換熱器知識最全解讀
換熱設備開工
換熱設備開工指裝置開工過程中換熱器必須完成的工作程序或達到裝置開工條件對換熱器的必備要求。
換熱設備基本開工程序：升溫--螺栓預緊--置換空氣--冷卻器水側預膜處理。
升溫
使換熱器達到裝置所要求的基本溫度，一般使用蒸汽作為預熱的熱載體。加熱初期排氣閥應打開，有蒸汽泄出后關閉。疏水器應保持在良好狀態，及時排出凝水。升溫應逐漸地進行，使加熱速度不超過0.06℃s，并保證長度方向的溫度梯度不大于30.4℃m。
螺栓預緊
為確保介質在運行過程中不發生泄漏，要求對換熱器主密封面螺栓逐根進行熱緊，消除螺栓熱膨脹可能造成的壓緊力下降。
在螺栓連接中，采用設計合理的預緊蝶簧，可有效防止由于螺栓熱膨脹造成的壓緊力下降。一般可免除熱緊。
置換空氣
對要求隔絕空氣的裝置，需用氮氣置換空氣，換熱設備放空點氮氣含量達到95%為合格。
冷卻器水側預膜處理
為保證換熱器在循環冷卻水系統中能長期、正常、穩定地運行，必須在投入運行前進行預處理。預處理包括清洗和預膜兩項工作。
1)系統的清洗
清洗的目的是清除循環水系統中的鐵銹、無機鹽垢、沉淀物、生物粘泥等污垢，使換熱器及其他設備有潔凈和新鮮的金屬表面，從而提高換熱效率，并為設備的預膜創造條件。清洗應在開車前進行，以便清洗結束后，對清洗好的新鮮金屬表面預膜處理，預膜結束后立即投入正常運行。清洗有機械清洗和化學清洗兩種方法，最好結合使用。機械清洗可以節約清洗藥劑的費用并減少排污的數量，而化學清洗則可除去腐蝕產物和硬垢，以及清潔機械方法無法清洗的部位。
2)預膜
預膜的目的是用預膜劑在潔凈的金屬表面上預先生成一層薄而致密的保護膜，使設備在運行中不被腐蝕，預膜過程應在清洗結束后立即開始。
換熱器的日常檢查內容
日常檢查
日常檢查是及早發現和處理突發性故障的重要手段。檢查內容：運行異聲、壓力、溫度、流量、泄漏、介質、基礎支架、保溫層、振動、儀表靈敏度等等。
溫度
溫度是換熱器運行中主要的操作指標，測定及檢查換熱器中各流體的進、出口溫度計變化，可以分析判斷介質流量的大小及換熱情況的好壞。傳熱效率主要表現在傳熱系統上，傳熱系統系數降低，換熱器的效率也降低，通常傳熱系數在短時間變化較小，發生變化時會連續下降，定期測量換熱器兩種介質的出入口溫度、流量，計算傳熱系數作記錄圖表，作為判斷傳熱系數變化的依據。若低于某一定值，則應清洗管束以提高傳熱系數，保證一定的傳熱效率。
要防止溫度的急劇變化，因溫度劇變會造成換熱器內件，特別是管束與管板的膨脹和收縮不一致，產生溫差應力，從而引起管束與管板脫離或局部變形及裂縫，還會加快腐蝕及產生熱疲勞裂紋。
用水作為冷卻介質時，水的出口溫度最好在38℃以下，因為超過38℃，微生物的繁殖加速，腐蝕生產物的分解也加快，引起管子腐蝕穿孔，同時結垢情況會加重，故出口溫度最大不能超過45℃。
壓力
通過對流體壓力及進出口壓差的測定與檢查，可判斷換熱器內部結垢、堵塞情況及流體流量大小或泄漏情況。高壓流體往低壓流體中泄漏，使低壓流體壓力很快上升，甚至超壓，并可能產生各種不良后果，對運行中的高壓換熱器應特別警惕這一點。
操作中若發現壓力驟變，除檢查換熱器本身問題以外，還應考慮系統內部其他因素的影響，如系統閥門損壞及輸送流體的機械發生故障，等等。
