换热器的安全注意事项、常见故障分析及处理

本网编辑 2022-04-29

换热器在化工、石油、治金等领域中应用十分广泛，据统计，换热器的损坏率在所有化工设备损坏的比例中所占的比重最大，而且其损坏容易引起泄露爆炸等事故，所以一定要知道换热器存在哪些安全隐患，及时采取措施才能防止悲剧的发生。

换热器安全隐患

换热器的事故类型主要有燃烧爆炸、严重泄漏和管束失效三种。

一、燃烧爆炸

（1）具体原因

1、自制换热器，盲目将设备结构和材质做较大改动，制造质量差，不符合压力容器规范，设备强度大大降低。

2、焊接质量差，特别是焊接接头处未焊透，又未进行焊缝探伤检查、爆破试验，导致焊接接头泄漏或产生疲劳断裂，进而大量易燃易爆流体溢出，发生爆炸。

3、由于腐蚀（包括应力腐蚀、晶间腐蚀），耐压强度下降，使管束失效或产生严重泄漏，遇明火发生爆炸。

4、换热器做气密性试验时，采用氧气补压或用可燃性精炼气体试漏，引起物理与化学爆炸。

5、操作违章、操作失误，阀门关闭，引起超压爆炸。

6、长期不进行排污，易燃易爆物质（如三氯化氮）积聚过多，加之操作温度过高导致换热器（如液氯换热器）发生猛烈爆炸。

7、过氧爆炸。

（2）预防措施

1、换热器设计、制造应符合国家压力容器的规范要求，图纸修改与变动必须经主管部门同意，经验收质量合格。

2、制造换热器时，要保证焊接质量，并对焊缝进行严格检查。

3、流体为腐蚀介质时，提高管材质量和焊接质量，增加管壁厚度或在流体中加入腐蚀抑制剂。

4、定期检查管子表面腐蚀情况和对易腐蚀损坏的设备进行检测，采取有效措施。

5、换热器做气密性试验时，必须采用干燥的空气、氮气和其他惰性气体，严禁使用氧气和可燃性气体试漏或补压。

6、严禁违章操作，严格执行操作规程。

7、对于易结垢的流体可定期进行清洗，将结垢清洗掉。

8、严格控制氧的含量。

二、严重泄露

（1）具体原因

1、因腐蚀（如蒸汽雾滴、硫化氢、二氧化碳）严重，引起列管泄漏。

2、由于开停车频繁，温度变化过大，设备急剧膨胀或收缩，使花板胀管泄漏。

3、换热器本身制造缺陷，焊接接头泄漏。

4、因操作温度升高，螺栓伸长，紧固部位松动，引起法兰泄漏。

5、因管束组装部位松动、管子振动、开停车和紧急停车造成的热冲击，以及定期检修时操作不当产生的机械冲击而引起泄漏。

（2）预防措施

1、定期进行清洗；选择耐蚀管材；流体中加入腐蚀抑制剂；控制管内流速；视泄漏情况决定停车更换或采取堵漏措施。

2、精心操作，控制系统温度不要发生较大的波动。

3、保证焊接质量，对焊缝进行认真检查。

4、尽量减少法兰连接，升温后及时重新紧固螺栓，紧固作业要力求方便。

5、对胀管部位不允许有泄漏的换热器宜采取焊接装配。

三、管束失效

（1）具体原因

【腐蚀】

1、换热器多用碳钢制造，冷却水中溶解的氧所致的氧极化腐蚀极为严重，管束寿命往往只有几个月或一二年。

2、管子与管板的接头是管束上的易损区，许多管束的失效都是由于接头处的局部腐蚀所致。

【结垢】

在换热器操作中，管束内外壁都可能会结垢，而污垢层的热阻要比金属管材大得多，从而导致换热能力迅速下降，严重时将会使换热介质的流道阻塞。

【流体诱导振动】

为强化传热和减少污垢层，通常采用增大壳程流体流速的方法。而壳程流体流速增加，产生诱导振动的可能性也将大大增加，从而导致管束中管子的振动，最终致使管束破坏。

（2）预防措施

【预防腐蚀和结垢】

1、定期清洗管束；

2、合理选材；

3、在流体中加入缓蚀剂；

4、选择适当流速；

