11熱交換器的定期檢驗

1、 熱交換器。熱交換器的范圍比換熱器更加廣泛。熱交換器這一行業(yè)還在飛速發(fā)展，在這一領(lǐng)域中，總是會 有新的概念產(chǎn)生。 苫埼悔或樣依 燈用“粗，不橫相，酊擊匆HOC TO/30CJ(i.tt 立彈 flffie*,以下可簫卸,丈 Tie*為囹定式 用，3030CBUCBU1 1不糙根黃娟.林.司首賃麟接，琥克耀戴青開漕違鞭 怛可設(shè)用曝播片者. 內(nèi)容提要 1.熱交換器概述 2.熱交換器的特點 3.管殼式熱交換器的失效模式 4.管殼式熱交換器檢驗研究 5.熱交換器檢驗展望 1.熱交換器概述 1.1什么是熱交換器 1.2熱交換器中的壓力容器 1.3熱交換器定期檢驗存在的問題 1.1什么是熱交換器 熱交換器

2、(heatexchanger)是一種在不同溫度的介質(zhì)之間實現(xiàn)熱量傳遞的設(shè)備 我們這里所說的熱交換器原來使用換熱器這一名稱, GB/T151在2014版中將名稱由管殼式換熱器改為 望用橇加工析毒破苣孔的方法，加度由鐮小折流植雪孔厲管子間的園原，灌回像崎佳哥過的渣勖.并遇浦憂北設(shè)計無定折薛頓切開軍耳憫距. 嘉偉 nffflftfcTfeSW.nffflftfcTfeSW.量大用度的崎門奇體用折就包間的耶1 11 1餐小壬追評,循像最佳的叫短果. 在帙強(qiáng)觸式 GB/T7635.1-2002全國主要產(chǎn)品分類與代碼第一部分：可運(yùn)輸產(chǎn)品中代碼為43911.151 1.間壁式換熱器共有6類22種（43911

3、.151） 1）管殼式換熱器：固定管板式、浮頭式、U型管式、填料函式、外導(dǎo)流筒式、折流桿式、螺紋管式、 板桿式、雙殼程式、釜式; 2）套管（雙套管）換熱器; 3）蛇管式換熱器：沉浸式、噴淋式; 4）緊湊式換熱器：墊片式、半焊式、板式全焊式、螺旋板式、板翅式、傘板式、板殼式; 5）特殊式熱交換器：雙套管式; 6）空氣預(yù)熱器 1.2熱交換器中的壓力容器 倒中牌 G鼾門7&韭.1.七 出用懺光式聞11皆在#象宜，口里管式 r/畀曲式，界itit忖,內(nèi)泣舁丹7 7恒葡屈檸其 r 整點K!.K!.美式）顯居制曾，領(lǐng)席囂近段丈，甫出式蛇什卜提外出?。喝Γ核玮沊 X，出端工曳，匕找熟卻,康及式.斷

4、題式.韭根式,掘我式展料妗】接母券.阿壁同鹿津衰犯注星低（國式.她管占由晶分史芾1 1決焙器1 1仝/裁新學(xué)、然式換博H.H.在排排*式（，性式. .通*不*F埔武.整酎式口渣鼻修海床接觸屯物4 4語開段式風(fēng).式，機(jī)就風(fēng) 褥 0.克溫於后鼻t t干式空氣望騏空J(rèn) J空4 4 謹(jǐn)常才式空氣等0 0鄢 ，灌性，過河睛冒 祐立也打鞋釐甲部短圖,8!,8!情耳 同武株MKMK 中是人 KJ 匕承”時 S祖五州: 4.il/1出口出口70|n*-*kkiAwT .、，出入麟晨，11中111，111111由通心胃u。. ，2*JitEI* 5白 (1)工作壓力大于或者等于0.1MPa； (2)容積大于等于

