換熱器/冷凝器泄漏、結垢的分析及解決

摘要：淄博索雷工業以高分子聚合物對列管式冷凝器管板腐蝕及滲漏問題進行現場治理，解決了管板和管列管因焊接、脹接及介質腐蝕所導致的滲漏腐蝕問題。設備修復和保護后的正常運行，驗證出高分子聚合物修復和保護材料的應用性及索雷工業技術的實效性。

關鍵詞:冷凝器、換熱器、滲漏、腐蝕、結垢清洗、列管式、現場修復

冷凝器、換熱器滲漏

1. 前言

工業生產中列管式換熱器是目前應用最廣泛的一種換熱設備。與其它幾種間壁換熱器相比，單位體積設備所能提供的傳熱面積要大得多，傳熱效果也較好。由于設備結構緊湊、堅固，且能選用多種材料來制造，故適應性較強，尤其在大型裝置和高溫、高壓中得到廣泛應用。

列管換熱器主要有殼體、管束、關板（又稱花板）和頂蓋（又稱封頭）等部件組成。換熱器泄漏是最出現頻繁的問題之一，經常導致整套裝置停車，換熱器一旦發生故障，不僅影響生產的經濟性，還常常直接威脅主機或其他設備的安全運行，甚至引起嚴重的設備損害事故。

換熱器/冷凝器的材質一般以碳鋼、不銹鋼和銅為主，在制造中管板和列管一般采用焊接和脹接工藝。焊接工藝一般采用手工電弧焊，焊縫形狀存在不同程度的缺陷，如凹陷、氣孔、夾渣等，焊縫應力的分布也不均勻；脹接工藝有存在不同金屬的“雙金屬”腐蝕現象。管板部分一般與工業冷卻水接觸，而工業冷卻水中的雜質、鹽類、氣體、微生物都會構成對管板和焊縫的腐蝕。特別是水中含有的氯離子和氧的濃度變化，對金屬的腐蝕形狀起重要作用。

2.   泄漏原因分析

列管換熱器內部管系泄漏主要分為管子本身泄漏和端口泄漏。

2.1 管子端口泄漏原因

2.1.1 熱應力過大

 列管式換熱器在操作時，由于冷、熱流體溫度不同，使殼體和管壁的溫度互有差異。這種差異使殼體和管子的熱膨脹不同，當兩者溫差較大時可能將管子扭彎，或使管子從花板上拉松，甚至毀壞整個換熱器。對此，就必須結構上考慮熱膨脹的影響，采用各種補償的方法。換熱器在啟停過程中溫升率、溫降率超過規定，使高加的管子和管板受到較大的熱應力，使管子和管板相聯接的焊縫或脹接處發生損壞，引起端口泄漏。因管子管壁薄，收縮快，管板厚，收縮慢，常導致管子與管板的焊縫或脹接處損壞。這就是規定的溫降率允許值只1.7℃／min- 2.0℃／min，比溫升率允許值2℃／min- 5℃／min 要嚴格的原因。

2.1.2 管板變形

 主要是管板的加工變形及加工時產生的變形，管子與管板相連，管板變形會使管子的端口發生泄漏。高加管板水側壓力高、溫度低，汽側則壓力低、溫度高，尤其有內置式疏水冷卻段者，溫差更大。如果管板的厚度不夠，則管板會有一定的變形。管板中心會向壓力低、溫度高的汽側鼓凸。在水側，管板發生中心凹陷。在主機負荷變化時，加汽側壓力和溫度相應變化。尤其在調峰幅度大，調峰速度過快或負荷突變時，在使用定速給水泵的條件下，水側壓力也會發生較大的變化，甚至可能超過高加給水的額定壓力：這些變化會使管板發生變形導致管子端口泄漏或管板發生永久變形。如果高加的進汽門內漏，則在主機運行中停運高加后，會使高加水側被加熱而定容升壓，如水側無安全閥或安全閥失靈，壓力可能升得很高，也會使管板變形。

2.1.3 堵管工藝不當

一般常用錐形塞焊接堵管。打入錐形塞時用力要適度；捶擊力量太大，引起管孔變形，影響鄰近管子與管板連處，會造成損壞而使之出現新的泄漏。焊接過程中，如預熱、焊縫位置及尺寸不合適，會造成鄰近管子與管板連接處的損壞。采用其他堵管方法，如脹管堵管、爆炸堵管等，如工藝不當，也會引起鄰近管口的泄漏。因此應遵循嚴格的堵管工藝。

