浅析化工设备换热器的密封泄露问题与对策

[摘 要]就针对于炼化企业的实际生产过程而言，在各项化工工艺流程当中，就会用到各种形式的换热器，而换热器最主要的功能，就是为化工生产传递热量，将热量从高温介质传向低温介质，从而满足工艺的需要。在生产过程中，换热器的稳定性相当的重要，换热器一旦出现泄漏情况，对整个工艺造成的影响是非常严重的，甚至会导致危险。因此，本文就针对化工设备换热器的密封泄露问题进行简单分析，以供参考。

[关键词]化工设备；换热器；密封泄露

中图分类号：TQ051.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0051-01

目前，在换热设备中，使用量最大的是管壳式换热器，浮头式换热器是其中一种。由于浮头式换热器管束可以抽出来，清洗方便，管束在使用过程中产生的温差膨胀不会受壳体约束，不会产生温差应力等优点，被广泛应用于石油、制药、食品等行业。但由于管程内外介质压力的不同、介质的腐蚀、冲刷、温度、焊接缺陷以及密封材质的损坏，使得换热器故障不断，因此要求我们设备检修人员要能快速判断泄漏原因并及时处理，避免对装置生产造成长时间影响。

一、换热器在化工生产中的应用

一般来说，在实际的化工生产过程中，换热器主要是被用于对物料的加热以及冷却，按照换热器的用途可以分为冷凝器、冷却器以及加热器。按照换热面结构可以分为板式换热器和管式换热器。按照换热方式分为混合式换热器、蓄热式换热器以及间壁式换热器。在运行的过程中，换热器要注意一下几个方面：第一，在使用换热器之前必须试压；第二，停工时，先停热流，后停冷流，开工时，换热器要先通过冷流，然后通热流；第三，在启动过程中，保持排气阀打开，结束后关闭排气阀；第四，在使用空冷器时，要注意各部分流量均匀，确保冷却效果；第五，若使用的是碳氢化合物，则必须用惰性气体将换热器中的空气驱除，以免发生爆炸；第六，经常注意查看，防止发生泄漏，等等[1]。一般换热器的静密封泄漏是由于密封垫的问题，有时候换热器长时间的工作所产生的温度是很高的，对换热器内的垫片会造成损坏，致使换热器静密性泄漏的发生，所以在工作一定时间后，可以对换热器的密封垫进行检查更换，更好的保证换热器的工作效益，而换热器的精密性泄漏问题也会相应的减少。

二、案例分析

（一）背景介绍

在本案例中，泄漏的换热器为反应器进料换热器（E-101A），是装置的重要设备，如长时间检修需将整个装置做停工处理。此换热器共两组，规格均为Φ700×22070的立式浮头式换热器，管程介质为C4、工作压力为7.8MPa、工作温度在113-168℃，壳程介质为SBA/丁烯/丁烷、工作压力6.0MPa、工作温度在175-127℃，换热面积为500m2，于x年x月x日发生换热器（E-101A）大量泄漏。打开换热器发现在进口的防冲挡板下方（50mm-190mm处）换热管有不同程度的穿孔，抢修后对泄漏的30根换热管进行了堵管焊接。并于次日再次发生泄漏，经检查，同样是因防冲挡板下方换热管的穿孔所致[2]。

（二）原因及解决方案

此两次泄漏故障均为同一原因，引起了我们的高度重视，结合多方面因素考虑，我们认为造成泄漏的原因可能为以下三种之一，或几种并存：

（1）钢管本身的质量问题：a.钢坯冶炼过程中化学成分超差；b.钢管制造过程中夹渣、尺寸的负偏差及制造应力的存在。

解决方案：由有关部门对穿孔的钢管做失效分析，如是钢管质量问题，那么E-101的泄漏问题在更换管束后即可得到解决.

（2）结构合理性的影响：a.壳程进口管流速的影响。

GB151-1999《管壳式换热器》规定，对于非腐蚀介质，当壳程进口管流体的ρV2值>740kg/m・s2时就必须在壳程进口管处设置防冲挡板。

E-101接管内径Φ183mm.介质密度ρ=0.8×103kg/m3，最大流量Q=70×103kg/h

V0=Q/3600×ρ×3.14×（D/2）2=0.924m/s

ρ0V02=0.8×103×0.9242=683.0kg/m・s2

ρ0V02

可见，从理论上讲，若介质无腐蚀性，则E101A壳程进口管流速对换热管束的影响甚微，不设置防冲挡板亦可行。

b.壳程进口管处介质的流动状态的影响。计算E-101换热器进口处的横流速度V2

流量Q=70×103kg/h，密度ρ=0.8×103kg/m3

b3=bmin=2a3+15B=0.165m2

防_挡板投影面积：b=0.28×0.28=0.0784m2

V2=Q/3600×Δb×L×ρ=0.364m/s

介质从进口管进入换热器后，不仅方向改变了，而且速度也发生了变化，在防冲挡板周围形成湍流。若介质有腐蚀性，则湍流加速了局部腐蚀，湍流流体击穿了紧贴金属表面几乎静态的边界液膜，另一方面对金属表面产生了附加的剪切力。这种切应力有可能不断地剥离金属表面的腐蚀产物（包括保护膜）形成湍流腐蚀（湍流腐蚀的特点：金属表面呈深谷，蚀谷光滑，没有腐蚀产物积存）[3]。

解决方案：方案一：增加内导流筒在换热管束的最下端的折流板以下增加一个筒体，使得液体进入换热器后先在导流筒与壳程内筒体之间减速稳流。然后从导流筒底均匀流入换热管四周。方案二：增加防冲挡板的尺寸，并由平板型改为曲面板型优劣分析：方案一制作较复杂，但效果较明显。可以使结构更为合理，改变液体的流动状态，减少湍流对设备的影响；增加导流筒后，能消除停滞区，既减小了停滞区钢管的腐蚀倾向，又增加了换热管的有效换热长度。方案二制作简单，但易形成停滞区。

（3）介质的影响：介质中含有导致钢管腐蚀的酸根离子。进入E-101A的介质组分为：丁烯、SBA及少量的水。经过催化剂床层的水中的SO42-、Cl-等酸根离子对碳钢有腐蚀性。腐蚀速度取决于介质含水量的多少及酸根离子的浓度。介质出反应器R101的线速度高、反应器R101顶在高界位操作、反应器中的水起泡沫等都可能导致带水量大。

解决方案：①R101顶实行低界位操作，以减少水的夹带；②严格控制浮动床处理后的水中的酸根离子的浓度；③采取有效措施防止起泡现象的发生[4]。

三、结语

总而言之，换热器又称之为热交换器，就是将冷流体和热流体的能量进行相互交换的一种设备。换热器的应用范围非常的广泛，主要应用于石油化工生产、煤化工生产和热电厂等领域中，在这些工艺的生产过程中，由于内部介质复杂多样，换热器具有高温高压、高流速以及强腐蚀等特征。所以，经常会出现泄漏情况。在炼油化工企业中，换热器在工艺中有着重要的作用，换热器的密封泄露的问题值得我们注意，改善泄露问题对企业的效益以及完善工艺都具有重要的意义。

参考文献

[1] 程永娜，李启瑞.换热器分程隔板密封泄露的原因及措施[J].中国化工装备，2015，01：39-40+48.

[2] 石强.常减压装置浮头式换热器密封系统应力松弛研究[D].山东大学，2012.

[3] 王清江.压缩机轴端密封改造设计与研究[D].天津大学，2012.

[4] 陈元荣.换热器密封失效之原因探讨[J].中国化工装备，2013，01：40-42.