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[原创] 换热器/冷凝器泄漏、结垢的分析及解决

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zbyuangfang
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[复制链接] 只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2014-07-11
换热器/冷凝器泄漏、结垢的分析及解决

摘要：淄博索雷工业以高分子聚合物对列管式冷凝器管板腐蚀及渗漏问题进行现场治 理，解决了管板和管列管因焊接、胀接及介质腐蚀所导致的渗漏腐蚀问题。设备修复和保护后的正常运行，验证出高分子聚合物修复和保护材料的应用性及索雷工业技术的实效性。

    关键词:冷凝器、换热器、渗漏、腐蚀、结垢清洗、列管式、现场修复


冷凝器、换热器渗漏
1. 前言

工业生产中列管式换热器是目前应用最广泛的一种换热设备。与其它几种间壁换热器相比，单位体积设备所能提供的传热面积要大得多，传热效果也较好。由于设备结构紧凑、坚固，且能选用多种材料来制造，故适应性较强，尤其在大型装置和高温、高压中得到广泛应用。
列管换热器主要有壳体、管束、关板（又称花板）和顶盖（又称封头）等部件组成。换热器泄漏是最出现频繁的问题之一，经常导致整套装置停车，换热器一旦发生故障，不仅影响生产的经济性，还常常直接威胁主机或其他设备的安全运行，甚至引起严重的设备损害事故。
换热器/冷凝器的材质一般以碳钢、不锈钢和铜为主，在制造中管板和列管一般采用焊接和胀接工艺。焊接工艺一般采用手工电弧焊，焊缝形状存在不同程度的缺陷，如凹陷、气孔、夹渣等，焊缝应力的分布也不均匀；胀接工艺有存在不同金属的“双金属”腐蚀现象。管板部分一般与工业冷却水接触，而工业冷却水中的杂质、盐类、气体、微生物都会构成对管板和焊缝的腐蚀。特别是水中含有的氯离子和氧的浓度变化，对金属的腐蚀形状起重要作用。
2.   泄漏原因分析

列管换热器内部管系泄漏主要分为管子本身泄漏和端口泄漏。
2.1 管子端口泄漏原因
2.1.1 热应力过大
  列管式换热器在操作时，由于冷、热流体温度不同，使壳体和管壁的温度互有差异。这种差异使壳体和管子的热膨胀不同，当两者温差较大时可能将管子扭弯，或使管子从花板上拉松，甚至毁坏整个换热器。对此，就必须结构上考虑热膨胀的影响，采用各种补偿的方法。换热器在启停过程中温升率、温降率超过规定，使高加的管子和管板受到较大的热应力，使管子和管板相联接的焊缝或胀接处发生损坏，引起端口泄漏。因管子管壁薄，收缩快，管板厚，收缩慢，常导致管子与管板的焊缝或胀接处损坏。这就是规定的温降率允许值只1.7℃／min- 2.0℃／min，比温升率允许值2℃／min- 5℃／min 要严格的原因。
2.1.2 管板变形
  主要是管板的加工变形及加工时产生的变形，管子与管板相连，管板变形会使管子的端口发生泄漏。高加管板水侧压力高、温度低，汽侧则压力低、温度高，尤其有内置式疏水冷却段者，温差更大。如果管板的厚度不够，则管板会有一定的变形。管板中心会向压力低、温度高的汽侧鼓凸。在水侧，管板发生中心凹陷。在主机负荷变化时，加汽侧压力和温度相应变化。尤其在调峰幅度大，调峰速度过快或负荷突变时，在使用定速给水泵的条件下，水侧压力也会发生较大的变化，甚至可能超过高加给水的额定压力：这些变化会使管板发生变形导致管子端口泄漏或管板发生永久变形。如果高加的进汽门内漏，则在主机运行中停运高加后，会使高加水侧被加热而定容升压，如水侧无安全阀或安全阀失灵，压力可能升得很高，也会使管板变形。
2.1.3 堵管工艺不当
一般常用锥形塞焊接堵管。打入锥形塞时用力要适度；捶击力量太大，引起管孔变形，影响邻近管子与管板连处，会造成损坏而使之出现新的泄漏。焊接过程中，如预热、焊缝位置及尺寸不合适，会造成邻近管子与管板连接处的损坏。采用其他堵管方法，如胀管堵管、爆炸堵管等，如工艺不当，也会引起邻近管口的泄漏。因此应遵循严格的堵管工艺。
2.2 管子本身泄漏原因
2.2.1 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，因此后果严重。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。
2.2.2 管子振动
  给水温度过低或机组超负荷等情况下，通过换热器管子间蒸汽流量和流速超过设计值较多时，具有一定弹性的管束在壳侧流体扰动力的作用下会产生振动，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，管束振动损坏的机理一般有：①由于振动而使管子或管子与管板连接处的应力超过材料的疲劳持久极限，使管子疲劳断裂；②振动的管子在支撑隔板的管孔中与隔板金属发生摩擦，使管壁变薄，最后导致破裂；③当振动幅度较大时，在跨度的中间位置相邻的管子会相互摩擦，使管子磨损或疲劳断裂。
2.2.3 管子给水入口端的侵蚀
  入口管端的侵蚀损坏只发生在碳钢换热器中，是一种侵蚀和腐蚀共同作用的损坏过程：其机理是管壁金属在表面形成的氧化膜被高紊流度的给水破坏并带走，金属材料不断损失。最终导致管子的破损。有时损坏面可以扩大到管端焊缝甚至管板：给水pH 值低（小于9.6）、含氧量高（大于7μg／L）、温度低（小于260℃）、紊流度大的情况下，容易发生侵蚀。
2.2.4 腐蚀
  当低压换热器的管材为铜，低压铜管常因泄漏严重而被迫更换。pH 值8.5~8.8 时，铜的腐蚀率最低。而碳钢要求pH 值不小于9.5。影响碳钢管束腐蚀的主要因素有：含氧量和给水pH 值：当给水中的溶解氧过高或pH 值过低，会使高加管子的内壁受到腐蚀，故给水溶解氧的浓度不得超过7pg／L，pH 值维持在9.3~9.6 之间。如果壳侧有氧气存在，将会引起管束外壁的氧腐蚀。铜沉积：会引起点腐蚀，形成点蚀坑。温度影响碳钢表面Fe3O4氧化膜的形成：一般认为在260℃％以上时，Fe3O4氧化膜比较稳定． 低于这个温度时，Fe3O4氧化膜的保护程度取决于给水的pH 值和其他环境因素。pH 值大于9.6 时，安全。
2.2.5 材质、工艺不良
  管子材质不良，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，会导致管子大量损坏。
3.   索雷工业
解决冷凝器管板腐蚀渗漏的方法

