管壳式换热器的维护与检修(机)研究.ppt

1 管壳式换热器的维护与检修 2 一 管壳式换热器的维护二 常见换热器的事故原因及处理方法三 管壳式换热器的检修 检修前的准备 清理 壳体部分的修理 换热管的检修 换热管与管板的连接 检验与验收 目录 3 引言由于换热设备是石油 化工生产中应用最普遍的单元设备 几乎在每套装置中都会出现 因此其数量之大是不言而喻的 随之而来的维护检修工作量也就非常重 一 管壳式换热器的维护 4 5 换热器总装图 浮头式换热器 6 日常维护 装置系统蒸汽吹扫时 应尽可能避免对有涂层的冷换设备进行吹扫 工艺上确实避免不了 应严格控制吹扫温度 进冷换设备 不大于200 以免造成涂层破坏 装置开停工过程中 换热器应缓慢升温和降温 避免造成压差过大和热冲击 同时应遵循停工时 先热后冷 即先退热介质 再退冷介质 开工时 先冷后热 即先进冷介质 后进热介质 7 在开工前应确认螺纹锁紧环式换热器系统通畅 避免管板单面超压 认真检查设备运行参数 严禁超温 超压 对按压差设计的换热器 在运行过程中不得超过规定的压差 8 操作人员应严格遵守安全操作规程 定时对换热设备进行巡回检查 检查基础支座稳固及设备泄漏等 应经常对管 壳程介质的温度及压降进行检查 分析换热器的泄漏和结垢情况 在压降增大和传热系数降低超过一定数值时 应根据介质和换热器的结构 选择有效的方法进行清洗 9 在操作运行时 有防腐涂层的冷换设备应严格控制温度 避免涂层损坏 应经常检查换热器的振动情况 保持保温层完好 10 二 换热器的常见故障原因及处理方法 常见故障与处理 常见故障与处理 11 常见故障与处理 续 12 密封垫片的选用要求 13 密封垫片的选用要求 续 注 苯对耐油橡胶石棉垫片中的丁腈橡胶有溶解作用 不宜选用 浮头等内部连接用的垫片 不宜用非金属软垫片 14 螺栓 螺母的选用要求 15 续 表 16 螺栓拧紧顺序 拧紧换热器螺栓时 一般应按右图表示的顺序进行 并应涂抹适当的螺纹润滑剂或防咬合剂 螺栓拧紧顺序 17 三 管壳式换热器的检修 检修前的准备以U形管式换热器为例 说明一般的检修过程 设备安全交出停车后 应切断该设备所有与装置相连的管道 阀门 将设备泄压 把介质排放干净 置换合格后加盲板 交付检修单位的该项项目负责人 U型管式换热器 检修前的检查在拆卸前 有保温的设备要拆去保温层 搭好检修用的脚手架和平台 并把跳板用铁丝固定好 若需要进一步确认漏点的地方 在拆卸前可用氮气从堵头处用临时接管试漏 找出漏点做好标记 在打开管箱法兰后 要详细观察管层隔板的分程密封情况 管板上接管入口处有无异物堵住管口 有无垢层以及腐蚀产物在箱内堆集 并做好记录 通知分析人员取样分析腐蚀物和结垢的化学组成 若工艺车间技术人员不在场时 还需要通知工艺技术人员到场 让其了解原因 以便工艺在运行中采取相应对策 18 19 检修前的检查 中段油水冷器 20 某厂炼油生产部 二催化 中段油冷却器 中段油 水 21 某厂汽提塔底冷却器H 711 22 对换热管泄漏进行标记 处理 23 换热器管束的拆卸 24 换热器的检修拆装 要测量存在腐蚀地方的厚度 腐蚀比较严重的地方需在本次检修中处理或下次检修中处理 必须绘草图详细记录或拍照记入设备检修档案 对于管内及管板的腐蚀或漏点部位 可采用涡流探伤查找 涡流探伤的原理是 用非磁性管子配上专用探头插入高频磁场内 在管内产生涡流 涡流的大小或变化程度受金属材料的材质 成分 形状 尺寸 管子减薄 伤痕等的影响 25 