摘要：对于管壳式的换热器，其优势主要表现在结构紧凑和材料选择广泛等方面，是在化工生产当中比较重要的一种换热设备。管壳式换热器的主要功能是实现不同介质之间的换热，将不同温位能量合理的利用，既满足工艺要求，又达到节约能耗的作用。然而，由于介质的多样性，腐蚀原因复杂多变，多种腐蚀机理共同作用，导致管壳式换热器容易出现腐蚀损坏的现象；换热器内部结垢会导致换热效率低下；管壳式换热器故障频发，检修频繁，都会影响其经济性。因此，想要确保装置的顺利工作，运行经济高效，确保装置的长、满、优运行，那么处理好管壳式换热器出现的腐蚀和积垢问题，对材质进行合理升级，就是十分值得加强研究的。
关键词：管壳式换热器；故障分析；维修处理
一、管壳式换热器的形式和构造
1.1固定管板式换热器
固定管板式换热器采取的方式是焊接方式，其两端的管板和壳体相连接，壳体内部具有紧密排布的换热管，总体构造比较简单。此类换热器的壳程中具有折流板，换热器内部的每个管子都可进行清洗，造价较低。
1.2 U型管式换热器
U型管换热器的管束由一组弯曲半径不同的U形弯管组成，并且换热管的两端固定在同一个管板上，弯曲端不固定。其壳体和换热管管束为分体式结构，每根换热管都可自由伸缩，不受壳程及其他换热管的影响，当换热器内部产生温差时，管束之间不会产生热应力。此类换热器管内清洗较繁琐，壳程清洗较便捷，因而此类换热器较适用于管内介质洁净、壳程易结垢的场合；由于其一端浮动式结构，亦可使用于高温高压场所。
1.3浮头式换热器
浮头式换热器与固定管板式换热器有一定的区别，其管板并不是两端固定的，而是一端与管壳固定，另一端管板可在课题内自由浮动。壳程和管程之间若产生比较大的温差，可以通过自由膨胀来消化热膨胀量，不产生热应力。浮头段设计为可拆卸式的结构，也增加了检修和清洗的便捷性。
1.4填料函式换热器
填料函式换热器的管束一端与管板固定，一端与壳体间采用外置填料函进行密封，因而管束可以自由地伸缩，不会因为两侧介质的温差产生热应力，且壳程与管程均可进行清洗，因而较适用于需要进行频繁清洗的场合。然而，此类换热器由于一端为填料函密封的结构特点，换热器壳程的介质有外漏的风险，因而换热器壳程压力不宜过高，一般不在高温高压及其他危险场合使用。
二、故障及原因分析
2.1热交换效率降低原因分析
根据装置生产工艺特点分析，换热器热交换效率降低的原因有以下两点。
2.1.1污垢堵塞换热器
换热器污垢按照其形成过程大致可分为以下六类：（1）溶液因溶解度变化在换热器表面析出晶体形成的析晶污垢；（2）流体中固体颗粒沉积在换热器表面形成的颗粒污垢；（3）在流体中发生化学反应沉积在换热器表面的化学反应污垢；（4）换热器表面材料被腐蚀形成的腐蚀污垢；（5）宏观生物体、微生物体吸附在换热表面的生物污垢；（6）在过冷换热面上纯净液体或多组分溶液中高溶剂组分产生凝固形成的凝固污垢。通常换热器的污垢都是由以上六类污垢中的两种或两种以上污垢相互作用相互影响混合而成的混合污垢。
提浓装置换热器污垢主要有以下两类：
1）在装置生产工艺条件下，溶剂中通常含有一定比例的高级炔和炭黑，溶剂中溶解的高级炔气体会发生自聚，特别是在高温场所高级炔的自聚反应更加明显，形成大量聚合物，聚合物和炭黑相互作用形成混合污垢，溶剂携带污垢进入换热器时，因温度和流速等条件变化，导致的污垢聚集，形成重度水垢类固体聚合物，堵塞换热管。
2）换热器冷却水因水质污度大以及添加药物的原因，含有很多的泡沫和杂质，泡沫和杂质在换热器内逐步聚集，多形成析晶和颗粒混合污垢，影响换热器的换热效率。
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2.1.2介质在换热器中流程或流速变小
