河钢宣钢焦化厂 河北张家口 075100
摘要：板式换热器是换热器的一种，其优良的特点和性能使其在焦化厂煤气净化系统生产中大面积板式换热器。本文分析了板式换热器失效的原因，提出了板式换热器的检维修方法和要求，并在板式换热器长周期运行方面进行了探讨。
关键词：板式换热器；失效；原因分析；泄漏
1 绪论
板式换热器是一种结构紧凑、性能高效的换热器。与有同样换热能力的管壳式换热器相比，板式换热器的占地面积只相当于管壳式换热器的25%左右。板式换热器传热效率高，能使两种热交换流体在较低的流速下增强扰动，强化传热，传热系数k值比管壳式换热器提高了3-5倍。板式换热器组装灵活，只要增减板片数量或改变板片组装流程即可满足板式换热器在生产上改变工艺条件和产量的要求。同时热损失小，不需要保温层，质量轻，检维修方便，广泛应用于化工装置中。
2 板式换热器结构原理
板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装压紧而成的一种新型高效换热器。其结构比较简单，核心部件为板片、密封垫片，附属备件为固定压紧板、活动压紧板、压紧螺柱和螺母、上下导杆、前支柱等组成。
3 板式换热器的特点
3.1 板式换热器主要有以下优点
3.1.1板式换热器结构紧凑、重量轻、传热系数高、末端温差小。在相同的有效传热面积下，单位体积内的换热面积为管壳式换热器的2-5倍。占地面积约为管壳式换热器的1/5-1/10，并且在检维修时不需要额外的场地。重量一般来说仅为管壳式换热器的1/5左右。板片的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流，所以板式换热器有较高的传热系数，一般认为是管壳式换热器的3-5倍。管壳式换热器在壳程中流动的流体和换热面交错并绕流，存在旁流，不能实现温度交叉，一般末端温差只能达到5℃；而板式换热器的冷、热流体在板式换热器中的流动平行于换热面，且无旁流，能实现温度交叉，末端温差可以达到1℃。
3.1.2污垢系数低，清洗方便。板式换热器板间流体有较高的湍流，板间流道狭窄且死区少，介质滞留量很小，杂质不易沉积，有自身清洗功能。不锈钢换热面光滑，附着物少。所以，板式换热器的污垢系数比管壳式换热器的污垢系数小得多。将板式换热器的压紧螺母、螺柱卸掉后，即可松开板束，卸下板片，进行机械清洗，这对需要经常清洗设备的换热过程十分方便。
3.2 板式换热器存在缺点
板式换热器存在的主要问题是其工作压力和工作温度受到结构的限制。密封垫片密封的板式换热器由于受到密封垫片耐热、耐压性能的影响，以及密封周边长，角孔的两道密封处的支撑情况较差，垫片得不到足够的压紧力，所以允许最高工作压力仅为2.5MPa。用橡胶类弹性垫片时，最高工作温度在200℃；用压缩石棉绒垫片时，最高工作温度为250-260℃。且对于部分介质还存在流体与密封垫片相容性的问题。此外，板式换热器的板间通道狭窄，不宜于进行易堵塞通道的介质换热。
4 板式换热器主要失效事故及原因分析
4.1 外漏
外漏就是换热器中的液体或气体出现外漏现象，外漏问题分为两种，一种是介质渗漏，即漏出的介质不多，一种就是介质泄露，即换热器中的介质大量漏出。外漏出现的主要部位为板片与板片之间的密封处、板片二道密封泄漏槽部位以及端部板片与压紧板内侧。当板式换热器出现外漏现象时，也会影响到换热器的正常使用，即使是介质的渗漏现象，也要及时的进行修理，以免更大的问题出现。
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4.2 内漏
内漏是压力较高一侧的介质串入压力较低一侧的介质中。这种泄漏的发现往往不及时，常在检查系统中的压力和温度出现异常时才被发现。泄漏事故主要是由于密封失效引起的。橡胶垫片密封周边长，工作环境温度较高，在使用时间较长时，密封垫片材质易老化失效而造成泄漏。
4.3 堵塞