泄漏
換熱器在運行中產生外漏是較容易發現的。對低毒介質輕微的氣體外漏，可以直接抹上肥皂水或發泡劑來檢查，亦可借助試紙變色情況檢查。檢查換熱器外殼體表面涂層的剝落污染情況，來預測殼體的泄漏，是低壓換熱器檢查殼體外泄漏點的一種常用方法。對嚴禁泄漏的中高毒性介質，最常用的方法是在易泄漏口，如法蘭、接管處涂對該毒性介質反應非常靈敏的涂料，有毒介質發生微小泄漏，涂料顏色即會發生明顯的變化，以此可作出迅速判斷，采取措施。
定期對殼體各連接處周圍空氣取樣分析，也能判斷泄漏及泄漏量的大小，此法不僅準確可靠，操作方便，而且對外部、內部泄漏都適用，并且實現自動分析、記錄及報警。
內部泄漏，操作人員不易直接發現，但可從介質的溫度、壓力、流量、異聲、振動及其異?，F象來判斷。例如，某一換熱器管內是壓力較高的氣體，管間是壓力較低的液體，當列管穿孔時，管內的氣體竄到管間液體中，從液體壓力表中馬上會反映出壓力上升和壓力波動大。由于氣體竄入液體，引起液體劇烈的翻騰，造成壓力波動，用聽音棒會發現殼體內有異常的響聲。如有較多的泄漏，用手摸殼體和液體出口管，會有振動的感覺。
對于冷卻器，可在冷卻水出口處對低壓介質管上裝上取樣接管，定期取樣檢查，判斷有無被冷卻介質混入。當被冷卻介質是氣體時，可在冷卻水出口管道上部裝積氣報警器，以此檢測泄漏。
對一般換熱器（不使用冷卻水），在出口處對低壓介質定期取樣，可知有無泄漏，試驗項目根據兩介質的特性選取，如色相、密度、粘度和成分等。
振動
換熱器內的流體一般有較高的流速，由于流體的脈沖和橫向流動都會引起基礎支架的振動，如支架結構位置不合適或螺栓的松動、折斷等都會使振動加劇。要求控制振動偏差在250μm以下，超過此值，則需要檢查處理。
保溫
保溫（保冷）層的損壞會直接影響換熱器的傳熱效率，另外，由于保溫（保冷）層一旦破損，在殼體外部就將積附水分，使殼體發生局部腐蝕，因此，發現保溫（保冷）層破損應盡快修補，并且要采取措施，防止水分進入保溫層內部。
換熱器振動的防護
振動的原因及危害
換熱器管子產生振動的原因主要有兩種：一種是外界激振源引起的振動，如往復式機械（如往復式壓縮機）的脈動氣流引起的激振，或通過支撐構件或連接管道傳來的振動。另一種是流體流動激振，又可分為管側和殼側流體激發的振動。由于一般情況下管側流動激發的振動振幅小，危害性不大，往往可以忽略，除非在流速遠遠高于正常流速的情況下，管側激振才需要考慮。換熱器內的振動主要是殼側介質所激發的，在正常流速下殼側流動就可能引發很大的振幅，對換熱管的危害最大。
研究表明，僅當流體誘發振動頻率與換熱元件的頻率一致或相當接近時，才會使元件的振幅突然大幅度增加，從而導致其破壞。
換熱管振動損壞情況主要有兩種，即管子的磨損和管子材料的疲勞斷裂。管子磨損又分為兩種情況：一種是在振幅很大的振動情況下，管子與管子相互接觸而磨損（磨平穿漏）成菱形，這種情況絕大多數產生在振動位移最大的中間跨度處。管子的熱膨脹增加了振動磨損的可能性。這是由于管子的熱變形擴大了引起接觸的相對運動，致使管子產生六角形的磨損。另一種是管子與支撐板由于振動發生相對運動而產生磨損，導致管壁逐漸變薄而最后磨穿。另外，由于折流板（支承板）上的管孔通常都比管子外徑大0.8~1. 2mm，振動管的管壁有可能被折流板（或支承板）切割、斷裂，且當折流板很薄而材料比管材硬時尤其突出。接頭的松弛與腐蝕同時存在的情況下，振動磨損增加，這種磨損形狀呈馬鞍形。在管子穿出管板處，也會由于振動而使管孔尖銳的邊緣對管子起切割作用。