索雷高分子聚合物产品是以高分子聚合物、金属或陶瓷超细粉末、纤维等为基料，在固化剂、固化促进剂的作用下复合而成的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料。具备极强的粘接力、机械性能、和耐化学腐蚀等性能，因而广泛应用于金属设备的机械磨损、划伤、凹坑、裂缝、渗漏、铸造砂眼等的修复以及各种化学储罐、反应罐、冷凝器、管道等设备的化学防腐保护及修复。

3.1  列管泄漏预防措施
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。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。

3.2  管板腐蚀及焊接、胀接端口腐蚀渗漏保护
3.2.1  空心锥销胀接修复


3.2.2  胀接端口和管板保护
   切除胀接端口多余部位（如图）

3.2.3焊接端口和管板的保护
3.2.4 列管内壁保护层延伸10-20mm
4.   保护修复效果

4.1   测压设备
  4.1.1  移动式活塞式空气压缩机
  4.1.2  循环水
4.2   设备数据
  电厂油冷器（如图）
  管板：800mm；
  管束：304不锈钢；
  压力：0.2MPa,
  管程介质：循环水；
  壳程：透平油
  设备问题:管板焊接端口渗漏
  部件制作周期：2个月
  现场修复：4小时
            

4.3   测压结果
   修复后测试压力0.6MPa  

6.  结垢分析

因为循环水中含有大量的钙镁离子，当冷却水流经金属表面时，容易形成碳酸盐吸附于金属表面。除此以外，溶解在水中的氧离子还会对金属形成腐蚀产生铁锈。由于锈垢的出现，使得换热器的能耗增加效率降低。即使很薄的一层水垢就要增加设备中结垢部分40%以上的运行费用。如何对冷凝器进行科学的无腐蚀的化学清洗，是提高换热系统效率、能源节约、延长设备的使用寿命的重要课题。
    机械方法、高压水、化学酸洗等传统方法不仅不能够有效的清除锈垢，而且还很容易对设备材质造成二次损伤，进而加快设备的报废速度。
    索雷公司的英泰雷特智能环保清洗剂在清洗过程中可以智能的区别锈垢和材质，在高效清洗锈垢的同时对设备材质不构成任何的损伤。
5.  索雷解决方案

5.1英泰雷特环保清洗剂优势：
（1）安全环保； （2）快速有效； （3）费用低廉； （4）操作简单；（5）生物降解；（6）用途广泛。
6.1清洗方法：
  6.1.1  喷淋清洗：对于表层大面积结垢的板式设备 ，可以用喷淋的方法清洗。
  6.1.2 循环清洗：在线针对换热设备进行循环清洗，一般设备2-6小时完成，大系统一般不超过10个小时。
  6.1.3  浸泡清洗：浸泡3—8个小时可以满足对一些体积较小冷凝器的清洗要求。
  6.2清洗工艺及相关注意事项：
6.2.1 凝汽器里面的水排放干净并隔离设备系统。
  6.2.2管道内的淤泥、藻类等用高压水冲洗后封闭系统。
  6.2.3在隔离阀、交换器间装上球阀。
  6.2.4接上输送泵和连接导管，使清洗剂从凝汽器的底部泵入，从顶部流出。
  6.2.5 向凝汽器里泵入英泰雷特清洗剂。
  6.2.6反复循环清洗到推荐的清洗时间。反应时会有气体产生，应随时通过放气阀放出多余气体。随着空气的排出，凝汽器内的空间会增大，可加入适当的水。
  6.2.7定时检查清洗剂的有效性，如果溶液保持在PH值2-3时，清洗剂仍然有效。如果清洗剂的PH 值达到5-6时，需要再添加适量英泰雷特清洗剂。如果溶液在30分钟内PH值在2-3之间没有变化，证明清洗过程已经完成。
  6.2.8 清洗完成后清水反复冲洗交换器，直到冲洗干净至中性。
  6.2.9可以打压试验，看是否有泄漏现象。
  6.2.10同样的操作方法也可用于板式、框架式的热交换器清洗。
7.  现场图片

8.   结论


采用索雷技术方案进行换热器管板腐蚀渗漏以及防腐维护治理，其方案根据设备材质配对的产品型号综合性能上具有优异的粘着性能及抗温、抗化学腐蚀性能，材料为100%固体，没有可挥发性物质，在封闭的环境里可以安全使用而不会收缩，特别是材料良好的隔离双金属腐蚀和出色的耐冲刷性能，从根本上杜绝了修复部位的腐蚀渗漏，可以为部件提供一个长久的保护涂层；同时英泰雷特高效环保无腐蚀清洗剂，在彻底清除换热器垢质的同时对设备无腐蚀。

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