浮头式换热器泄漏原因及解决方法分析

浮头式换热器由于浮头端管板不与外壳固定连接, 当管子受热或受冷时管束连同浮头可以自由伸缩, 不但可以补偿热膨胀, 而且管束可以从壳体中抽出, 便于清洗和检修, 所以浮头式换热器在化工企业应用较为广泛。

浮头式换热器在运行过程中发生泄漏主要分为内漏、外漏两种情况, 下面根据换热器内漏、外漏两种情况分别对泄漏原因及解决方案进行分析。

一、浮头式换热器内漏

浮头式换热器内漏一般为换热管腐蚀穿孔、换热管与管板焊口有砂眼、小浮头法兰密封泄漏造成换热器内漏。

1. 介质腐蚀造成管束泄漏

介质腐蚀造成管束泄漏是由于进行换热的流体具有腐蚀性腐蚀换热器的芯子, 换热器长期运行后管束管壁变薄, 当流体压力或温度骤变时管束易穿孔导致内漏。

措施: (1) 合理选择介质流径。 (1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内; (2) 腐蚀性的流体宜走管内; (3) 压强高的流体宜走管内; (5) 有毒流体宜走管内; (6) 被冷却流体宜走管间; (7) 黏度大的流体或流量小的流体宜走管间; (8) 对流传热系数较大的流体宜走管间。在选择流体流径时, 上述各点不能同时兼顾时应视具体情况抓住主要矛盾【1】。

(2) 换热器上水打压试漏, 查找出泄漏管束后, 使用同材质塞子进行胀堵, 如果胀堵管束比例较高, 可以更换换热器芯子, 不锈钢材质耐腐蚀, 可有效延长换热器使用年限。

(3) 每年装置检修期间, 对换热器管束厚度进行监测, 提前做好腐蚀穿孔造成内漏的防范工作。

(4) 抽出芯子高压清洗, 可以减缓管束腐蚀, 延长设备使用寿命。

2. 小浮头法兰密封泄漏

换热器小浮头密封泄漏主要有以下几个原因造成: (1) 换热器在投用或使用过程中由于高温使小浮头钩圈、螺栓、垫片等材料机械性能降低, 发生蠕变和应力松弛现象, 使密封比下降; (2) 小浮头垫片密封面狭窄; (3) 由于换热器管、壳程介质温度不一样, 卡钩法兰、螺栓热胀冷缩速度不一样, 垫片预紧力不均匀地变化, 使螺栓的拉紧力减小, 导致卡钩法兰对垫子的压紧力不均, 造成小浮头垫子泄漏; (4) 小浮头安装时由于操作不当造成螺栓螺纹损坏、密封面及垫片破损、压偏、受力不均等问题导致内漏。

措施: (1) 安装小浮头垫片时严把质量关, 避免由于人员操作不当造成的小浮头密封面受损, 另外在安装小浮头时同时在管程上水打压检查小浮头密封情况, 避免投运后发生渗漏;

(2) 将小浮头盖与浮头管板的密封面加宽;

(3) 应用高温碟簧技术。高温碟簧具有超强补偿能力, 可以有效预防因热胀冷缩而造成的预紧力的改变, 防止螺栓疲劳和垫片失效。

3. 换热管与管板焊口有砂眼

浮头式换热器管子受热 (或受冷) 时管束连同浮头可以自由伸缩以补偿热膨胀, 因此较少出现换热管与管板焊口有砂眼现象, 但在换热器检维护过程中要选择合适的焊接方式及进行焊后热处理来保证焊接质量, 以确保换热器长期使用过程中不发生焊口砂眼导致泄漏。

二、浮头式换热器外漏

浮头式换热器外漏一般为外部法兰密封泄漏, 分为设备本体问题和人员操作问题两方面原因。

1. 设备本体问题

设备本体问题包括密封垫压偏、损坏或垫片质量不合格、螺栓松紧度不够、设备本体法兰与连接管线法兰端面发生腐蚀或损坏等造成的换热器外部法兰密封泄漏。

措施: (1) 安装管箱封头时严把质量关, 避免由于人员操作不当造成的密封面受损;

(2) 按照炼化板块要求直径>800mm以上使用波尺垫片;

(3) 管箱螺栓可以安装碟簧, 以降低由于设备管件膨胀系数不同引发的泄漏。

(4) 增加流体在换热器中的流速可以增大对流传热系数, 降低污垢热阻, 使总传热系数增大, 但是流速增加时流动阻力增大, 动力消耗就增多, 对换热器的冲击较大, 因此选择合适的流速可降低对换热器的危害, 避免换热器泄露。

2. 人员操作问题

人员操作问题一般为人为将调节阀开度过大、过快导致管程或壳程内流体压力、流量骤增造成管箱封头渗漏。

以轻烃分馏装置E-200换热器为例, E-200为轻烃分馏装置原料换热系统原料轻烃与工业混合烷进行换热, 自2011年至今共发生9起换热器渗漏事件, 具体数据见下表。

对以上9起渗漏事件进行分析, 以上9起渗漏事件甩塔调节阀开度都很大, 除了4和9, 调节阀开度均大于65%, 而4、9及其他7起事故甩塔调节阀打开速率过快, 使管程轻烃压力增大造成管箱封头渗漏。

措施:控制调节阀开度, 根据换热器运行实际情况制定合理的调节阀开度上限及调节速率。

结论

以上浮头式换热器泄露解决方法自2013年11月在轻烃分馏分公司轻烃分馏车间应用后效果较好, 自2013年11月10日至今未发生浮头式换热器泄漏事故, 有效避免了换热器内漏、外漏带来的危害。

摘要：浮头式换热器由于具有管束可抽出、易清洗、可以补偿热膨胀、可应用于高温高压条件下等优点而广泛应用于化工企业。但在使用过程中由于浮头式换热器结构复杂、内部流体一般具有腐蚀性、工作在高温高压条件下等原因易发生泄漏。本文针对浮头式换热器内漏、外漏两种情况对泄漏原因及解决方法进行分析。

关键词：浮头式换热器,泄漏原因,解决方法

参考文献

[1] 姚玉英, 夏清, 陈常贵.化工原理 (上册) .天津:天津大学出版社, 1999.