摘要：管壳式换热器是换热设备中最常见的一种，它具有可用材料广泛，适用范围广，产出能力强，能承受高温高压等特点。本文对管壳式换热器发生的的常见故障的原因进行分析，同时给出常见故障的纠正方法。总结管壳式换热器常见的泄露原因及预防措施，总结换热器的日常维护程序，研究成果可为管壳式换热器日常防漏和维护提供理论依据。
关键词：管壳式换热器；泄露原因；预防措施
1.管壳式换热器的结构阐述
管壳式换热器的类型分为固定管板型、浮头型和U形管型几种。其中最为常见的是固定管板型。管壳式换热器主要由一个管箱、筒体、管板、隔板、钢管、定距管以及其他配件组成。
1.1管板结构分析
管板是有密集的管孔板或锻件，由管束组成的弹性基础支撑，板的两边承受的载荷均匀分布，管子的末端通过胀接、焊接或两者结合形式固定在管板上的，当管板在承受外界介质压力时会造成弯曲变形，导致管束中的每根管也会发生轴向变形，也使管板被每根管子的弹性反转。管板、管束是刚性连接，管束因发热而引起的变形力矩会作用到管板。
1.2折流板结构分析
折流板，也称挡板，它的主要作用是增加管间的流量，改善传热效果。折流板最常用是弓形的形状，其他形状的也可以用。挡板布置要求：靠近管板的第一块挡板应尽可能靠近壳体侧喷嘴，挡板的间隙应接近管对管或者管对通道的中心线。如果没有特殊要求，在换热管的有效长度上以相等的距离布置就可以了。挡板与支撑板通常由拉杆、定距离管、管道板等零部件固定。主要采用焊接或螺纹与焊接相结合的方法来进行固定。
2.管壳式换热器泄露的常见原因
2.1设计原因
热交换器密封的结构、密封表面的形状、密封垫的类型和尺寸、螺纹尺寸和材料的选择，这些因素都会引起管壳式换热器的泄露。下面通过分析一台已经发生过泄漏的换热器，来寻找是由哪些原因引起的泄漏，然后在此基础上，给出如何使与之相类似的换热器设备保证其密封性的方法。液压系统水箱中的液体被乳化，或者一个将油与稳定水分开的警报器发出警报，这表明液压系统中的热交换器正在泄露，可能会影响生产效果或使系统停止运转。
2.2换热器内部原因
因换热器内部结构造成管壳式换热器泄漏的原因主要有以下几点：a）密封圈年久失效，安装时被压碎，安装工作不到位；b）腐蚀磨损因素，换热器运行当中需要将热流、冷流来回过度，当热流、冷流的流动会导致换热器金属壁、管子出现损伤，同时在温度的影响下，会对损伤进行腐蚀，最终引起密封泄漏问题。上述提到的热、冷流以及温度的影响属于腐蚀磨损影响的主要表现，关于腐蚀磨损因素的影响表现还有很多，例如固体颗粒和气泡因素，即在部分换热器应用当中，其涉及的介质存在一定的粘性，很容易粘在周边结构上，一段时间之后将形成介质沉淀结垢；c）换热管侧腐蚀，换热器热流、冷流的主要介质为水体，水体当中存在很多阴性离子，此时在热流、冷流的流动过程当中，阴性离子会不断对换热器的换热管进行腐蚀，在长期运作的条件下就会引起密封泄漏问题。另外在预防措施方面，为了避免换热管侧腐蚀现象发生，有必要对热流、冷流水体介质进行处理，尽可能降低其中阴性离子的含量，同时需要控制换热器的运行时长，延缓此类腐蚀的发展；d）电化学腐蚀电化学腐蚀在换热器应用当中十分常见，其影响程度要高于其他影响，所以要对此保持重视。电化学腐蚀形式当中，首先其阳极会与氧气发生反应，相遇出现氧化现象，而氧化现象条件下，阳极会出现还原反应形成酸性液体，此时酸液会快速腐蚀换热器，引起严重的密封泄漏问题。
2.3使用操作原因
使用过程中可能造成泄漏的原因有：一是由于运输和操作引起的振动导致螺栓松动，其次，由垫片反力引起的泄漏，是因为不稳定的运行而引起的；第三是由于介质对垫片的腐蚀而导致垫片的劣化。
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3.针对泄露的预防措施研究
3.1进行日常检查及维修
