚴(yán)格的堵管工藝。

2.2 管子本身泄漏原因

2.2.1 應(yīng)力腐蝕  

 應(yīng)力腐蝕破裂是指拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)的共同作用而引起的金屬或合金的破裂。其特征是，大部分表面上并未遭破壞，只有一部分細(xì)裂紋穿透金屬或合金內(nèi)部。應(yīng)力腐蝕破裂能在常用的設(shè)計應(yīng)力范圍之內(nèi)產(chǎn)生，因此后果嚴(yán)重。引起應(yīng)力腐蝕破裂的重要因素有溫度、溶液成分、金屬或合金的成分、應(yīng)力和金屬結(jié)構(gòu)。

2.2.2 管子振動

 給水溫度過低或機(jī)組超負(fù)荷等情況下，通過換熱器管子間蒸汽流量和流速超過設(shè)計值較多時，具有一定彈性的管束在殼側(cè)流體擾動力的作用下會產(chǎn)生振動，當(dāng)激振力的頻率與管束自然振動頻率或其倍數(shù)相吻合時，將引起管束共振，使振幅大大的增加，導(dǎo)致管子與管板的連接處受到反復(fù)作用力造成管束損壞，管束振動損壞的機(jī)理一般有：①由于振動而使管子或管子與管板連接處的應(yīng)力超過材料的疲勞持久極限，使管子疲勞斷裂；②振動的管子在支撐隔板的管孔中與隔板金屬發(fā)生摩擦，使管壁變薄，最后導(dǎo)致破裂；③當(dāng)振動幅度較大時，在跨度的中間位置相鄰的管子會相互摩擦，使管子磨損或疲勞斷裂。

2.2.3 管子給水入口端的侵蝕

 入口管端的侵蝕損壞只發(fā)生在碳鋼換熱器中，是一種侵蝕和腐蝕共同作用的損壞過程：其機(jī)理是管壁金屬在表面形成的氧化膜被高紊流度的給水破壞并帶走，金屬材料不斷損失。最終導(dǎo)致管子的破損。有時損壞面可以擴(kuò)大到管端焊縫甚至管板：給水pH 值低（小于9.6）、含氧量高（大于7μg／L）、溫度低（小于260℃）、紊流度大的情況下，容易發(fā)生侵蝕。

2.2.4 腐蝕

 當(dāng)?shù)蛪簱Q熱器的管材為銅，低壓銅管常因泄漏嚴(yán)重而被迫更換。pH 值8.5~8.8 時，銅的腐蝕率最低。而碳鋼要求pH 值不小于9.5。影響碳鋼管束腐蝕的主要因素有：含氧量和給水pH 值：當(dāng)給水中的溶解氧過高或pH 值過低，會使高加管子的內(nèi)壁受到腐蝕，故給水溶解氧的濃度不得超過7pg／L，pH 值維持在9.3~9.6 之間。如果殼側(cè)有氧氣存在，將會引起管束外壁的氧腐蝕。銅沉積：會引起點腐蝕，形成點蝕坑。溫度影響碳鋼表面Fe3O4氧化膜的形成：一般認(rèn)為在260℃％以上時，F(xiàn)e3O4氧化膜比較穩(wěn)定． 低于這個溫度時，F(xiàn)e3O4氧化膜的保護(hù)程度取決于給水的pH 值和其他環(huán)境因素。pH 值大于9.6 時，安全。

2.2.5 材質(zhì)、工藝不良

 管子材質(zhì)不良，管壁厚薄不均，組裝前管子有缺陷，脹口處過脹，管子外側(cè)有拉損傷痕等，在換熱器遇到異常工況時，會導(dǎo)致管子大量損壞。

3.  索雷工業(yè)

解決冷凝器管板腐蝕滲漏的方法

索雷高分子聚合物產(chǎn)品是以高分子聚合物、金屬或陶瓷超細(xì)粉末、纖維等為基料，在固化劑、固化促進(jìn)劑的作用下復(fù)合而成的材料。各種材料在性能上互相取長補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料。具備極強(qiáng)的粘接力、機(jī)械性能、和耐化學(xué)腐蝕等性能，因而廣泛應(yīng)用于金屬設(shè)備的機(jī)械磨損、劃傷、凹坑、裂縫、滲漏、鑄造砂眼等的修復(fù)以及各種化學(xué)儲罐、反應(yīng)罐、冷凝器、管道等設(shè)備的化學(xué)防腐保護(hù)及修復(fù)。

3.1  列管泄漏預(yù)防措施

對于管子本身泄漏，應(yīng)先查清管束泄漏的形式及位置，并選用合適的堵管工藝，堵塞管子的兩個端口。無論采用何種堵管工藝，為保證堵管的質(zhì)量，被堵管的端頭部位一定要經(jīng)過良好處理，使管板、管孔圓整、清潔，與堵頭有良好的接觸面。在管子與管板連接處有裂紋或沖蝕的情況下，一定要去除端部原管子材料及焊縫金屬，使堵頭與管板緊密接觸。

3.2  管板腐蝕及焊接、脹接端口腐蝕滲漏保護(hù)

3.2.1  空心錐銷脹接修復(fù)

3.2.2  脹接端口和管板保護(hù)

  切除脹接端口多余部位（如圖）

3.2.3焊接端口和管板的保護(hù)

3.2.4 列管內(nèi)壁保護(hù)層延伸10-20mm

4.  保護(hù)修復(fù)效果

4.1   測壓設(shè)備

 4.1.1  移動式活塞式空氣壓縮機(jī)

 4.1.2  循環(huán)水

4.2   設(shè)備數(shù)據(jù)

 電廠油冷器（如圖）

管板：800mm；

 管束：304不銹鋼；

 壓力：0.2MPa,

 管程介質(zhì)：循環(huán)水；

 殼程：透平油

 設(shè)備問題:管板焊接端口滲漏

 部件制作周期：2個月

 現(xiàn)場修復(fù)：4小時

4.3   測壓結(jié)果

修復(fù)后測試壓力0.6MPa