5、0.03m3且內(nèi)直徑(非圓形截面指截面內(nèi)邊界最大幾何尺寸)大于等于 (3)盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體以及介質(zhì)最高工作溫度高于或者等于其標(biāo)準(zhǔn)沸點的液體。 不在容規(guī)監(jiān)管范圍的熱交換器 鋁制板翅式熱交換器 第二組介質(zhì)的無殼體的套管熱交換器、螺旋板熱交換器 超高壓管式反應(yīng)器 *可拆卸墊片式板式熱交換器(包括半焊式板式熱交換器)、空冷式熱交換器、冷卻排管、釬焊板式熱 交換器 *常壓容器的蒸汽加熱盤管 熱交換器產(chǎn)品產(chǎn)值結(jié)構(gòu) 產(chǎn)品分類 比例 具體類型 細(xì)分比例 行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 換熱壓力容器 60% 管殼式熱交換器 螺旋板式、板殼式 及其它熱壓力容器 90% 10% 54% 6% 非壓力容器熱 交換器 40% 板

6、式熱交換器 空冷式熱交換器 板翅式熱交換器 70% 15% 15% 28% 6% 6% 空冷式接熱器 1.3熱交換器定期檢驗存在的問題 管殼式熱交換器在壓力容器熱交換器中占絕大多數(shù)，這里我們將對管殼式熱交換器的檢驗進(jìn)行討論。 對于特種設(shè)備檢驗員來說，熱交換器的檢驗?zāi)康木褪菫榱藵M足固容規(guī)的管理要求。下面我們羅列了管殼式熱交換器檢驗中存在的幾個問題。150mm 管殼式換熱器 54% 板翅式換熱器 6% 螺旋板式,板殼 式及其它 后面我們將圍繞這幾個問題展開討論O b bH H熊正 二方號,白白ewcHd壓力容器 檢驗檢測 EJMEJM叫UMnUMn lulitlulit O0 0 rtvrtv 0

7、 常減體弱世 Rk 灌業(yè)南事電，如,算RU：，：，汨:，HrtTT而卻看，隔產(chǎn) T*炳屬安鼠比.胃* H-1%津MitBfFfc 比*H力/巧4* 口力二軸叮，:尸制內(nèi)弓U. 同三同中iWi己茅 QQ *it.i 隨OO 00 匯一單由 :才（30 GXD 1TF慟 .nHrfFCJ0;金丸 浮頭式換熱器 壓力容器本體中的主要受壓元件，包括筒節(jié)（含變徑段）、球殼板、非圓形容器的殼板、封頭、平蓋、 接管和管法蘭。 熱交換器的管板和換熱管很難通過檢驗給出安全狀況等級。 熱交換器定期檢驗存在的問題 、熱交換器的管板和換熱管很難通過檢驗給出安全狀況等級。 、熱交換器管束的新檢測技術(shù)沒能很好的在定期檢驗

8、中應(yīng)用 三、熱交換器的泄漏檢測往往被檢驗員所忽視。 RP572壓力容器檢驗中有所描述。我國油標(biāo)委將其翻譯成為SY/T6552-2003石油工業(yè)在用壓力容器 檢驗的推薦做法。其中在資料性附錄C中提到了幾種熱交換器的檢驗。 膨脹節(jié)、設(shè)備法蘭，換熱器的管板和換熱管，M36以上（含M36螺柱以及公稱直徑大于或者等于 250mm勺 關(guān)于熱交換器管束的定期檢驗?zāi)壳斑€沒有全面的描述文章?；蛘哒f是沒有能夠說清楚的文章。 只有API 1，4 也比照O .TJiMU-U 換熱器心 :HEATEXCHANGER 管束檢驗的第一步是通過外觀檢驗建立腐蝕模型。其中敘述了外觀檢驗中應(yīng)注意的問題，并提到抽出管子確定其壽命。

9、介紹了管殼式熱交換器的易腐蝕部位。 但是如何確定管束及管板的安全狀況等級的問題還是沒有任何程度的解決， 同時對于如何建立腐蝕模型，如何確定管子壽命也沒有進(jìn)一步的說明。 1L小 .1!I4 MHJvaMB 2 .熱交換器的特點 一、所有熱交換器都至少有兩程 也就是說至少有兩種以上的介質(zhì)在各自的封閉空間內(nèi)流動。 二、管束比殼體更脆弱 管束比殼體失效的概率更大。 由于管束大多都在殼體的包封內(nèi)， 所以管束的失效所帶來的火災(zāi)及爆炸等風(fēng)險不如殼體明顯。 三、在工藝裝置中，如果不考慮定期檢驗的需要，熱交換器是停工檢修中打開幾率最高的工藝設(shè)備。 同時也是對工藝裝置運(yùn)行狀態(tài)反映信息最多的設(shè)備。 四、熱交換器在靜

