摘要：管壳式换热器是在化工生产中一种用途非常广泛，也是一种非常常见的换热设备。无论从生产角度还是安全角度，如何快速有效地减少或解决设备故障都具有极其重要的意义。本文根据天津渤天化工有限责任公司在多年的生产过程中常见故障产生的原因进行了简要分析并提出合理的解决措施。
关键词：管壳式换热器；常见故障；维修；解决措施
管壳式换热器是在化工行业中一种非常常见并且应用较为广泛的换热设备,这种设备的具有构造简单、制造成本低、易于安装、运行维护方便等特点,并且能够在较恶劣的工况条件下工作,所以这种设备在化工生产设备选型中具有较高的优势。因此，当故障出现时我们应该如何快速有效的分析并解决故障，就成为了我们设备专业技术人员应当考虑的首要问题。
1.管壳式换热器原理及分类
管壳式换热器又称列管式换热器，是一种由壳体和包含许多管子的管束所构成，在冷媒、热媒流量较稳定的条件下，使供热量和需热量能够达到平衡状态的一种设备。换热管内构成的流体通道称为管程，换热管外构成的流体通道称为壳程。管程和壳程分别通过两不同温度的流体时，温度较高的流体通过换热管壁将热量传递给温度较低的流体，温度较高的流体被冷却，温度较低的流体被加热，进而实现两流体换热工艺目的。具有结构简单、造价低、流通截面较宽、易于维护保养及清洗，制造材料广泛、能在较高温度及压力下使用，并且能够节约能耗，缺点是传热系数低、占地面积大等优点。
管壳式换热器按类型可分为固定管板式、带膨胀节管壳式、浮头式、U形管壳式、波节型管壳式、分段式等。
2.换热器的常见故障及原因
引起管壳式换热常见故障主要有，一是由于换热器厂家设计及制造工艺不成熟、换热器管壁穿孔、管与管板的连接处出现泄漏等原因引起的出口压力波动大。二是由于管壁结垢或油污吸附、管壁蚀漏、管口胀管处或焊接处松动或漏蚀等原因引起的换热效率低。三是由于密封垫片老化、断裂，紧固螺栓松动等原因引起的封头(浮头)与壳体连接处泄漏；四是由于介质流动激振而引起的换热器管束异常振动。
总而言之，引起管壳式换热器的故障主要原因无外乎是由于工艺问题和机械问题等两种主要原因而引起的。
3.解决措施
3.1设计角度
为避免换热器在使用过程中经常出现故障，从最开始的设计阶段在保证满足生产参数的情况下就应从如何减少故障的角度出发进行设计。
为减少使用过程中的故障，在设计阶段主要考虑的是冷热流体流动的通道进行选择。遵循在使用过程中因管内清洗方便故将不洁净和易结垢的液体走管程；为避免管束和壳体同时受腐蚀，腐蚀性流体宜走管程；为避免壳体承受压力过高，压强高的宜走管程；因饱和蒸汽比较清洁，对流传热系数与流速无关而且冷凝液容易排出，饱和蒸汽宜走壳程；为了便于散热，被冷却的流体宜走壳程；若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，为减少热应力损坏，宜将对流传热系数大的流体通过壳程；流量小而粘度大的流体宜走壳程等原则。
3.2腐蚀、泄露解决
在管壳式换热器中经常容易出现腐蚀的部位有分程隔板、折流板和管板等，对于换热器的腐蚀泄漏应进行及时有效处理。
在处理过程中我们首先应该对这些部位的腐蚀程度进行评估，确定是否在经过修复处理后能否重新达到我们的技术要求及使用要求。在进行修复前专业技术人员应该根据换热器自身的特点提出详细的解决方案，解决方案一般分为两种情况，一是可以通过打磨补焊的方法对故障设备进行处理；二是当通过打磨补焊等简单的修复方式不能达到我们的使用要求，则需要对发生故障的部分进行更换。值得注意的是对于一些经常腐蚀严重的部位，专业人员还应该根据介质的特性，重新选择部件的材料，从而有效防止修复后再同一部位再次出现相同的腐蚀现象。
对于换热器静密封面的泄漏，主要是对螺栓上紧，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。
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在设备运行中，如果换热管束出现泄漏，在泄漏管数不超过总管数10%的情况下，可以采用堵管处理即用锥形金属销子在换热管的两端打紧焊死，将泄漏的管子堵死不用，金属销子的材料硬度需低于换热管的硬度，且销子的锥度在3°~5°之间。但是在换热管泄露数量超过总管数10%的情况下，，则不能釆用堵管的处理措施，因为采用堵管的方式会对换热器的换热效率产生较大影响，这时就需更换新的换热管。如果换热器换热管与管板胀焊处出现裂纹砂眼等缺陷时，需用角磨机对缺陷进行打磨至符合补焊条件后再用采用补焊的方法进行处理。