管子的疲勞斷裂則是由于周期的循環激振（包括出現共振或微振的情況下）所造成的。因為當管子振動時，會出現反復彎曲作用的周期性交變應力。如果管子長久地承受很強的交變應力，管子的某些應力最高部位就會出現疲勞破裂。
振動破壞的位置一般出現在下列位置處：
(1)傳熱管件支承跨度中間位置處，由于管間相互碰撞，外觀呈現明顯磨口；
(2)緊靠折流板缺口處，換熱管與折流板發生碰撞而遭磨損；
(3)折流板管孔內，傳熱管振動時折流板管孔邊緣對傳熱管的鋸切、碰撞，嚴重時會導致管子斷裂；
(4)傳熱管原有的一些細小裂紋或缺陷，因振動逐漸擴展，最終導致破壞。
管子振動破壞多發生在殼程內介質是氣體或蒸汽的場合，操作壓力高于0. 8MPa則更明顯。殼程內介質為液體時，也會發生管子振動破壞，但一般限于流體局部高速區的少數管子。
防振措施
防振的措施須從兩個方面入手，即降低局部高速流體的流速和改變換熱元件的固有頻率。采取的主要方法有如下三種。
(1)降低流體在殼程的流速。
當傳熱管的固有頻率一定時，降低殼程流速，就可避免激發共振，若運行條件不能改變，可在換熱器進出口管處設計防沖板、導流筒或液體出口分配器等，降低殼程進出口處流速，使流體脈動值降到最低。當管束已采取過防振動措施，而效果不明顯時，工藝上應考慮調整介質的流速。
(2)提高管子的固有頻率。
提高管子的固有頻率可大大減少共振的機會。提高頻率的最有效方法就是減少跨距。管子的固有頻率與跨距的平方成反比，跨距若減少20%，固有頻率則可提高50%。對于U形管束，為了提高固有頻率，可在管間繞以帶條或插入桿、板以阻止管子運動。
(3)改變折流板的形式，以改變換熱管的支承狀況。
如折流桿式管束、螺旋折流板式管束等，都可大大改善管子的支承條件。
換熱器清洗
清洗用材料
清洗用材料有：石油系溶劑、有機酸、無機酸、鹵代烴溶劑、堿性化學水溶液、乳化液等。
石油系溶液及鹵代烴溶劑對有機污物（主要是油脂）有較強的溶解能力，不能溶解無機物。有機溶劑對一些有機材料如橡膠、纖維品等可能有溶解或侵蝕作用。
有機酸、無機酸類材料主要包括：檸檬酸、鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸等，常加有緩蝕劑，適用于不同的設備基體材料，對水垢、鐵銹等無機污物有較好的溶解作用。
堿性化學水液即堿性化合物水溶液，常加有表面活性劑。依靠對動植物油類的皂化作用而將其去除。它能溶解無機鹽污物，對鋼鐵有鈍化作用，對非鐵金屬材料在pH值高時會有侵蝕作用。
乳劑是以有機溶劑和乳化劑、水配成，乳劑清洗只用于清洗要求不高時。
清洗方式
清洗是依靠清洗劑對污物的溶解作用、皂化作用、化學作用，以及表面活性劑對污物的潤濕、滲透、分散等物理作用，使污物溶解或分散。因固體表面有相對穩定的液膜，溶解后的污物自動離開金屬表面以及表面上清洗劑的更新等都不是很容易，所以就要求加以攪拌、擦拭等方式，以完成清洗過程或提高清洗效果。