U形管式换热器可抽芯检查 确定管子外部和筒体的腐蚀情况 管子的检查 非铁磁性管子可用着色探伤检查表面微裂纹和气孔等缺陷 碳钢管子除可用着色探伤外 还可用空气 氮气 有的甚至可用氨来检查 其方法是用橡胶塞子塞好管子一端 用肥皂水和发泡剂或用pH试纸放在管子另一端 就可检查出有泄漏的管子 试验压力要控制在0 3MPa以下 对于U形管式换热器的管箱与壳体可以用测厚 探伤和肉眼检查各易产生腐蚀和泄漏的部位 对于列管式换热器可以通过测厚 拆卸前的气密实验确定壳体的泄漏部位 还可通过对各应力集中部位增加测厚个数来补充检查 26 清理 由于换热器操作中所处理的流体 有的是悬浮液 有的夹带有固体颗粒 有的粘结物含量高 有的含有泥沙 藻类等杂质 随着换热器运行时间的延长 往往会因流体介质的腐蚀 冲刷 在换热器各传热表面都有结垢或积污 甚至堵塞 因而使换热器各传热面的传热系数或传热面积减小 从而降低了换热器的传热能力 维修时不仅要消除设备存在的缺陷 还要使其达到设计生产能力 故必须对换热器进行彻底的清理 清理方法主要有以下三种 27 28 换热管束的结垢 29 换热器管束的清理 机械清理当管束轻微堵塞或积渣积垢时 以列管式换热器为例 轻薄的积垢 可以用专用清管刷 大小按管径选 一头穿粗铁丝 将清管刷从换热管中拉出 反复几次就可以除去与换热管结合不太紧密的积垢或堆积异物 30 31 机械清洗 高压水冲洗清理高压水冲洗清理是利用高压清洗泵打出的高压水 通过专用清洗枪直接将高压水射在需清洗部位 它的压力调节范围是0 100MPa 当结垢不太紧密时 可选择压力在40MPa左右 当结垢坚硬紧密时 还可以将高合金喷头塞入管内采用更高的压力清洗 一般此方法主要用于清洗列管式换热器的管内垢层 或者冲洗可抽出管束的换热器的设备壳体及管束表面的结垢和异物 对于有污物 沉淀 结垢不紧密的其它管壳式换热器 视设备结构特点 也可以用20 30MPa的高压水冲洗管子 如U形管可以在两个管端冲洗 亦能清理好 32 33 高压水冲洗清理 需清洗部位 化学除垢清理换热器管程或壳程结构 有因水质不好形成的水垢 也有油污引起的油垢 还有结焦沉淀和热附着结垢等形式 在化学法除垢前 首先应对结构物质进行化学分析 弄清结垢物质的组成 决定采用哪种试剂 一般对硫酸盐和硅酸水垢采用碱洗法清洗 对碳酸水垢则用酸洗涤剂清洗 对于一些流体介质的沉积物或有机物的分解产物 有几种金属形成的合金垢层 还应采用相应的活化剂 先将活化剂溶液加热浸泡后 使垢层与换热器表面张力减少或松脱 再根据垢层的化学特性决定酸洗或碱洗 在酸或碱洗前做好与被清洗表面材质相同或相近的挂片 在清洗时 放在清洗槽中 随时监测 以免由于清洗的配方不当对换热器造成过大的腐蚀 并按一定的时间对清洗液取样分析Fe3 浓度的变化情况 34 化学除垢在实际清洗中最基本方法有三种 浸泡法 喷淋法 强制循环法 但在实际应用中常是两种方法混合使用 如浸泡法与强制循环法常相结合 一般是先浸泡再强制循环 由于换热器内各部分结垢情况往往是不均匀的 在化学清洗前应查清各部分的结垢情况 以确定配制酸碱溶液的浓度 此外 在准备清洗液时 必须考虑加入相应的缓蚀剂 缓蚀剂的作用是不妨碍一般垢层的溶解 但能防止金属被腐蚀 一般在硝酸洗垢时 用Lan 5缓蚀剂 用盐酸洗垢时 常用02 缓蚀剂 而用铬酸洗垢可不加缓蚀剂 酸洗时酸浓度及缓蚀剂用量见表4 1及表4 2 35 36 强制循环法化学清洗示意图 加入化学药品 37 表4 1硝酸浓度及缓蚀剂用量 注 1 