列管式换热器泄漏原因分析及预防措施

摘 要：针对换热器用途、结构、工作原理做了说明，并对实际生产中换热器的泄漏位置以及产生泄漏的原因做了分析，并对换热器泄漏的处理方法、预防措施、检修过程中的注意事项进行了阐述。

关键词：列管式换热器 泄漏 原因 处理

一、前言

与其它几种间壁换热器相比，列管式换热器占地空间小、导热面积大、热交换效果好，结构相对较为简单、紧凑、造价便宜，列管式换热器目前被广泛应用于化工生产。列管式换热器构造主要有壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等部件。所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。某化工企业在空分、氨吸收制冷、氨合成等工段有大量列管式换热器使用；该煤化工企业运行过程中经常会发生换热器泄露，发生泄漏后换热介质渗透到蒸汽中或循环水中，造成工艺参数波动不仅影响生产稳定性，而且直接影响主机或其他设备的安全稳定运行，有时候不能及时处理会造成严重的设备损害事故。总结这些年某煤化工企业换热器故障可以得出，换热器泄露是换热器故障的最为主要的原因之一。如何从根本上找出换热器泄漏的原因，采取相应的措施，延缓和减少换热器的各种不利因素，在保证换热器正常运行的条件下，加强换热器的换热效果意义重大。

二、换热器泄漏的原因

列管式换热器泄漏的表现形式主要分为两类，一类是在换热器管体发生泄漏，另一类在管子端口与管板连接处发生泄漏。

1.管体泄漏

1.1 介质冲刷

当管子外面介质流动速度过大，管子外壁受汽、水两相流冲刷变薄，发生穿孔或受给水压力而鼓破。另一种原因是受到蒸汽或疏水的直接冲击。

1.2应力腐蚀

应力腐蚀破裂是指拉应力和特定腐蚀介质的共同作用而引起的金属或合金的破裂。其特征是，大部分表面上并未遭破坏，只有一部分细裂纹穿透金属或合金内部。应力腐蚀破裂能在常用的设计应力范围之内产生。引起应力腐蚀破裂的重要因素有温度、溶液成分、金属或合金的成分、应力和金属结构。

1.3 管子周期性振动

当系统超负荷运行时，通过换热器管子间介质发生周期性变化时，具有一定弹性的管束在介质周期性压力变化下产生振动，当激振力的频率与管束自然振动频率或其倍数相吻合时，将引起管束共振，使振幅大大的增加，导致管子与管板的连接处受到反复作用力造成管束损坏。

1.4 结垢或介质腐蚀

由于管道中蒸汽或其他介质含带的杂志以及其他污染物夹杂管道腐蚀后的物质，当温度高于一定值时在管道壁上就会形成积垢。当管道中介质的温度越高管道内壁结垢的趋势就越严重。长期结垢导致管道流量减小及管道堵通截面积变小，不仅造成管道两端介质压力损失增大，而且水的流速减小会加剧管道结垢的趋势。管道结垢不仅造成换热效果的降低，而且还会诱发管道局部腐蚀导致管壁穿孔形成换热器的泄漏。另一方面通过某化工企业氨吸收制冷工艺过程中氨水对换热器造成的腐蚀来看，介质的直接腐蚀，造成管壁变薄，形成爆管和严重泄漏的可能性会大大增加。

1.5管道材质不良

当换热器选择的材质不良时，受到介质高温高压下的冲击，材料形成裂变或局部应变力交替下形成开裂，另外还存在钢管存在砂眼或表面不平形成气蚀冲击很容易造成管道涂层损坏、脱落，形成管道腐蚀穿孔；当管壁厚薄不均，组装前管子有缺陷，胀口处过胀，管子外侧有拉损伤痕等，在换热器遇到异常工况时，也会造成换热器管道损坏、开裂、泄漏。

2.管子端口泄漏

2.1 温差过大

列管式换热器在运行过程中，换热介质由于温度不同，导致换热器两端温度有明显差异。当换热器运行过程中介质工况发生变化，温度超过涉及范围时，由于换热器壳体和管子的热膨胀系数不同，会在热应力作用下使得换热器管子扭曲变弯，迫使管子与管板产生斜纹，继而在管子端口形成泄漏点。另外在开车或停车过程中换热器温升、降温速度超过规定范围，导致管子和管板之间形成较大的应力，在这种应力作用下管子和管板的连接受到破坏，导致换热器端口发生泄漏，如果应力过大甚至可以导致换热器严重损坏或报废。

