列管式换热器介绍

 

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。

 

列管式换热器是由管子、管板、折流板、壳体、端盖(管箱)等组成。

 

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。

 

列管式换热器泄漏原因:

 

列管换热器内部管系泄漏主要分为管子本身泄漏和管子端口泄漏。

 

换热器管子端口泄漏原因:

 

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。

 

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。

 

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。

换热器管子本身泄漏原因:

 

1冲刷侵蚀  

 

一种原因是当蒸汽的流动速度较高且汽流中含有大的水滴时，管子外壁受汽、水两相流冲刷，变薄，发生穿孔或受给水压力而鼓破。

 

另一种原因是受到蒸汽或疏水的直接冲击。因防冲板材料和固定方式不合理。在运行中破碎或脱落，失去防冲刷保护作用；防冲板面积不够大，水滴随高速气流运动，撞击防冲板以外的管束；壳体与管束间的距离太小，使入口处的汽流速度很高。

 

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。

 

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。

 

4腐蚀  

 

当低压换热器的管材为铜，低加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。锅炉给水pH 值过高，导致了铜管的腐蚀。

 

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。

 

列管式换热器泄漏处理措施

 

泄漏发生以后的处理措施 

 

泄漏发生时造成给水压力降低，送至锅炉的给水量减少。因此在发现换热器管系泄漏时要立即停运换热器，减少管子的损坏数量，减轻损坏程度。

 

机组停运时，应检查高加是否泄漏，并想办法消除。对于端口泄漏，应刮去原有焊缝金属再进行补焊，并进行适当的热处理，消除热应力：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。

 

换热器泄漏预防措施

 

1管子端口泄漏预防措施 

 

换热器除了制造上应有足够厚度的管板，有良好的管孔加工、堆焊、管子胀接、焊接工艺外，运行上要使换热器在启停时的温升率、温降率不超过规定，水侧要有安全阀防止超压，检修上要有正确的堵管工艺。

 

2管子本身泄漏预防措施 

 

冲刷侵蚀预防措施 

 

限制壳侧蒸汽或疏水的流速及防止疏冷段内闪蒸；蒸汽冷却段出口蒸汽要有足够的剩余过热度；防冲板的固定要牢固，面积足够，材质要好；保持壳侧水位正常，禁止低水位或无水位运行。 

 管子振动预防措施 

 

在高加汽侧安装汽侧安全门；限制壳侧蒸汽或疏水的流速；管子间距要足够大，这一方面降低了壳侧流速，另一方面减小了管子互相碰撞摩擦损坏的可能性：限制管束自由段长度。 

 

管子给水入口端的侵蚀预防措施 

 

流体在管程或管程中的流速，不仅影响对流传热系数的数值，而且影响污垢热阻，从而影响总传热系数的大小。选择适宜的流速十分重要。限制给水流速，停用一列换热器或换热器堵管数量较多时，都会使管内流速明显增大，这时应让一部分给水经旁路进入锅炉或降低机组负荷。

 

腐蚀预防措施 

 

消除应力，应力可以有各种来源，如外加应力、残余应力、焊接应力以及腐蚀产物产生的应力。材料选择时，使机组变成为无铜系统，这对整个机组的防腐和汽水晶质控制都有利；

 

要有完善的放空气系统，在管道连接上一般建议不采用逐级串联的方式，以防不凝结气体在压力较低的换热器中积聚；

 

保证放空气系统的正常工作，在启动时，水侧、汽侧应排净空气，给水水质要合格；

 

出厂时要有良好的防腐措施，防止贮运过程中的腐蚀，对碳钢管换热器，通常对汽侧和水侧均采取充氮防腐的办法；

 

换热器停用时，通常根据停用时间的长短，分别采用充水、充汽或充氮的防腐措施，在水侧适当调节除氧水的pH 值，以起保护作用。 

 

材质、工艺不良引起管子泄漏的预防措施 

 

管壁至少应在2.0mm 以上以提高抗冲刷能力。组装前要对每根管子探伤、水压试验等检验；

 

管束应热处理、无直观缺陷；管板管孔应保持一定的粗糙度、公差和同心度，管孔倒角或倒圆应光滑无毛刺。 

 

预防性堵管 

 

进行预防性堵管。建议在堵一部分管的同时在管板上开一定大小的旁路孔，以降低给水流速，减轻腐蚀，此方法在国内外多家电厂采用过，证明可以适当延长换热器寿命，减少泄漏次数。 

 

流程的选择 

 

在换热器中，哪一种流体流经管程，哪一种流经壳程，可考虑下列几点做为选择的一般原则： 

 

a） 不洁净或易于分解结垢的物料应当流经易于清洗的一侧。对于直管管束，上述物料一般应走管内，但当管束可以拆出清洗时，也可以走管外。 

 

b） 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体应当走管内，因为管内截面积通常比管间的截面积小，而且易于采用多管程以增大流速。 

 

c） 具有腐蚀性的物料应走管内，这样可以用普通材料制造壳体，仅仅管子，管板和封头要采用耐蚀材料。 

 

d） 压力高的物料走管内，这样外壳可以不承受高压。 

 

e） 温度很高或很低的物料应走管内以减少热量的散失。当然，如果为了更好的散热，也可以让高温的物料走壳程。 

 

f） 蒸汽一般通入壳程，因为这样便于排出冷凝液，而且蒸汽较清洁，其对流传热系数又与流速关系小。 

 

g） 粘度大的流体，一般在壳程空间流过，因在设有挡板的壳程中流动时，流道截面和流向都在不断改变，在低Re 数下（Re 大于100）即可达到湍流，有利于提高管外流体的对流传热系数。