1）在换热器中，根据需要可以利用隔板将整个管程分为双程或多程，以增加介质在换热器中的流程，提高其热交换效率。随着设备长期运行，会出现分程隔板被腐蚀穿孔或隔板槽内密封垫片损坏造成隔板短路，介质直接从上一管程泄漏至下一管程，而不经过换热器，缩短了介质的流程，流经换热器管束的流量减少，降低换热效果。
2）在换热器的壳程为提高壳程介质的流速，增加其湍流程度，控制介质的流动方向，安装有折流板，增大传热系数，在运行过程中会出现折流板被腐蚀，壳程介质流程减少，流速降低，换热系数降低。
2.2换热器的泄漏原因分析
1）螺栓松动或者密封垫片的损坏导致静密封面的泄漏。
2）介质冲刷引起冲刷腐蚀，换热管锈蚀或积垢腐蚀穿孔，机械清洗对换热管的损害导致管束泄漏，最终均会导致管壳式换热器管程与壳程的介质互窜。
3）管板锈腐穿孔，或换热管管束振动及温差应力，引起换热管与管板胀焊处出现裂纹和砂眼，导致管板泄漏，最终导致管壳程介质互窜。
三、维修管壳式换热器有效的方法
3.1对换热器中进行定期的清洗
针对管壳式换热器中容易出现污垢堵塞的情况，最有效的方法就是对设备进行定期的清洗。采用清洗的方法有许多种，比如机械清洗、高压水清洗、化学清洗和综合清洗等。机械清洗主要是对换热器的管程和壳体内壁进行清洗，若是出现更加严重的聚合物对换热管到造成了堵塞，则可以采用手电钻钻洗。这里首先需要把换热管道钻通，然后根据管径的大小配备相应的钻头进行钻洗作业，在钻洗作业中，可以从换热管的另一端注水，这样可以把钻洗出的各种聚合物和污垢都冲洗出来，同时也润滑了钻头。
高压水清洗是一种非常强力的设备清洗方法，其主要是利用高压水泵喷出来的高压水对管壳式换热器的污垢部位进行冲洗、清洁。高压水枪的压力可以进行调节，其主要是根据换热器上污垢的致密度和附着度来选择水压和不同的水枪类型的。手持枪喷射的范围很广，可对设备的内壁和管束外壁进行有效的清洗。
3.2对换热器出现的腐蚀泄漏进行有效处理
换热器经常容易出现锈蚀和腐蚀的部位有分程隔板、折流板和管板等。工作人员应该首先对这些部位的腐蚀程度进行评估，从而确定其是否可以通过修复再使用。对于通过修复可以使用的情况，工作人员可以通过打磨补焊的方法对设备进行处理，如果不能通过修复再使用，则要对其进行及时的更换。而对于一些经常腐蚀严重的部位，工作人员应该根据介质的性质，提出新型的材料，从而有效的防止腐蚀。对于换热器静密封面的泄漏，主要可通过螺栓锁紧进行处理，并且检查密封垫片是否出现损坏，若是出现损坏，要对其进行及时的更换。
四、结语
由于管壳式的换热器具有很强的优越性，在化工领域当中被广泛地应用。然而也具有很多不足，壳程与管程介质的流速与温度等多种因素易导致故障发生。让管壳式换热器可以更好地工作，必须在第一时间对问题进行处理。寻找故障，并对维修方法及换热器设计进行优化，在此基础上提升产品质量，不断地研究和摸索，突破技术难关，为企业的发展赢得经济收益的同时也保证了安全生产。
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作者介绍：
石印涛（1989.12.18），性别：女；籍贯：江苏南通；民族：汉；学历：研究生、硕士；职称：助理工程师；职务：资深设计工程师；研究方向：换热性能与系统研制。
论文作者:石印涛
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/13
标签：换热器论文; 管壳论文; 污垢论文; 介质论文; 换热论文; 热管论文; 壳体论文; 《电力设备》2019年第2期论文;