换热器的日常维护效果是关系到换热器使用寿命效果重要因素。为了保证换热器维持良好的性能，并减少泄露的发生，必须对其进行定期检查和维护。
3.2定时对换热器进行清洁
3.2.1机械方式清洁
假如内部的杂物和污垢较多时，使用机械清洁比较有效果。可以采用与管径相当的软毛刷或长柄软毛刷进行清洗，可以从积水的相反的方向进行刷洗，这样可以防止在刷洗过程中，一些较坚硬的杂质对换热器内侧造成刮伤。机械清洁的优势就是可以在清洁时不挪动冷却器，缺点是需要把两侧的封头卸下。在清洗洗过程中要保证每一根都清洗干净，不留死角，清洁工作完成之后，必须用新的密封垫再次安装封头。
3.2.2专用设备冲洗清洁
假如换热器内部聚集的杂物和污垢不是很多时，便可以将冷却器拆下来，使用冲洗清洁的方式。可以采用用高压喷枪来冲洗管内的杂物，清洁时应从相反的方向清洗，预防管内的沉积物刮伤内侧表面。
3.2.3化学溶液清洁
采用化学方式清洁换热器可以有效去除积水管道中的水垢。要按照9%盐酸配上0.6%抗氧化剂的比例来配置的溶液，来清除管道中的水垢，水垢较多时，也可用具有缓蚀性的盐酸水溶液进行清洗。在使用化学制品清洁换热器时，要严格按照化学品供应商提供的产品说明书和使用指南进行，以防因使用不当，导致不锈钢管表面出现斑点和裂纹。清洁完成后，用干净的清水将热交换器彻底冲洗干净，使冷却器内无清洗残留物。在清洗洗换设备过程中加入0.9%左右的缓蚀剂和0.6%的还原剂，可防止清洗设备不断腐蚀和损坏设备。
3.3定期进行检修
3.3.1堵管
假如通过适当的方法已检验出管道泄漏的情况，处理泄漏状况的最实用办法就是堵管。有些直径偏小的管道，可以采用在一端打盲孔的方法，制作圆柱型的密封装置堵塞管道。这种方法可以分担堵管物和管板焊接变形的应力，应力都集中在堵管物上，同时可以减少管板的因焊接造成的应力。
3.3.2防腐涂料应用
大部分密封泄漏问题都是因为腐蚀现象引起的，所以为了避免此类问题发生，还可以采用防腐涂料措施进行防护。防腐涂料在换热器密封泄露问题处理当中，有较高的通用性，可以预防大部分腐蚀问题，在应用当中可以通过四种方法在换热器表面进行镀层，即包镀、电镀火焰喷涂、蒸汽镀、热浸，这四种方法区别于常规的涂刷方式，可以有效避免金属表层的变形问题，但在这些方法的应用当中，必须重视几个问题：在涂刷之前应当针对换热器类型以及工作机理进行分析，了解其可能存在的腐蚀问题，再针对腐蚀问题选择对应的防腐涂料；应当结合换热器表面金属材料的规格，设计涂层厚度，因涂层厚度过大容易引起变形、涂层厚度过小无法确保防腐效果。
3.3.3直接换管
鉴于管壳式换热器的结构特点，一旦出现堵管现象，会造成严重的故障，影响换热器的运行。如出现的特别严重的情况。换管是最有效率的方法。换管的面积不大时，可以利用专用工具将泄漏的地方比较多的管直接拆除。如需要换管的地方较多时，可以先将换热器的焊接的部分拆卸下来，这样比较容易把管子抽出。管子被抽出后，先清理板孔，并保证板孔以及挡板孔的轴线都保持垂直状态，在然后再进行穿管。
结束语
管壳式换热器在工艺生产中的作用是显而易见的，既是炼油厂和化学品生产的关键，又是充分利用热交换技术的关键。如出现频繁的泄露情况，就有必要进行良好的维修和预防工作，确保换热器的稳定运行。我国的管壳式换热器检修仍然不完善，需要在大量经验的基础上进行技术创新，以大幅提高我国管壳式换热器的预防和维护水平。
参考文献：
[1]曲观书.管壳式换热器校核计算与数值模拟研究[D].哈尔滨工程大学，2013.
论文作者:尤继录,黄振
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/18
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