缓蚀剂量是相对于总酸液量的质量分数 2 在上述浓度范围内 对薄垢循环酸洗2h 对厚垢循环酸洗4 6h 表4 2盐酸溶液浓度及02 缓蚀剂用量 从事清洗的作业人员应穿戴好耐酸碱腐蚀的工作服 并佩戴好劳动保护用品 特别要保护好眼睛 手和脚 防止加药时飞溅烧伤 在清洗现场要拉好警戒线 有专人负责安全 防止他人误入引发事故 在化学清洗前要检查由清洗设备 清洗槽 输送管道 被清洗的换热器组成的循环系统 确定此系统与其它设备相隔绝 以免清洗液进入其它设备内或影响他人的安全 在清水循环时 要消除存在外漏的地方 防止输送回管堵塞和跑液 废液要进行必要的无害处理后才能排放 不准乱倒乱排 以免发生生产区内下水管道腐蚀等安全责任事故 38 化学清洗的安全注意事项如下 壳体部分的修理 换热器壳体出现损坏的状况不多 一般发生在封头密封面和壳体接管处 封头密封面损坏往往是由于维修保护措施不好或运行中由于介质冲蚀而造成的 壳体接管处的损坏是由于接管与筒体是角焊缝 介质从补强圈的排气孔外漏 存在这些缺陷的处理方法是 对于壳体封头密封面的缺陷 小的可在装密封垫时 采用涂胶的方法处理 如用耐高温的 液态密封垫 或 704胶 对于冲蚀可采用手工氩弧焊后 再用油石打平 但应注意不能伤及密封面及其它地方 从接管处的角焊缝泄漏或从有补强板 39 的排气孔泄漏 都是由于接管角焊缝的泄漏引起的 若是碳钢壳体 可以用碳弧气刨 刨开泄漏处的角焊缝 但应注意不能伤及接管 用旋转锤修去渗碳层 选用适合的焊条或焊丝及焊接工艺进行焊接 需热处理的要进行局部热处理 消除部分应力 对于不锈钢的壳体 可以用角式磨光机磨开泄漏点 很小的漏点也可用旋转锤磨开 工作量较大时 可用等离子割开泄漏处的焊缝 角式磨光机磨好焊口 再选用合适的焊条焊丝及焊接工艺处理 40 换热管的检修 换热管的损坏方式 对于换热管来说 一般有两个地方容易损坏泄漏 一是管子管板的连接处 二是管子本身泄漏 换热管的损坏原因 换热管由于流体介质的腐蚀 磨损 冲刷 装配拉伤以及管子本身存在的缺陷或壁厚偏差大等原因产生裂纹 穿孔而发生泄漏 管子与管板连接方式有胀接 焊接和胀焊连接 但是 不管采用哪种方式 其目的都是使换热管与管板有效连接 满足运行无泄漏 不拉脱的基本要求 41 换热管的检修管子在管口处的泄漏一般可修复 但在管板内侧则无法修复 若泄漏的管子数不多 堵管又能满足生产要求 则可以用圆锥形的金属堵头将管口两端堵塞 若管程压力较高时堵紧后还要进行焊接 避免堵头冲脱 金属堵头的长度常加工成大端直径的两倍 小端直径应等于0 85倍的管子内径尺寸 锥度为1 10 堵头材料应选用硬度低于或等于管子硬度的材料 用堵塞换热管消漏的方法 一般堵管的数量要小于或等于总换热管数的10 特殊的条件下 如系统停车时间短 整个装置不在计划检修期内 而该换热器换热面积减少对系统经济运行影响不大等情况 也可以不受堵管数不大于10 的限制 以消除泄漏满足生产需要为准 42 金属堵头堵管 43 换热管的更换在换热管更换以前 首先要将管束进行试漏 确定需更换的管子 并做好标记 对于U形管换热管束 外围的管子是可以更换的 但对于管束里层的管子则无能为力 只有当U形换热管的泄漏发生在靠近管板侧时 可以整体切割泄漏段的管子 重新将管子与管板连接好 由于是旧管 最好采用先焊后胀的方法 以确保检修的可靠性 对于列管式换热器 理论上可以根据更换的需要对换热管任意更换 实际上往往因为管束长 特别是运行中存在弯曲的管子泄漏 抽出泄漏管子有一定的难度 对于换热管管径较大 