列管式换热器

换热器渗漏是换热器使用中最为常见的设备管理问题，渗漏主要是腐蚀造成的，少部分是由于换热器选型和换热器本身的制造工艺缺陷，列管式换热器的腐蚀形式基本有两种：电化学腐蚀和化学腐蚀。列管式换热器在制作时，管板与列管的焊接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。使用时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。这就是我们常说的电化学腐蚀。研究表明，工业水无论是淡水还是海水，都会有各种离子和溶解的氧气，其中氯离子和氧的浓度变化，对金属的腐蚀形状起重要作用。另外，金属结构的复杂程度也会影响腐蚀形态。因此，管板与列管焊缝的腐蚀以孔蚀和缝隙腐蚀为主。从外观看，管板表面会有许多腐蚀产物和积沉物，分布着大小不等的凹坑。以海水为介质时，还会产生电偶腐蚀。化学腐蚀就是介质的腐蚀，换热器管板接触各种各样的化学介质，就会受到化学介质的腐蚀。另外，换热器管板还会与换热管之间产生一定的双金属腐蚀。一些管板还长期处于腐蚀介质的冲蚀中。尤其是固定管板换热器, 还有温差应力, 管板与换热管联接处极易泄漏,导致换热器失效。

综上所述，影响换热器管板腐蚀的主要因素有：

（1）介质成分和浓度：浓度的影响不一，例如在盐酸中，一般浓度越大腐蚀越严重。碳钢和不锈钢在浓度为50%左右的硫酸中腐蚀最严重，而当浓度增加到60%以上时，腐蚀反而急剧下降；

（2）杂质：有害杂质包括氯离子、硫离子、氰离子、氨离子等，这些杂质在某些情况下会引起严重腐蚀

（3）温度：腐蚀是一种化学反应，温度每提升 10℃，腐蚀速度约增加1~3倍，但也有例外；

（4）ph值：一般ph值越小，金属的腐蚀越大；

（5）流速：多数情况下流速越大，腐蚀也越大。

列管换热器无损检测

在故障检测、特别是换热器部分可使用专业的知识和仪器，可以检测腐蚀现象产生的原因，这里以美嘉华的技术产品为例来了解一下无损检测设备的功能：

1)可视内窥镜检测管板内表面；

2)定制的问题研究和报价；

3)APR（声脉冲反射法），一种创新的无损检测技术，基于分析管板内产生多维声波的分析；

4)无损检测直的和弯曲的由有磁性和无磁性材料制成的换热器管材；

5)快速检测：每个管材少于 10 秒；

6)检测泄露、全部和部分堵塞、侵蚀和点蚀；

7)适合椭圆管、方形管、螺旋管、肋片管及从 9/16”直径出的弯曲；

8)立即可视结果；

9)数字存储用于以后的检查和比较；

10)定制的问题研究和成本估计 。

水试漏的方法

传统上我们使用水对换热器的试漏，就是将水注入换热器中，注满水后再用水泵对换热器中的水进行打压，使之达到一定的压力，进行对换热器的查漏。查漏结束做出标记后泄压和排水，再进行堵漏。如果换热器较大、泄漏较严重，水压在较低时就会发生泄漏，不得不排水堵漏，堵漏完成后再充水、充压试漏，反复进行，增加换热器检修时间。由于充水和打压需要大量的时间，泄漏的部位需要动火补焊消漏时，又要对泄漏部位进行干燥处理，否则影响补焊消漏的质量。如果泄漏的换热器内部有可燃介质，必须进行氮气置换，合格后才能动火补焊消漏作业，否则会产生着火和爆炸，危及人身和设备的安全。

氮气试漏的方法

列管式换热器泄漏后使用氮气进行充压试漏，比较快速。用氮气对换热器堵漏动火作业时，不必再进行置换处理，节约检修消漏的时间。

氮气在合成氨换热器试漏中的使用

操作要点

（1）由于是高压氮气（压力9．5MPa），使用时必须要有2人以上作业开阀门，在两阀门中间加装压力表1个，一人监护压力表的指示，另一人进行开阀门作业，保证管道压力在允许的范围之内，防止超压，造成管线或人员伤害。

（2）换热器EA103为浮头式换热器，试漏时需要做试漏封头安装到换热器上。

（3）投用步骤　先全开1阀和3阀，再缓慢打开2阀，对换热器进行充压，同时注意压力表压力，在3．0MPa之内。

（4）泄压步骤　先全关1阀和2阀，打开泄压阀门泄压完成后，全关3阀。

两种试漏方法的比较

从上述使用情况看，用氮气试漏节约大量的检修时间，检修费用。水和氮气试漏方法的比较见表1。

氮气试漏的安全注意事项

（1）因为氮气有窒息的风险，使用时必须注意人员的安全，防止人员中毒。

（2）氮气使用时要提前进行管线的预制。

（3）氮气使用时临时管线上要增加压力表，两人用对讲机联系开阀门，防止超压。

（4）氮气使用完成后必须及时泄压、拆除。

（5）氮气使用时必须2人以上用对讲机联系充压和泄压操作，防止管线超压，损坏管线，防止人员窒息，造成人身伤害。

（6）氮气不使用时必须对管线的阀门进行挂“禁动”标识牌，防止人员误动作。

列管式换热器固定管板式

列管式换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。

为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于60～70℃和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6Mpa时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。

