列管式换热器的泄漏原因及防漏措施研究

2022-09-11

由于我国工业现代化的不断深入, 提高了用于工业生产相关设备的要求, 各种新型的设备也不断的投入到工业生产中来, 列管式换热器就这其中一项非常重要的技术。在日常的工业生产中, 通过对相关冷、热量的传递及结合, 可以实现多种生产目的。通过流体间的热量转移, 使得所需流体的温度达到生产工艺得以顺利进行的所需温度, 通过列管式换热器的使用, 就可以很好的实现上述目的。在列管式换热器的实际应用过程当中, 由于各种因素的影响, 使得列管式换热器较易出现泄漏及破损的问题, 从而导致设备失效, 无法进行正常的工业生产。因此要对列管式换热器进行定期的、及时的检查及更换, 并迅速排除发现的问题, 从而提高列管式换热器的使用效率。

1. 列管式换热器出现泄漏的原因分析

1.1 换热管与管板连接接头泄漏原因分析

1.1.1 设计制造缺陷引起泄漏

列管式换热器在设计初期就没有选择较为合适设计制造方案, 对于原材料的选择及相关的加工工艺可能存在问题, 而在生产制造时, 又是严格按照设计方案进行生产和加工, 从而导致列管式换热器在实际的使用过程中出现泄漏问题。此外, 在列管式换热器的加工过程当中, 由于焊接质量达不到要求的质量, 使得换热管及管板处的焊接出现问题, 造成了残余应力过多、残余变形等现象, 从而导致列管式换热器与管板接近头处出现泄漏。同时由于在制造中某些管件的热处理工艺质量不达标, 使其产生延迟裂纹, 当有应力腐蚀时, 管板便出现开裂现象, 而导致泄漏。

1.1.2 管束振动引起的泄漏

由于设计方案中出现管壳程走物料不当或支撑跨距过大等问题时, 就会使管束发生振动。当列管式换热器进行正常工作状态后, 如壳程为相变物料, 而管程却为无相变物流时, 就会造成紊流抖动、形成气泡并破裂等问题, 造成换热管的振动, 使得换热管与管板连接部位发生裂纹, 并由于气孔等其它因素的影响, 就会扩大裂纹, 最终导致开裂及泄漏等。

1.1.3 由于使用操作不当造成泄漏

列管式换热器在正常的使用过程中, 由于操作人员的技术水平不高, 以及违章操作等现象的存在, 使得换热品会受到热应力的冲击, 当材料出现延性降低等问题时, 就会发生脆断。此外, 当使用的介质腐蚀性超过换热器的设计标准时, 就会造成连接处的冲刷腐蚀, 最终导致泄漏等。

1.1.4 列管式换热器换热管与管板的连接形式主要有胀接和焊接两种, 其中胀接又分为机械胀接和液压胀接。

这三种连接形式的换热器在生产中均发生过泄漏失效。焊接时, 由于高温产生热影响区的附近组织出现塑性变形, 加上焊接时未完全按工艺要求施焊, 易形成较大的残余应力和应力集中, 这是产生腐蚀的主要原因。当介质中"4%、5%含量较高时, 也会引起应力腐蚀开裂。

1.2 隔板与列管接触处列管泄漏

对于列管式换热器, 为使管束安装方便, 隔板上的孔内径比管外径大, 这就不可避免地产生管与隔板孔边缘反复碰撞的现象。通常, 管的材料为铜、低碳钢或不锈钢等, 隔板的材料一般为碳钢或不锈钢。当管材硬度低于隔板材料硬度时, 碰撞结果会使管被切割。当切割量大到一定程度时, 管壁厚不足以承受介质的压力, 就会产生泄漏现象。

2. 列管式换热器的防漏措施探究

2.1 换热管与管板连接接头泄漏防漏措施

2.1.1 在设计过程中的防泄漏措施

在进行列管式换热器结构设计时, 首先就要进行所需生产原料的选择, 在选取的过程当中, 除了要考虑其具体的使用要求外, 还要针对温差较大的场使, 选择相对膨胀系数小的材料, 同时, 如果其使用环境存在较强的腐蚀性, 还要着重考虑所选材料的耐腐蚀性能是否达标等等。在结构设计方面, 当列管式换热器的使用环境温差较大时, 固定管板式结构已经不再适用, 要选择约束较少的U型管式等类似结构。当使用工况存在应力腐蚀时, 为了降低腐蚀对缝隙连接处的影响, 尽量不要应用胀接或胀焊等连接形式, 宜使用焊接结构以减轻残余应力对结构件的影响。此外, 当列管式换热器在使用中相对较易疲劳时, 应最大限度的降低结构开状异常变化的出现, 衔接部位的管端就进行圆滑过度, 以减少局部应力对列管式换热器的影响。