壁厚较厚的管子更换会比较容易 44 a 列管的取出将管子从管板中取出的方法 因设备本身的结构型式和加工设备的不同而有所不同 对于浮头式或填料函式列管换热器 由于可取出带管板的管束 若要整体更换管子 可以将管束从管板的内侧用气割割去 为了防止气割时火焰对管板加热而产生的变形 一般距管板l00mm以上 然后车去或钻去管子与管板的连接部位 冲出或拔出留在管板上的管子 如果只更换部分管子 则应在钻床上将两端管板处的管端部分钻掉 冲出管子 也可用专用取管设备来进行更换管束 可以直接将管板孔内的管头部分钻掉 再割断连接管板的定位拉杆 将管束取出 45 46 列管的取出 47 列管的取出 b 管板孔的清理 修磨 检查将管板孔周围的毛刺去除 管孔内如有介质结晶物或结垢 应用磨孔机或钢丝刷清理干净 有油污要用丙酮或四氯化碳清洗 避免焊接管子时产生气孔 利用旧管板时 管孔可能偏大 但不能超过管孔最大允许偏差的1 5倍 所以在钻或车管时 要对照孔的尺寸 以免管板报废 如出现个别孔超差可填焊处理 这样往往会增加修复的工作量和难度 管板上管孔直径的允许偏差可参见表4 3 48 49 表4 3管板的管孔偏差 c 换热管的要求管子材料的硬度要比管板材料的硬度小HB30左右 否则要在管端150 200mm范围内进行退火处理 管子应符合GB5310 89 高压无缝钢管 GB3087 89 低中压无缝钢管 的要求 若为中高精度冷拔管 管子的焊接部位或胀接部位不能有纵向缺陷的痕迹 但允许有深度不超过0 1mm的环向沟槽 对于管束长的换热管 允许每根管子有一道对接焊缝 对于U形管允许有两道对接焊缝 但两道焊缝之间的距离应不小于300mm 对接焊缝应平滑 对口错边量不得超过管子壁厚的15 对接后管子的直线度以不影响顺利穿管为限 并进行直径0 85倍内径的通球试验 焊后应进行单管水压试验 试验压力为管程设计压力的2倍 GB151 199990页6 3换热管中的6 3 3换热管拼接中的g 50 d 穿管前的准备工作 切管 手工操作一般用割管刀 管子长度偏差为 0 2mm 退火 如果管子的硬度不能满足低于管板硬度HB30左右时 采用退火的办法来增加管子的可塑性 保证管子在胀接时必须具有的塑性变形 并使胀接的塑性变形处和翻边喇叭口处不发生裂纹 磨管 管子两端120 150mm处要磨光 去掉铁锈和污物 露出金属光泽 51 e 管束的组装如管子不是全部更换 可将准备好的管子穿进管孔 并在两端预留好适当长度 如果管束要全部更换 就要制作相应的组装工具 做好人力 物力和工具的准备 对浮头式换热器 U形管换热器和固定管板式换热器管束的组装步骤可参考其相应资料 52 换热管与管板的连接 列管式换热器的检修及制造过程 最重要的是管子与管板的连接 连接方法根据换热器的使用条件 检修或加工条件不同而异 但基本可分为胀接 焊接 胀焊并用三大类 胀接有机械滚胀 液压胀管 液袋胀管 橡胶胀管 爆炸胀管 但最常用的是液压胀管 焊接有电焊和氩弧焊 高频焊接 爆炸焊等 最常用的是电焊和氩弧焊 焊胀并用的有强度焊加贴胀 强度焊加强度胀 强度胀加密封焊等 53 1 机械滚胀 工作原理利用胀管器滚柱的压力 使管子端部的金属壁受到内挤压被胀大 当管子外壁与管板孔壁的金属产生变形时 由于管子的变形量远远大于孔壁的变形量 从而使管子产生流动塑性变形 当撤去胀管器后 孔壁马上发生弹性收缩 将管子胀大的部分紧紧抱住 使管子与管板紧密相连 为了使管子能抗一定的拉脱应力 还可借助翻边胀管器将管子伸出部分翻成喇叭口形状 