5、在流体入口设置过滤装置和缓冲结构等。

【防止管束振动失效的方法】

1、制定合理的开停工程序，加强在线监测，严格控制运行条件，在流体入口前设置缓冲板，减少脉冲；

2、优化结构设计，适当减小折流板间距，增大管壁厚度和折流板厚度；

3、折流板上的管孔与管子采用紧密配合，间隙不要过大；

4、改变支撑物形式，如折流板改为折流杆式，可有效消除流体诱导振动。

另外，降低壳程流体流速是防止管束振动最直接的方法，但同时传热效率也会随之降低。

换热器安全检查

运行检查

对运行中的换热器进行检查，包括工艺条件、设备状况以及安全装置等。

1.工艺条件方面，主要检查操作条件，检查操作压力、温度、液位是否在操作规程规定的范围内。检查工作介质的化学成分，特别是那些影响换热器安全（如产生腐蚀，使压力、温度升高等）的成分是否符合要求。

2.设备状况方面，主要检查换热器各连接部位有无泄漏现象；换热器有无明显变形；基础和支座是否松动和磨损；换热器的表面腐蚀以及其他缺陷或可疑现象。

3.安全装置方面，主要检查换热器的安全泄压装置以及与安全有关的计量器具（如温度计、压力表、计量用的衡器及流量计）是否保持完好状态。

安全装置检查

主要检查内容有：压力表的取压管有无泄漏和堵塞现象，旋塞手柄是否处在全开位置，弹簧式安全阀的弹簧是否有锈蚀，安全装置和计量器具是否在规定的使用期限内，其精度是否符合要求。如安全阀的定期校验每年至少一次；爆破片应定期更换，一般爆破片应在2～3年更换一次，在苛刻条件下使用的爆破片应每年更换一次，对于超压未破的爆破片应立即更换；压力表的校验和维护应符合国家计量部门的规定。压力表的精度对低压换热器应不低于2.5级，对中压以上的换热器应不低于1.5级。

常见故障原因分析及处理方法

管式换热器

一、两种介质互串（内漏）

1 产生原因
①换热管腐蚀穿孔、开裂。
②换热管与管板胀口（焊口）裂开。
③浮头式换热器浮头法兰密封漏。

2 处理方法
①更换或堵死漏的换热管。
②换热管与管板重胀（补焊）或堵死。
③紧固螺栓或更换密封垫片。

二、法兰处密封泄漏

1 产生原因

①垫圈承压不足、腐蚀、变质。
②螺栓强度不足，松动或腐蚀。
③法兰刚性不足与密封面缺陷。
④法兰不平或错位，垫片质量不好。

2 处理方法
①紧固螺栓，更换垫片。
②螺栓材质升级、紧固螺栓或更换螺栓。
③更换法兰或处理缺陷。
④重新组对或更换法兰，更换垫片。

三、传热效果差

1 产生原因

①换热管结垢。
②水质不好、油污与微生物多。
③隔板短路

2 处理方法
①化学清洗或射流清洗垢污。
②加强过滤、净化介质，加强水质管理。
③更换管箱垫片或更换隔板。

四、阻力降超过允许值

1 产生原因

壳内、管内外结垢

2 处理方法

用射流或化学清洗垢物

五、振动严重

1 产生原因
①因介质频率引起的共振。
②外部管道振动引起的共振。

2 处理方法

①改变流速或改变管束固有频率。
②加固管道，减小振动。

板式换热器

板式换热器常见故障有串液、外漏、压降过大、供热温度不能满足要求四个方面。

一、串液

1 产生原因
①由于板材选择不当导致板片腐蚀产生裂纹或穿孔。
②操作条件不符合设计要求。
③板片冷冲压成型后的残余应力和装配中夹紧尺寸过小造成应力腐蚀。
④板片泄漏槽处有轻微渗漏，造成介质中有害物质浓缩腐蚀板片，形成串液。

2 处理方法

①更换有裂纹或穿孔板片，在现场用透光法查找板片裂纹。
②调整运行参数，使其达到设计条件。
③换热器维修组装时夹紧尺寸应符合要求，并不是越小越好。
④板片材料合理匹配。