在列管式换热器的使用过程当中, 受到管内流体的横流流速的影响会使管件发生严重的振动现象, 想要解决这一问题, 就要在设计方案中减小折流板间距, 换热器在满足实现需求的基础上, 选择直径较大的换热管, 并将单弓形折流板用双弓形折流板来代替等, 通过在设计中这些事项的更改, 可以有效的降低相应的管速振动。此外, 在列管式换热器的设计过程中, 还要遵照一定的行业标准及国家标准进行具体设计和制造, 对管束级别、焊接形势及要求等进行详细的设定。并明确的标出无需热处理的设备, 最终保证列管式换热器的设计达到正常的使用要求, 并降低发生泄漏的机率。

2.1.2 在制造过程中应采取的防泄漏措施

在进行实际的生产制造工作之前, 要对相关的生产用原材料进行合性性检验, 特别要指出的是要对换热管进行水压试漏试验。在焊接过程中, 要严格遵照设计技术要求进行焊接, 并制定科学的焊接工艺流程及焊接原料的使用制度等, 对焊接过程中所使用的焊条及焊接位置等加以重视, 从而保证无焊接缺陷, 提高焊接质量。在管板与管的连接处应采用液压胀接的方法, 使得管件的受力更为均匀等。在完成了相关的生产加工工艺后, 不要对制成的列管式换热器进行水压试验以及气密性试验, 可起到消除部分应力, 保证列管式换热器产品质量达标。

2.1.3 使用操作过程中的防泄漏措施

在列管式换热器进行安装时, 要预先在两端管板处进行防府处理, 降低因腐蚀而导致泄漏发生的机率。同时在设备运行过程当中, 应加强相关的设备管理工作, 提高操作工作人员的操作技能水平及对相关操作规范的认知程度, 杜绝超负荷运转, 尤其是存在腐蚀介质时, 要对列管式换热器进行及时的检查及数据结果记录, 并对整个操作过程进行监督, 一旦出现问题及时采取措施, 最大限度的降低泄漏故障的发生。

2.2 针对隔板与列管接触处列管泄漏的防漏措施

在列管式换热器的设计及生产制造过程中, 在满足相关使用要求及过多增加成本的情况下, 应选择硬度相对较高的列管材料。采用隔板移位法延长换热器列管使用寿命, 即在管壁磨损到最小壁厚前, 将隔板平移一位置, 一般为20毫米到30毫米, 使磨损在新的位置上重新开始。通常, 对于换热器的隔板, 如条件允许可移位3到4次, 相应管的密封性就提高了3到4倍, 泄漏发生的时间也延长了3到4倍, 从而延长了列管的使用寿命。

3. 结语

综上所述, 本文对列管式换热器在使用过程中易出现泄漏的原因进行了详细的分析和探讨, 并针对这些问题进行了详细的预防措施介绍, 从中可以看出, 基于列管式换热器在工业生产中的重要性, 要着重提高列管式换热器的质量及使用效率。故在列管式换热器的设计初期就要严把质量关, 选择质量较为合理的结构形式, 同时在生产及制造过程当中也要控制好相关的生产工艺及产品质量, 并做好合格性检查。在换热器投入使用后, 相关的设备操作人员要遵守操作规程要求, 不违规操作。此外, 还要对列管式换热器进行定期的检查和维护, 按阶段进行清洗工作, 及时排除设备故障, 从而提高换热器的工作效率, 为工业生产以及人们日常生活提供更加高质量的设备保障。

摘要：换热器的使用可以有效地完成不同温度物料间的热量交换, 该设备在我国的工业生产及人们的日常生活中使用十分广泛, 但是在具体的使用过程当中, 由于所用设备的结构影响, 以及各种操作工艺之间的差别等, 使得很多换热器在成年累月的使用中出现了泄漏的现象, 严重的影响了设备的正常工作, 同时泄漏的物质还会造成一定的环境污染, 如果泄漏现象没有被及时发现, 还会造成操作故障的发生, 埋下了安全隐患等, 直接的影响了经济效益。因此要对换热器的泄漏原因进行彻底的分析, 并针对泄漏影响因素采取有效的防漏措施, 从而有效的保证换热器的正常工作。本文以列管式换热器为例, 对换热器的泄漏原因及防漏措施进行了深入的研究。

关键词：列管式换热器,泄漏原因,防漏措施