板式换热器泄漏情况

摘 要：本文分析讨论江苏新化某生产装置中板式换热器泄漏原因,并提供了相应的改进方案和预防措施,以确保该生产装置正常运行.

关 键 词：板式换热器；泄漏；腐蚀

引言

板式换热器具有传热效率高、占地面积小、低廉等优点,在化工生产被广泛使用[1]在装置实际运行情况和检修过程中,发现很多板式换热器出现不同程度的泄漏情况,不仅造成了经济损失,而且污染大气、危害工人身体健康.本文主要根据常见板式换热器的泄漏原因,并针对现场板式换热器泄漏原因进行分析讨论,提出解决改进方案.

1.板式换热器常见的泄漏原因分析

板式换热器应用越来越广泛,针对常见的泄漏问题,分析其主要原因有：板片腐蚀穿透、板片有裂纹、板片变形大、夹紧螺栓紧固不均匀和密封垫片问题等,具体失效形式可能由如下情况造成：

1.1.由于水质不达标加上水处理设备运行不当,且冷热介质温差,易在板式换热器板片表面形成积垢（碳化物、二氧化硅垢层）,从而引起导热不良、换热效果降低,严重的将产生的局部点蚀穿孔泄漏；

1.2.在板式换热器密封垫片槽底或板片封闭流道的角孔垫片外侧等缝隙处,会造成介质的滞留,由于滞留介质的电化学不均匀性而导致在此处产生的缝隙腐蚀泄漏；

1.3.板式换热器板片在制作压制过程中会产生一定残余内应力,若与介质中的一定浓度的卤素离子（如氯离子等离子）或H2S长时间的接触可能引起板片应力腐蚀开裂；

1.4.板式换热器不锈钢板片在焊接过程中造成晶间腐蚀；

1.5.板式换热器板片选材不当或使用期过长,超过了允许使用寿命造成泄漏；

1.6.安装或拆卸清洗的时候夹紧螺栓紧固不均匀,造成垫片、板片错位而泄漏；

1.7.安装垫片时,垫片上和垫片槽内有砂子、油污、铁屑和焊剂等杂物,造成密封面破坏而泄漏；

2.板式换热器泄漏情况实例分析

根据板式换热器常见的泄漏原因,结合实际装置中板式换热器的泄漏情况（观察泄漏处情况和查看泄漏板式换热器压力试验结果）和使用工况进行讨论,分析泄漏原因,提出改进建议.

2.1.使用工况介绍

本例装置中为全焊型板式换热器主要材质为不锈钢316L,换热面积为180,用于精馏塔塔顶气相冷凝,冷介质为工艺循环水,水温8～20℃；热介质为精馏塔塔顶气相,介质特性为易燃、易爆、低腐蚀,碳钢与不锈钢耐受性良好,热介质进口温度120℃,操作状态为连续精馏.

2.2.使用情况描述

该板式换热器,在使用不久后,换热效果明显降低.并且发生内部泄漏,换热器底板出现明显的腐蚀,拆开后观察泄漏处情况和观察压力试验后泄漏处情况有如下几个特点：

2.2.1.冷介质流程整体结垢严重,尤其是出口部位部分流道结垢堵死；

2.2.2.冷介质流程进口侧和出口侧经试压后发现,进口端无泄露点,泄露点主要均集中存在于出口端,且泄露点分布于液体分界线以上部分；

2.2.3.焊接接头（焊缝）处无泄漏,泄漏点集中分布于近焊缝端母材上成不规则点状分布；

2.3.泄漏原因分析

2.3.1.板式换热器结垢严重,因板式换热器使用地点靠近沿海,地处盐碱地,水质不达标,循环水中盐分可能较高,可能含有超标的氯离子,钙化盐,污泥微颗粒等成分,而且系统中水处理不够,由于热介质进口温度高,造成循环水在热介质进口处迅速被加热,属于有利于结垢环境,经使用后迅速结垢使流道变小或者堵死流道,冷介质由于流道变小,通量减小,换热面积减小,换热效果也大大降低,出口管箱出现汽液混合,在一定时间内汽体无法排出,出现汽液两腔,在分界液面上出现汽液混合腐蚀层；

2.3.2.由于板式换热器使用的冷却水水质较差,水中氯离子等含量较高,迫使不锈钢的抗点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性能降低,容易发生点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀,进而造成板片腐蚀穿孔或板片有裂纹,最终造成该板式换热器泄漏；

2.3.3.结合压力试验结果来看,冷介质进口（热介质出口端）无泄漏点,而泄漏点主要集中在冷介质出口端（热介质进口端）,故判断板式换热器的选材、设备制造安装焊缝质量和密封垫片问题不是造成泄漏的原因；

2.3.4.由于热介质进口温度高,成气相进入,在与冷介质间壁换热时,冷介质与板壁接触部分存在气蚀的物理条件,也不排除气蚀原因造成的腐蚀.

综上所述并结合造成板式换热器泄漏常见原因,总结出造成该板式换热器泄漏主要原因是由于水质不达标,导致板式换热器出口侧结垢严重,进而造成腐蚀泄漏.

2.4.改进方案

根据以上分析,可从以下几个方面进行改进和预防.

2.4.1.由于水质不达标是造成板式换热器发生泄漏的根本原因,故运行中需严把水质关,对进入系统的水质加强过滤（需定期清理过滤器）并进行水质化验,控制相关离子的含量,合格后方可进入换热系统；

2.4.2.装置中是全焊型板式换热器,结垢后清洗不便,可根据相关的工艺条件,部分符合工艺条件的可选择可拆式板式换热器替代,以方便清洗；然而可拆式板式换热器最薄弱的环节就是密封垫片,所以垫片要选择结构合理、质量可靠的密封垫片,并在安装使用检修过程中防治[2]；

2.4.3.对装置中的每台板式换热器进行工况分析,对容易造成板式换热器泄漏的工况进行优化调整或者选择其他型式的换热器替代（如管壳式换热器或列管式换热器等）；

2.4.4.针对每台板式换热器的不同工况,制定出不同的预防措施.

3.结束语：

经过改进之后,现场板式换热器泄漏现象已大大降低,减少了检修维护费用,降低了生产成本,确保装置生产正常进行.随着板式换热器被广泛应用于石油化工、食品、机械、冶金和船舶等领域,为了保证板式换热器的正常运行,了解常见板式换热器泄漏原因,制定有效的防治措施,显得尤为重要.