2.2 管子本身泄漏原因

2.2.1 應力腐蝕  

 應力腐蝕破裂是指拉應力和特定腐蝕介質的共同作用而引起的金屬或合金的破裂。其特征是，大部分表面上并未遭破壞，只有一部分細裂紋穿透金屬或合金內部。應力腐蝕破裂能在常用的設計應力范圍之內產生，因此后果嚴重。引起應力腐蝕破裂的重要因素有溫度、溶液成分、金屬或合金的成分、應力和金屬結構。

2.2.2 管子振動

 給水溫度過低或機組超負荷等情況下，通過換熱器管子間蒸汽流量和流速超過設計值較多時，具有一定彈性的管束在殼側流體擾動力的作用下會產生振動，當激振力的頻率與管束自然振動頻率或其倍數相吻合時，將引起管束共振，使振幅大大的增加，導致管子與管板的連接處受到反復作用力造成管束損壞，管束振動損壞的機理一般有：①由于振動而使管子或管子與管板連接處的應力超過材料的疲勞持久極限，使管子疲勞斷裂；②振動的管子在支撐隔板的管孔中與隔板金屬發生摩擦，使管壁變薄，最后導致破裂；③當振動幅度較大時，在跨度的中間位置相鄰的管子會相互摩擦，使管子磨損或疲勞斷裂。

2.2.3 管子給水入口端的侵蝕

 入口管端的侵蝕損壞只發生在碳鋼換熱器中，是一種侵蝕和腐蝕共同作用的損壞過程：其機理是管壁金屬在表面形成的氧化膜被高紊流度的給水破壞并帶走，金屬材料不斷損失。最終導致管子的破損。有時損壞面可以擴大到管端焊縫甚至管板：給水pH 值低（小于9.6）、含氧量高（大于7μg／L）、溫度低（小于260℃）、紊流度大的情況下，容易發生侵蝕。

2.2.4 腐蝕

 當低壓換熱器的管材為銅，低壓銅管常因泄漏嚴重而被迫更換。pH 值8.5~8.8 時，銅的腐蝕率最低。而碳鋼要求pH 值不小于9.5。影響碳鋼管束腐蝕的主要因素有：含氧量和給水pH 值：當給水中的溶解氧過高或pH 值過低，會使高加管子的內壁受到腐蝕，故給水溶解氧的濃度不得超過7pg／L，pH 值維持在9.3~9.6 之間。如果殼側有氧氣存在，將會引起管束外壁的氧腐蝕。銅沉積：會引起點腐蝕，形成點蝕坑。溫度影響碳鋼表面Fe3O4氧化膜的形成：一般認為在260℃％以上時，Fe3O4氧化膜比較穩定． 低于這個溫度時，Fe3O4氧化膜的保護程度取決于給水的pH 值和其他環境因素。pH 值大于9.6 時，安全。

2.2.5 材質、工藝不良

 管子材質不良，管壁厚薄不均，組裝前管子有缺陷，脹口處過脹，管子外側有拉損傷痕等，在換熱器遇到異常工況時，會導致管子大量損壞。

3.  索雷工業

解決冷凝器管板腐蝕滲漏的方法

索雷高分子聚合物產品是以高分子聚合物、金屬或陶瓷超細粉末、纖維等為基料，在固化劑、固化促進劑的作用下復合而成的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使復合材料的綜合性能優于原組成材料。具備極強的粘接力、機械性能、和耐化學腐蝕等性能，因而廣泛應用于金屬設備的機械磨損、劃傷、凹坑、裂縫、滲漏、鑄造砂眼等的修復以及各種化學儲罐、反應罐、冷凝器、管道等設備的化學防腐保護及修復。

3.1  列管泄漏預防措施

對于管子本身泄漏，應先查清管束泄漏的形式及位置，并選用合適的堵管工藝，堵塞管子的兩個端口。無論采用何種堵管工藝，為保證堵管的質量，被堵管的端頭部位一定要經過良好處理，使管板、管孔圓整、清潔，與堵頭有良好的接觸面。在管子與管板連接處有裂紋或沖蝕的情況下，一定要去除端部原管子材料及焊縫金屬，使堵頭與管板緊密接觸。

3.2  管板腐蝕及焊接、脹接端口腐蝕滲漏保護

3.2.1  空心錐銷脹接修復

3.2.2  脹接端口和管板保護

  切除脹接端口多余部位（如圖）

3.2.3焊接端口和管板的保護

3.2.4 列管內壁保護層延伸10-20mm

4.  保護修復效果

4.1   測壓設備

 4.1.1  移動式活塞式空氣壓縮機

 4.1.2  循環水

4.2   設備數據

 電廠油冷器（如圖）

管板：800mm；

 管束：304不銹鋼；

 壓力：0.2MPa,

 管程介質：循環水；

 殼程：透平油

 設備問題:管板焊接端口滲漏

 部件制作周期：2個月

 現場修復：4小時

4.3   測壓結果

修復后測試壓力0.6MPa