2.2 堵管操作或工艺不当

当部分管道发生泄漏时，必须进行堵管，堵管的方法有锥形塞堵管、胀管堵管、爆炸堵管等通常堵管用锥形塞焊接堵管。在这一过程中，必须注意给要堵的管道打入锥形塞时力道要适中；如果打入锥形塞力量太大，则会导致列管管孔变形，对相邻管子和管板的连接造成损伤，从而出现新的泄漏点，如果用力太小，则锥形塞不能完全对管道进行堵塞，漏点处理不完全。另外针对不同的泄漏采取的堵塞方法也不同，如果堵塞方法不得当，则也会引起新的泄漏。

三、换热器泄漏的处理方法

1.泄漏发生以后的处理措施

1.1 切换或隔离

换热器泄漏后应及时对换热器进行切换隔离处理，如果系统条件不允许，则应该降低换热器负荷，对换热器泄漏情况进行严密监视，发现泄漏加重时应果断进行隔离停车，以此减少管子损坏的数量，减小管道损坏的程度。

1.2寻找管道泄漏部位

对换热器泄漏情况进行严密检查，打开换热器后检查泄漏的位置，并分析出产生泄漏的原因，制定相应的堵管方案。对于端口泄漏，应刮去原有焊缝金属再进行补焊，并进行适当的热处理，消除热应力：对于管子本身泄漏，应先查清管束泄漏的形式及位置，并选用合适的堵管工艺，堵塞管子的两个端口。

1.3采用合理的堵漏方法

无论采用何种堵管工艺，为保证堵管的质量，被堵管的端头部位一定要经过良好处理，使管板、管孔圆整、清洁，与堵头有良好的接触面。在管子与管板连接处有裂纹或冲蚀的情况下，一定要去除端部原管子材料及焊缝金属，使堵头与管板紧密接触。

2. 换热器泄漏预防措施

2.1 管板泄漏预防措施

首先在换热器安装过程中严格检查，确保管板的厚度，有良好的管孔加工、堆焊、管子胀接、焊接工艺等都必须良好，开车停车时要保证升温或降温的速率，运行过程中要严格按照工艺参数要求，换热器介质不能超过设备运行参数，尤其在压力温度等方面要严格控制范围。换热器水侧要有安全阀防止超压，检修上要有正确的堵管工艺。

2.2 管体泄漏预防措施

2.2.1预防管子振动

必须限制壳侧蒸汽或疏水的流速；确保管子间有足够大的间隙，并限制管束自由端的长度。确保工艺参数稳定，防止工艺参数周期性变化导致管子发生振动互相摩擦而导致管壁变薄。

2.2.2防止管子给水入口端的侵蚀

对于含有泥沙等较易沉积颗粒的流体介质，如果流速过低可能导致管路赌塞，堵塞的管道可能增加垢下腐蚀；但流速过高又会使压力损失增加。因此，选择合适的换热器，确保工艺参数与换热器相匹配也很重要。

2.2.3结垢腐蚀及介质腐蚀

通常状况下换热器管内结垢或者介质腐蚀是很难避免的，一方面结垢后管道会发生一系列电化学腐蚀，形成管道的泄漏；另一方面介质未经过处理与管道直接作用可形成严重的腐蚀，某化工企业氨吸收制冷换热器由于氨水中预处理不到位，造成氨水与循环水、氨水与蒸汽换热器经常发生泄漏，因此必须在循环水中适当添加阻垢缓蚀剂，合理的控制工艺参数，防止结垢腐蚀或介质的直接腐蚀。

2.2.4 预防性堵管

进行预防性堵管。建议在堵一部分管的同时在管板上开一定大小的旁路孔，以降低给水流速，减轻腐蚀，此方法在国内外多家电厂采用过，证明可以适当延长换热器寿命，减少泄漏次数。

四、小结

要解决换热器堵管或腐蚀，首先要从换热器的选型及换热器材质选配上把好关，另外要调整好工艺参数，确保温度压力等在换热器设备要求范围内，加强介质腐蚀控制，并做好定期检修工作。

作者简介：车慧敏 1984年2月 山西太谷人，助理工程师，目前从事设备检修工作。