清洗方式有機械攪拌、擦洗、加溫清洗、高壓噴洗、蒸汽清洗、超聲波輔助清洗和電解清洗等。
清洗方法的選擇
選擇清洗方法，要從如下因素考慮：
(1)污物的性質、種類與污染程度；
(2)被清洗物品的情況，包括其材料、形狀、表面情況及對清潔度的要求；
(3)清洗用材料及設備的可用性；
(4)被清洗物品的數量多少；
(5)清洗前后工序的配合。
只有充分考慮了上述各種因素后，選擇適當的清洗方法，才能得到最佳的清洗效果。
1．污物的性質
在設備表面的污物有各種各樣的性質，主要可分為：水溶性污物、油溶性污物、鐵銹及高溫氧化皮、水垢，等等。
2．被清洗物品的情況
(1)碳鋼材料制品一般可采用化學清洗方法，但是不銹鋼、有色金屬則要注意選擇清洗方法；
(2)制品為組合件時，選擇的清洗方法一定要考慮各種物品的性質，不能損害任何一種物品；
(3)形狀復雜的物品，要考慮組件內是否存在縫隙、溝槽、孔洞等，如果因此而無法排盡清洗液，又不能拆除清洗，則要考慮選擇適用的清洗方法；
(4)表面精度要求高的工件，不允許在表面有殘留物，所以不適用化學清洗。
3．被清洗物品的數量
批量小的小工件，可以使用手工刷洗或擦洗。但數量多或大型工件宜采用機械化、自動化的清洗方法。
4．清洗材料及設備的可用性
主要是考慮清洗材料在使用中是否有毒性、易燃性等安全問題。石油系溶劑是易燃的；而且對于長期操作者，因溶劑與皮膚接觸，會引起皮膚病。有的清洗方法需要相應的裝備，如溶劑蒸氣清洗應在密閉設備中進行，噴洗需要機械設備。
5．清洗處理前后的工藝
清洗要與前后工藝配合。例如，清洗前后的工序若都是以油類作潤滑加工液，則清洗不宜采用水液。如果采用水液清洗，需先除油。清洗后還需干燥才能進行下一道工序。如果上下工序都以水液或乳液作切削加工，則清洗不宜采用溶劑，而以水液清洗為便。
換熱器的腐蝕與防護
腐蝕特征
換熱器的主要腐蝕部位是管子、管子與管板連接處及殼體。
1)管子的腐蝕
管子的腐蝕有全面腐蝕與局部腐蝕兩種。全面腐蝕減薄時，壽命可以預測，局部腐蝕減薄如下圖
離管子入口端40~50mm處的管端腐蝕是最容易發生的，這與入口介質的渦流磨損與腐蝕共存有關，管子內側有殘留物堆積或粘著也易產生點腐蝕。
2)管子與管板連接處的腐蝕
腐蝕主要分布在管板邊、管板孔與管子之間的縫隙區，對單純的強度脹接，會產生應力腐蝕裂紋。
3)殼體的腐蝕
殼體及其附件完全是焊接結構，因此焊縫及熱影響區易發生腐蝕、裂紋，特別是處理腐蝕性介質時，由于焊接質量不好更容易發生。
當殼體材質與折流板材質的電解電位不同，折流板材質的電位高于殼體，且殼側介質為電解質時，殼體內側因此受電化學腐蝕，尤其當電解質是含離子化合物的水時腐蝕更劇烈。這種腐蝕易發生在臥式換熱器的下部，如下圖所示。
防止此類腐蝕的方法：
(1)殼程為電解質時，應避免選用不同電解電位材質的折流板；
(2)在已制成的換熱器中有折流板對殼體的電化學腐蝕，要做到定期檢查，折流板部分的殼體要重點檢查；
(3)對已造成的殼體減薄，檢修時對減薄部分堆焊；
(4)殼體外側進行補強；
(5)對必須采用高電位折流板的殼體內側應作貼襯處理。
防腐蝕措施
防止換熱器腐蝕的最根本的方法是采用能耐介質腐蝕的金屬和非金屬材料，或采取有效的防腐蝕措施。
1)金屬隔離層