预防管子在运行时从管孔中被拉出 54 55 滚柱胀管示意图 影响胀管质量的因素影响胀管质量的因素 一是管子与管板材料的强度 一般管板比管子材质的硬度高 这样在胀管过程中管板基本上不产生塑性变形 只是管子产生塑性变形 依靠管板弹性变形的收缩得到强度高 密封可靠的胀接 假若管子材料硬度高 管板管孔被胀大 发生塑性变形 管子是部分弹性变形 则胀接质量反而下降 所以一般选用硬度差在HB30 50范围内的管板与管子 56 二是管子与管孔接合面情况 管头表面与管孔内壁的加工质量 对胀管质量好坏影响较大 如加工得较粗糙 管子与管孔壁接合面摩擦力大 胀接密封可靠性高 若表面不平整 接合面不严密 胀接处易产生泄漏 若加工精度高 加工面光洁 胀接得就很严密 它们之间的摩擦力较小 抗拉脱力也就小 因此 管子和管孔表面加工不应太粗糙 但也不需太光洁 由于管头的变形比管孔大 故管头的表面较管孔加工精细些 管孔只要求洁净 并用粗砂布略为打光即可 当管子与管板的硬度差较大时 表面可粗糙些 当两者硬度较接近时 表面加工要光洁一些 57 当管板孔径与管子外径间隙过小时 管子在胀紧时 会产生较大的塑性变形 并因冷作硬化容易产生裂纹 间隙过大时 管子的塑性变形不足 当退出胀管后 部分弹性变形恢复 使换热管抗压力和温差波动能力小 易产生泄漏 有时甚至使管子与管板被拉脱 常用的间隙值见表4 4 58 表4 4管板孔径与管子外径的间隙 胀管的操作工艺 操作者应掌握有关胀接技术的基本知识 例如 胀接原理 胀紧度 影响胀接质量的因素 熟知胀管器的结构和运动特点 了解胀管的全部过程及要求等 另外 还要求操作者对操作比较熟练 并且具有一定经验 通过观察分析能判断胀接质量 并熟知胀管过程中的设备及人身安全注意事项 59 试胀在进行大量的胀管工作前 为保证胀接质量一次成功 必须要进行试胀 试胀时 一切条件 包括管子与管板的材质及其力学性能 尺寸 胀管工具 周围环境及操作者 均应与实际工作条件一致 在试胀中应精确地测量胀管前后管子与管板孔的直径 以确定所获得的胀管率 并仔细观察外表面的各种迹象及管子轴向伸长量 胀后还要进行密封试验 抗拉脱试验 最后将管子从管板中取出 观察被胀部分的变形情况 在弄清以上情况后 就可以鉴定试验的胀接质量 并按设计制造要求最后确定胀接工艺 60 胀接前的准备及检查除管板及管子材质 尺寸 外观与力学性能等均符合规定要求外 必须选择一种与管子内径及管板厚度相适合的胀管器 并在胀前进行详细检查 紧固在胀管时 如有密封焊加强度胀或强度焊加贴胀 都要先进行焊接后再胀接 因先胀后焊易形成气孔 影响密封性能 只进行胀接的管子在胀管前要先将管子的一端固定 另一端便可开始胀接 61 胀接顺序胀接时由于管子伸长对管板产生一个反力 若胀接顺序不合理 则管板可能产生各种变形 一般胀接顺序有两种不同的做法 一种是 一端管板从中央开始按对角线 从里向外呈放射状向外胀 另一种是 在胀第二端管板时 为了减少管子的残余纵向应力 应当从管板最外层的管子先胀 逐步从外围按对角线向里胀 最后到中心 否则会使中心部分管子的拉应力增加很大 对薄管板采用强度胀密封的换热器 特别要根据管子的壁厚及管板的结构和材质来确定采用的胀管顺序 否则会对管板产生破坏 62 胀管时的注意事项手动胀接时 应尽量保持胀杆转速及用力均匀 为了保证润滑及冷却胀管器滚柱 每胀一根管都要注一次机油 为防止滚柱与胀杆的退火 每胀四个管头 就应把胀管器的各零件拆开 在煤油中清洗 并仔细检查有否损坏 