3.3积垢清理
由于换热器操作中所处理的流体不同，主要有悬浮液、夹带有固体颗粒、粘结物含量高、含有泥沙以及藻类等杂质，随着运行时间的延长，往往会在换热器各传热表面都有结垢或积污，甚至堵塞，从而使换热器各传热面的传热系数或传热面积减小，降低了传热性能。因此维修时不仅要消除设备存在的缺陷，还必须对积垢进行彻底的清理使其达到设计生产能力，清理方法主要有以下三种：
（1）机械清理
当管束积渣积垢或轻微堵塞时，轻薄的积垢，可以用专用清管刷（大小按管径选），一头穿粗铁丝，将清管刷从换热管中拉出，反复几次就可以除去与换热管结合不太紧密的积垢或堆积异物。
（2）高压水冲清理
高压水冲洗清理的原理是利用高压清洗泵打出压力在0~100MPa范围内可调节的高压水，通过专用清洗枪直接将高压水打在需清洗部位。当结垢不太紧密时，可选择压力在40MPa左右，当结垢坚硬紧密时，还可以将高合金喷头塞入管内采用更髙的压力清洗，一般此方法主要用于清洗列管式换热器的管内垢层，或者冲洗可抽出管束的换热器的设备壳体及管束表面的结垢和异物，对于有污物、沉淀、结垢不紧密的其它管壳式换热器，也可根据换热器的结构特点，可以用20~30MPa的高压水冲洗管子，如U形管可以在两个管端冲洗，同样也能产生较好的清理效果。
（3）化学法清理
换热器管程或壳程结构，主要有因水质不好形成的水垢、油污引起的油垢、结焦沉淀以及因热附着而引起结垢等。在化学法除垢前，首先应对结构物质进行化学分析，弄清结垢物质的组成，决定采用哪种试剂。一般对硫酸盐和硅酸水垢采用碱洗法清洗，对碳酸水垢则用酸洗涤剂清洗。对于一些流体介质的沉积物或有机物的分解产物，有几种金属形成的合金垢层，还应采用相应的活化剂。先将活化剂溶液加热浸泡后，使垢层与换热器表面张力减少或松脱，再根据垢层的化学特性决定酸洗或碱洗。在酸或碱洗前做好与被清洗表面材质相同或相近的挂片，在清洗时，放在清洗槽中，随时监测，以免由于清洗的配方不当对换热器造成过大的腐蚀，并按定的时间对清洗液取样分析Fe3+浓度的变化情况。
3.4振动解决
换热器中管子振动是常见故障的另一种形式，这种故障形式不仅会引起管端的胀接处松动，使管子与折流板的接触处产生磨损，从而降低管束的使用寿命，同时也有可能造成事故。因此，我们应对管子的振动及时采取措施进行修理。
管子产生振动原因主要是由于管子与折流板之间的间隙过大，并且由于介质脉冲性的流动而引起的。对于管端胀接处松动产生的松动，可以采用焊接固定来解决问题，值得注意的是，在焊接时应使用小电流的电弧焊减小焊接时的焊接应力；对于管子与折流板之间的间隙过大而产生的振动，在维修时应重点检察管子与折流板之间的磨损程度，对于不同的磨损程度应采取不同的修理方法。如果管壁磨损严重时，可采用更换新管子的方法进行修理。如果管壁磨损轻微，应想办法减小管子与折流板之间的间隙，比如增加折流板的块数，或用木楔嵌在管子与管子之间，以便减小和消除管子的振动；对于因介质脉冲性流动而引起管子的振动，应从消除介质的脉冲性流动方面着手，以减少管子产生振动的可能性。比如，在管路中设置缓冲器等，使得介质流动趋于平稳，消除管子因此而产生的振动。
4.结束语
在化工生产中，减少设备故障就是增加经济效益。所以当设备发生故障时，如何尽快有效地分析发生故障的原因及特点，采取最合适的维修解决方案做好相应的处理，使设备正常、高效的运行，不仅对生产具有重要意义而且在保障生产安全方面也同样具有着极其重要意义。
参考文献：
[1]黄艳复，管壳式换热器故障分析及维修处理[J]，化工管理，2014.10 .
[2]王强，贾文静，壳式换热器出现的向题及解决措施，内燃机，2014.2
作者简介：杨洪亮（1991—）、男、籍贯辽宁昌图、助理工程师、本科、2014年07月参加工作研究方向：在天津渤天化工有限责任公司设备动力部从事设备管理及检维修计划工作.
论文作者:杨洪亮
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/3
标签：换热器论文; 管壳论文; 流体论文; 设备论文; 故障论文; 换热论文; 管壁论文; 《工程管理前沿》2020年第1期论文;