列管式换热器浮头式

换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不改变壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂，造价高。

列管式换热器填料函式

这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构比浮头式简单，造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不应处理易挥发、易燃、易爆和有毒的介质。

列管式换热器U型管式

U形管式换热器，每根管子都弯成U形，两端固定在同一块管板上，每根管子皆可自由伸缩，从而解决热补偿问题。管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。优点是结构简单，质量轻，适用于高温高压条件。

列管式换热器涡流热膜

涡流热膜换热器采用最新的涡流热膜传热技术，通过改变流体运动状态来增加传热效果，当介质经过涡流管表面时，强力冲刷管子表面，从而提高换热效率。最高可达10000W/m2℃。同时这种结构实现了耐腐蚀、耐高温、耐高压、防结垢功能。其它类型的换热器的流体通道为固定方向流形式，在换热管表面形成绕流，对流换热系数降低。

据【换热设备推广中心】的资料显示，涡流热膜换热器的最大特点在于经济性和安全性统一。由于考虑了换热管之间，换热管和壳体之间流动关系，不再使用折流板强行阻挡的方式逼出湍流，而是靠换

热管之间自然诱导形成交替漩涡流，并在保证换热管不互相摩擦的前提下保持应有的颤动力度。换热管的刚性和柔性配置良好，不会彼此碰撞，既克服了浮动盘管换热器之间相互碰撞造成损伤的问题，又避免了普通管壳式换热器易结垢的问题。

涡流热膜换热器性能特点：

1.高效节能，该换热器传热系数为6000-8000W/m2.0C；

2.全不锈钢制作，使用寿命长，可达20年以上,十年内出现换热器质量问题免费更换；

3.改层流为湍流，提高了换热效率，降低了热阻；

4.换热速度快，耐高温（400℃），耐高压（2.5Mpa）;

5.结构紧凑，占地面积小，重量轻，安装方便，节约土建投资；

6.设计灵活，规格齐全，实用针对性强，节约资金；

7.应用条件广泛，适用较大的压力、温度范围和多种介质热交换；

8.维护费用低，易操作，清垢周期长，清洗方便。

9.采用纳米热膜技术，显著增大传热系数。

10.应用领域广阔，可广泛用于热电、厂矿、石油化工、城市集中供热、食品医药、能源电子、机械轻工等领域。

涡流热膜换热器性能对比：

列管式换热器折流挡板

为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。常用的折流挡板有圆缺形和圆盘形两种，前者更为常用。

列管式换热器多壳程

列管式换热器必须从结构上考虑热膨胀的影响，采取各种补偿的办法，消除或减小热应力，根据所采取的温差补偿措施。

列管式换热器长期运行会导致设备被水垢堵塞，将会使效率降低、能耗增加、寿命缩短。如果水垢不能被及时地清除，就会面临设备维修、停机或者报废更换的危险。长期以来传统的清洗方式如机械方法（刮、刷）、高压水、化学清洗(酸洗)等在对换热器清洗时出现很多问题：不能彻底清除水垢等沉积物，并对设备造成腐蚀，残留的酸对材质产生二次腐蚀或垢下腐蚀，最终导致更换设备，此外，清洗废液有毒，需要大量资金进行废水处理。企业可采用高效环保清洗剂避免上述情况，其具有高效、环保、安全、无腐蚀特点，不但清洗效果良好而且对设备没有腐蚀，能够保证空压机的长期使用。福世泰克清洗剂（特有的添加湿润剂和穿透剂，可以有效清除用水设备中所产生的最顽固的水垢（碳酸钙）、锈垢、油垢、粘泥等沉淀物，同时不会对人体造成伤害，不会对钢铁、紫铜、镍、钛、橡胶、塑料、纤维、玻璃、陶瓷等材质产生侵蚀、点蚀、氧化等其他有害的反应，可大大延长设备的使用寿命。

案例说明：某大型石化电厂台湾独资复盛牌螺杆式空压机，换热器为油水换热，内管为铜管，换热面积为28平米，正常工作温度为77℃－93℃，清洗前工作温度为92℃，采用福世泰克清洗剂原液约15公斤，兑约40公斤的水，循环泵压力3公斤，反复循环清洗6小时，清洗出各种水垢、锈垢、粘泥等物质约1公斤，清洗后开机工作温度为81℃， 有效保障设备的正常生产运行。

冷热流体流动通道的选择

在列管式换热器内，冷热流体流动通道可根据以下原则进行选择：

（1）不洁净和易结垢的的液体宜走管程，因管内清洗方便；

（2）腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀；

（3）压强高的宜走管程，以免壳体承受压力；

（4）饱和蒸汽宜走壳程，因饱和蒸汽比较清洁，对流传热系数与流速无关而且冷凝液容易排出；

（5）被冷却的流体宜走壳程，便于散热；

（6）若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将对流传热系数大的流体通过壳程，可减少热应力；

（7）流量小而粘度大的流体宜走壳程；

流体进出口温度的确定

如果换热器以冷却为目的热流体的进出口温度已由工艺条件确定，而冷却介质的出口温度则需要选择。若选择较高的出口温度，可选小换热器，但冷却介质的流量要加大；反之要选择低的出口温度，冷却介质流量减少了，但要选大的换热器，因此冷却介质的出口温度要权衡二者的投资大小来确定。

所需材质 ，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程列管式换热器。