然后重新抹油继续使用 胀接时周围环境温度不得低于 10 发现胀接质量不符合要求时 可以重胀 重胀不能超过三次 63 2 爆炸胀接如图4 15所示 爆炸胀接是利用高能炸药 在爆炸瞬间所产生冲击波的巨大压力 迫使胀接部位的管子高速产生塑性变形 从而使管子和管板胀接在一起 它是在爆炸热 塑性变形热和摩擦及碰撞热造成的瞬时高温和高压情况下完成胀接的新工艺 64 图4 15爆炸胀管 a 优点胀接部位抗拉脱力及密封性好 对于高温高压下工作的厚壁管与密封焊并用 效果更好 适用范围广 可用于各种金属 包括管子和管板是异种金属 硬度和熔点相差很大的管子与管板胀接 由于胀接时的变形速度快 因此管子向外伸长率和管板的变形都较小 劳动强度小 工效高 爆炸技术简单 可同时起爆数个甚至成百上千个 容易控制掌握 不需专用设备 成本较低 对于小管径管 厚壁管 厚管板 不锈钢管 合金钢管 铝合金管 铜管的胀接比机械滚胀有利 65 b 注意事项要正确选用用药量 用药量小管子不易胀牢 过大则会炸裂管子 造成管板和管孔塑性变形大 而且会增大返修的难度 要合理控制好管子与管孔的间隙 间隙过小 易引起管子与管板只产生弹性变形 胀不紧管子 间隙过大 易使管子过大变形 产生裂纹 造成泄漏或胀不紧管子即 松胀 66 3 液压胀管液压胀管机的结构前面已有介绍 胀管介质常用油或水 在管子内表面施加胀管所需要的高压 使管子产生塑性变形 实现管子管孔的胀接 此种胀管器在国内外都有 液压胀管优点是适用范围广 劳动强度低 密封性能好 在胀接处的表面不易产生微裂纹 胀接残应力低 胀接紧度容易控制 缺点是管子内径和管板孔的加工尺寸公差要求严格 公差范围小 比较适用于精拔管和数控机床加工的管板 泄漏的介质对其它管孔会造成污染 影响胀管质量 加工费用比较高 一般用于要求密封性严格 工作参数高的换热器生产 67 68 液压胀管工作原理图 4 焊接在换热器制造工艺中 近年来采用焊接法所占的比重正在增加 焊接比胀接更能保证严密性 在检修和制造中 对多次补胀无效的管子 最后采用的方法也是焊接 目前对于碳钢和低合金钢 工艺介质在温度高于250 压力为中压时的换热器 也主要采用焊接结构 除了工艺介质的温度和压力因素决定管子与管板的连接方式外 当介质毒性强 与大气混合易起火或爆炸 介质渗漏性强 对环境有污染或产品纯度高不允许介质混杂的换热器 管子与管板的连接常采用焊接结构 69 70 换热管与管板的焊接 71 用管板焊接机焊接管子和管板 影响焊接质量的因素很多 有环境条件 管子与管板材料本身的可焊性能 焊接工艺的制定 连接尺寸和结构型式等多种因素 其中结构尺寸和焊接工艺是保证强度与防止泄漏的重要因素 72 焊接的结构型式 对于管端焊接 应根据管子与管板材料 物理性能 焊接性能和介质的工艺参数来决定 焊接结构型式主要有两大类 一种是用胀接保证强度 用焊接保证密封 另一种是用焊接来保证强度和密封的型式 分别如图4 16和图4 17所示 73 图4 16焊接结构型式 一 图4 17焊接结构型式 二 74 试验与验收 1 试验 1 检修记录应齐全准确 2 施工单位确认合格 并具备试验条件 3 压力试验 试压值采用下列中较大值a 液压试压值 75 76 b 气压试压值式中PT 耐压试验试压值 MPa P 管程或壳程最高操作压力 MPa 试验温度下材料的许用应力 MPa 按GB150选取 t 操作温度下材料的许用应力 MPa 按GB150选取 77 c 气密查漏试验值 采用设备的最高工作压力值 试压时压力缓慢上