在換熱器與腐蝕介質接觸的表面，通過一定的方法覆蓋上一層耐腐蝕性較強的金屬或合金，隔絕腐蝕介質與換熱器的表面接觸，常用的方法有襯里、金屬堆焊、復合板、復合管和金屬噴涂、滲金屬等。
2)涂料保護
在換熱器與腐蝕介質接觸的表面，通過一定的涂覆方法，覆蓋上一層耐腐蝕的涂料保護層，以避免與腐蝕介質直接接觸，這是一種最經濟有效的方法。
對防腐涂料的要求有以下三點：
(1)涂層要有較好的耐蝕性。涂料所形成的涂層，在接觸各種酸、堿、鹽、工業污水和污染大氣等腐蝕介質時，應比較穩定，涂層既不能被腐蝕所溶解、溶脹或分解，也不能與介質起化學反應生成新的有害物質。
(2)涂層要有較好的防滲性，涂層在接觸滲透性較大的液體和氣體介質時，能較好地阻止滲透；涂層的防滲性除涂料本身的品質外，涂層的層數和厚度，也是達到較好防滲性必要條件，必須達到規定的涂層和厚度。
(3)涂層要有較好的附著力和柔韌性。不能因為換熱器的振動或輕微變形就脫落，并要求涂層有一定的機械強度。
(4)涂層必須在運輸、安裝過程中保護好。
3)電化學保護
采用陰極保護和陽極保護兩種。陰極保護是利用外加直流電源，使金屬表面變為陰極而達到保護的目的。此法耗電量大，費用高，用得不多。陽極保護是把被保護的換熱器接以外加電源的陽極，使金屬表面生成鈍化膜，從而得到保護。
防止應力腐蝕措施
換熱管的應力腐蝕多發生在管和管板焊接部位，以及管與折流板交界處。這些部位都有局部應力集中，在腐蝕介質狀態條件下，易產生應力腐蝕，表現為焊接部位出現裂紋；管與管板間的間隙，易產生CI-的聚集及氧的濃差，從而容易在管表面形成點坑或縫隙腐蝕，使它成為SCC（應力腐蝕開裂）的裂源。管子與折流板交界處，往往是由于管子長，折流板多，管子稍有彎曲，容易造成管壁與折流板處產生局部應力集中，加之間隙的存在，故其交界處成為應力腐蝕的薄弱環節。對于換熱器的應力腐蝕，可采取以下方法防護：
1)消除CI-濃縮積聚的條件
對管子與管板采用新型連接結構——內孔焊接，這樣可以從根本上消除管頭的縫隙，杜絕Cl-在這里濃縮的可能性。
2)脹管段應占全管板厚度
目前消除管與管板間隙最簡單實用的做法是強度焊加貼脹，但脹管深度應達管板底部，以消除全部縫隙。目前絕大多數制造廠和檢修單位，采用的多輥式擠壓機械脹管法，使管子產生塑性變形以及加工硬化現象，產生很大的殘余應力。因此，對強應力腐蝕介質下的換熱器，應對管板進行消除應力熱處理。而采用靜壓式液袋、橡膠脹管法可大大降低管子外表面的拉伸應力。
換熱器拆卸與檢查內容
拆卸順序
(1)換熱器有保溫層時，首先拆除管箱、大帽子保溫；注意為了減少成本，所有換熱器保溫可重復利用，因此拆除保溫時要盡量避免損壞，拆下的保溫要用記號筆標明換熱器位號，集中放置。
(2)拆卸出入口法蘭螺栓，然后拆除設備連接管；拆除時，注意不要碰傷法蘭面。拆下的零部件就近放置，做好標記，便于回裝；螺栓要分開放置，做好標記集中存放，便于回裝。
(3)用專用工具拆卸兩端封頭，同樣注意不要碰傷法蘭面。拆下的零部件就近放置，做好標記，便于回裝；螺栓要分開放置，做好標記集中存放，便于回裝。
(4)用專用工具將管束抽出清理。
注意事項
(1)在換熱器拆卸前，應測量板束的壓緊長度尺寸，做好記錄，重裝時，應按此尺寸。