因为板式换热器是由多片板片叠加组成，介质在板片间形成的狭窄的空间中迂回流动。如果流体的粘度较大或流体中含有固体悬浮颗粒，当流经流道的滞流区域时，流体中的颗粒就会在这些区域附着、聚集、结垢，积聚成团，影响换热效果，严重时甚至会堵塞流道，造成工艺操作难度加大，甚至影响生产。板式换热器的通道间隙较小（2.5-6mm），且相邻板片波纹顶端相互交叉形成大量触点，液体介质经过板片支撑点附近形成局部滞流，介质中的固体杂物或纤维容易在此集聚，在生产使用过程中，由于贫富液、废水中含有轻质焦油，回经过冷却塔进入循环水系统形成污泥，使设备的压力降急剧变化，导致设备因堵塞。
4.4 腐蚀、穿孔
不锈钢板片的板式换热器会因为应力腐蚀造成换热器失效。发生的部位大多在板片形成的空间的底部以及易结垢的地方，产生的主要原因是板片在冲压成型过程中会不可避免的产生残余应力，此种应力要完全消除是非常困难甚至是不可能的，加上板片组装后形成多道缝隙，缝隙的存在很容易造成Cl－的浓缩富集，与残余应力一起形成了应力腐蚀产生的条件，经过一段时间运行就会产生应力腐蚀，使板片发生应力腐蚀，板片发生穿孔，严重时造成板片开裂。
5 板式换热器的检维修方法
5.1 反冲洗法
当板式换热器的换热效果突然下降，排除外界因素以及清洗冷热介质进口过滤器仍无法解决时，可以切出换热器，从流道的反方向用高于操作压力1.2一1.5倍的冷或热介质反向冲洗。由于反冲洗法效果不明显，检维修时一般很少使用。
5.2 化学清洗法
对于不锈钢板式换热器，严禁使用盐酸或盐酸类的清洗剂和清洗粉末进行化学除垢清洗，不拆板片的整台设备清洗尤其要注意。这是因为未充分溶解的垢渣（含有残存氯）在多缝隙的结构中是很难冲洗干净的，碱中和也不可能充分进行。可采用硝酸加缓蚀剂或桃酥类的清洗剂进行清洗，适当加温可提高清洗效率。化学清洗法一般用于不便于拆洗的板式换热器。
5.3 拆装清洗法
拆装清洗法是板式换热器较常使用的清洗方法。板片拆开后不宜取下，最好悬挂在上导杆上清洗。冬季在室外需要拆下板片，清洗前应作好标记，轻拿轻放，避免人为损坏板片和划伤手指，特别是不要损坏板片的5点定位；否则将造成板片错位，垫片密封泄漏。板片不要用钢刷或钢丝绒刷清洗，防止将板片表面损坏，造成结垢物易残留而腐蚀板片。刷的过程中不要破坏垫片，若发现垫片有脱落的必须将板片晾干，用胶直接粘在沟槽中，用不含氯的胶豁贴垫片。如果垫片不能恢复，必须取出板片，并且将其前或后的板片一同取出。
5.4 板式换热器的拆装
板式换热器拆装时螺栓应均匀收紧，每个螺栓安装时，需要在板片的所有面上检查板片的长度。用手尽可能拧紧螺栓，然后使用专用力矩扳手按螺栓对称顺序收紧，直至紧固全部螺栓，按照这样的步骤将板片束收紧到所标长度尺寸。长度要用金属尺测量。不要在充满媒质压力下或操作过程中紧固板式换热器。操作过程中板片束保持平行是非常重要的，否则板片会产生永久变形，进而造成垫片密封失效。如果板式换热器投用后发生泄漏，需要进一步紧固螺栓。如果泄漏继续发生，则要替换泄漏的板面，而不是进一步紧固螺栓，拆卸板片时必须是走冷热介质的板片同时取下。
6 结语
对板式换热器的结构设计有了充分的认识和了解，正确地选用、使用和维修板式换热器，就能安全可靠地利用板式换热器节能高效的优点，获得更好的经济效。板式换热器失效是多方面因素造成的，要针对具体的问题进行分析探究，提出合理可行的解决方法，在事故发生前做出预防措施，才能保证换热器运行良好，充分发挥板式换热器高效节能的特点。
参考文献：
[1]何西扣，董毅，朱衍勇.核电站用板式换热器失效分析[J].物理测试，2010（2）.
[2]关凤，李求知，姬国君.铸机板式换热器检修方法探究[J].辽宁科技学院学报，2011（2）.
论文作者:潘东山
论文发表刊物:《防护工程》2019年11期
论文发表时间:2019/9/17
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