二、外漏

1 产生原因
①夹紧尺寸不到位、各处尺寸不均匀(各处尺寸偏差不应大于3 mm)或夹紧螺栓松动。
② 部分密封垫脱离密封槽，密封垫主密封面有脏物，密封垫损坏或垫片老化。
③ 板片发生变形，组装错位引起跑垫。
④在板片密封槽部位或二道密封区域有裂纹。

2 处理方法
① 在无压状态，按制造厂提供的夹紧尺寸重新夹紧设备，尺寸应均匀一致，压紧尺寸的偏差应不大于±0．2N (mm)(N 为板片总数)，两压紧板间的平行度应保持在2 mm 以内。
② 在外漏部位上做好标记，然后换热器解体逐一排查解决，重新装配或更换垫片和板片。
③ 将开换热器解体，对板片变形部位进行修理或者更换板片。在没有板片备件时可将变形部位板片暂时拆除后重新组装使用。
④ 重新组装拆开的板片时，应清洁板面，防止污物粘附着于垫片密封面。三、压降过大

1 产生原因
①运行系统管路未进行正常吹洗，特别是新安装系统管路中许多脏物(如焊渣等)进入板式换热器的内部，由于板式换热器流道截面积较窄，换热器内的沉淀物和悬浮物聚集在角孔处和导流区内，导致该处的流道面积大为减小，造成压力主要损失在此部位。
② 板式换热器首次选型时面积偏小，造成板间流速过高而压降偏大。
③ 板式换热器运行一段时间后，因板片表面结垢引起压降过大。

2 处理方法
①清除换热器流道中的脏物或板片结垢，对于新运行的系统，根据实际情况每周清洗一次。
②二次循环水最好采用经过软化处理后的软水，一般要求水中悬浮物质量浓度不大于5 mg／L、杂质直径不大于3 mm、pH≥ 7。
当水温不大于95℃时，Ca 、Mg 浓度应不大于2 mmol／L；
当水温大于95℃ 时，Ca 、Mg 浓度应不大于0．3 mmol／L、溶解氧质量浓度应不大于0．1 mg／L。
③对于集中供热系统，可以采用一次向二次补水的方法。

四、供热温度不能满足要求

1 产生原因
①一次侧介质流量不足，导致热侧温差大，压降小。
②冷侧温度低，并且冷、热末端温度低。
③并联运行的多台板式换热器流量分配不均。
④换热器内部结垢严重。
2 处理方法
① 增加热源的流量或加大热源介质管路直径。
② 平衡并联运行的多台板式换热器的流量。
③拆开板式换热器清洗板片表面结垢。

列管式换热器管束故障及法兰盘泄露

一、管束故障

1 、管束的腐蚀、磨损造成管束泄露或者管束内结垢造成堵塞引起故障

冷却水中含有铁、钙、镁等金属离子及阴离子和有机物，活性离子会使冷却水的腐蚀性增强，其中金属离子的存在引起氢或氧的去极化反应从而导致管束腐蚀。同时，由于冷却水中含有Ca2+、Mg2+离子，长时间在高温下易结垢而堵塞管束。
为了提高传热效果，防止管束腐蚀或堵塞，采取了以下几种方法：

（1）对冷却水进行添加阻垢剂并定期清洗。
例如对煤气冷却器的冷却水采用离子静电处理器或投加阻垢缓蚀剂和杀菌灭藻剂，去除污垢，降低冷却水的硬度，从而减小管束结垢程度。
（2）保持管内流体流速稳定。
如果流速增大，则导热系数变大，但磨损也会相应增大。民生煤化对地下水泵进行了变频改造，使地下水管网压力比较稳定，提高了热交换器换热效果和降低了管束腐蚀。
（3）选用耐腐蚀性材料(不锈钢、铜)或增加管束壁厚的方式。
（4）当管的端部磨损时，可在入口200mm长度内接入合成树脂等保护管束。

2、振动造成的故障

造成振动的原因包括：
由泵、压缩机的振动引起管束的振动；由旋转机械产生的脉动；
流入管束的高速流体（高压水、蒸汽等）对管束的冲击。
降低管束的振动常采用以下方法：
（1）尽量减少开停车次数。
（2）在流体的入口处，安装调整槽，减小管束的振动。
（3）减小挡板间距，使管束的振幅减小。
（4）尽量减小管束通过挡板的孔径。

二、法兰盘泄漏入