(2)換熱器抽芯檢查時，抽芯機械應有足夠的抽出力和推進力，能自動對中，且重心穩定，運轉靈活，安全可靠。
(3)換熱器在抽芯時，應將拆卸下來的零部件做好標記，妥善保管。
(4)換熱器芯子從抽芯機吊裝落地時，不得用鋼絲繩或其他銳利的吊具直接捆綁管束，管束水平放置時，必須支撐在管板或支持板上。
(5)吊裝換熱器時，參加起重施工作業的人員，應持證上崗。
(6)吊裝換熱器時必須有明確的指揮人員，指揮人員應由實踐經驗豐富、技術水平較高、組織能力較強的人擔任，指揮人員應佩戴鮮明的標志或特殊顏色的安全帽，吊裝指揮應充分了解并嚴格執行起重施工技術文件的規定。
(7)吊裝換熱器指揮時應站在能夠指揮各個工作崗位的位置，否則應通過助手及時傳遞信號，所發信號應事先統一，并做到準確、洪亮和清楚。
(8)吊裝換熱器，如遇雷雨大雪天氣、能見度低、風速大于10. 8m/s時應停止吊裝。
(9)所有人員嚴禁在起重臂和吊起重物下面停留或行走。
(10)使用卡環應使長度方向受力，抽銷卡環預防銷子滑脫，有缺陷的卡環嚴禁使用。
(11)起吊物件應使用交互捻制的鋼絲繩。鋼絲繩如有扭結、變形、斷絲、銹蝕等異?，F象，應及時降低使用標準或報廢。
(12)吊車站位應按施工方案確定的規格和位置設置，如發現有溝坑、井、地下管線等情況，應及時報告施工單位負責人采取措施。
檢查內容
換熱器拆卸后需要對換熱器各零部件進行檢查，及時發現缺陷并標記，及時采取方法進行處理。主要檢查內容有以下幾方面：
(1)清掃管束殼體。
(2)宏觀檢查殼體、管束及構件腐蝕、裂紋、變形，必要時可用表面檢測及渦流檢測抽查。
(3)檢查防腐層有無老化、脫落。
(4)檢查襯里腐蝕、鼓包、褶皺和裂紋。
(5)檢查密封面、密封墊。
(6)檢查緊固件的損傷情況。對高壓螺栓、螺母應逐個清洗檢查，必要時應進行無損探傷。
(7)檢查基礎有無下沉、傾斜、破損、裂紋及其他地腳螺栓、墊鐵等有無松動、損壞。
換熱器專用拆卸工具
拆緊工具
1)套扳手
套扳手是換熱器螺栓松緊中最常用、最為經濟和方便的手工工具，俗稱“緊頭”。
由于在螺栓拆緊的過程中，需加大錘沖擊力或用套筒加長力臂，才能拆開或上緊，這就要求拆螺栓的扳手有較大抵抗沖擊的能力，不打滑，壽命長。套扳手制造時，模具尺寸等于標準螺母外形尺寸+1m，沖壓制造。
2)沖擊式氣扳機（風動扳手）
沖擊式氣扳機又稱風動扳手，是拆裝螺栓、螺母的高效機械手工工具，廣泛應用于石化檢維修行業。在大檢修中能發揮十分突出的作用，在幾秒內就可將一只螺栓、螺母擰緊或拆下，因而能大大縮短換熱器檢修時間，而且使用十分安全簡便，風動扳手使用的動力源是壓縮空氣，所以在石化廠等有壓縮空氣管網的廠區，使用特別方便。
特別需要注意的是，風動扳手不能取代套扳手，原因是有些在高溫下使用的換熱器，螺栓與螺母咬死，拆卸困難，風動扳手的沖擊力不足以松開螺母，必須借助于套扳手長手柄，在大錘的沖擊下，取得大的沖擊扭矩，松開螺母。套扳手松開螺母后，再用風動扳手拆出螺母，將大大加快拆螺栓的工作效率。
換熱器熱緊，一般用套扳手，而不用風動扳手。
3)液壓扳手
液壓扳手用于高壓換熱器大規格螺栓的松緊。液壓扳手可精確控制高強度螺栓連接扭矩，提高螺栓螺紋連接質量和可靠性，是高壓換熱器檢修的必備工具之一。