10、設(shè)備中是造成非計劃停工最多的工藝設(shè)備。 五、熱交換器還是目前特種設(shè)備中社會服務(wù)程度比較低的，同時也是用戶服務(wù)需求比較高的工藝設(shè)備O 3 .管殼式熱交換器的失效模式 3.1 熱交換器殼體的失效模式 熱交換器殼程的失效模式及特點與壓力容器無根本區(qū)別，在其它課程中也有所描述，這里不再贅述。 這里我們要強(qiáng)調(diào)的是密封面泄漏的問題。最近出過的幾起重大熱交換器事故都是由熱交換器密封面失效造成的。我參與處理的事故就有四起。 熱交換器泄漏檢測由誰來負(fù)責(zé)？ U少！巖 F 弋換來12號 3.2 管殼式熱交換器管束的失效模式 我們在這里主要討論一下管束的失效模式。關(guān)于熱交換器管束失效分析類的文章很多，但是目前沒有將哪

11、一篇文章將熱交換器管束的失效模式系統(tǒng)地歸納起來。許多篇文章中試圖將這一問題描述清楚，但是都沒有達(dá)到理想的效果。 在這里我只能就我所認(rèn)識的管束失效模式進(jìn)行討論。 一、溫差應(yīng)力 由于熱交換器的工藝特性是兩種以上的介質(zhì)進(jìn)行熱量交換，因此在熱交換器中溫度差是不可避免的。在設(shè)計時必須對此充分考慮，不能因溫差應(yīng)力造成熱交換器的損壞。 但是因溫差造成熱交換器損壞的案例時有發(fā)生，主要體現(xiàn)在管板開裂、管頭開裂和密封面泄漏等三個方面。在熱交換器檢驗中如果發(fā)現(xiàn)這三個現(xiàn)象，則應(yīng)考慮溫差應(yīng)力的問題。 、腐蝕與應(yīng)力腐蝕 腐蝕與應(yīng)力腐蝕是熱交換器管束失效的常見問題，在這一方面的研究文章很多，但是沒有哪個專家能 夠?qū)⑦@一問題

12、全面的闡述清楚。這也就是API572要求通過外觀檢驗建立腐蝕模型的原因之一。 我們知道影響腐蝕的因素有材料、溫度、壓力、介質(zhì)中的有害元素含量、介質(zhì)的pH值及介質(zhì)的流速等六個基本要素。首先這六個維度的組合就非常復(fù)雜。 我認(rèn)為對于管殼式熱交換器管束的失效研究首先要對熱交換器的失效類型及失效風(fēng)險分類，根據(jù)分類建立各個類型的失效模型，根據(jù)模型決定檢驗方法。這樣就能解決管殼式熱交換器管束安全性能等級的問 題。 4,管殼式熱交換器檢驗研究 所有管殼式的熱交換器都是由筒體（外殼），管箱（封頭）、管板和管束組成的。目前絕大多數(shù)檢驗機(jī)構(gòu)在實施熱交換器檢驗時都僅對筒體和封頭進(jìn)行檢驗，這一部分的檢驗技術(shù)與普通壓力容

13、器的檢驗沒有區(qū)別，具體方法可參考換熱器一書。 在檢驗中要特別注意密封面的檢驗，泄漏試驗要采取可靠的試驗方法。比如熱態(tài)泄漏試驗等。 管殼式熱交換器的管板和管束的檢驗，是目前正在研究的問題。相對于現(xiàn)有的認(rèn)識來說，確定其安全狀況等級要面對許多不確定因素。 3.3 管束的檢驗過程及存在的問題 一、資料審查 兩種物流的進(jìn)出口溫度差決定了熱交換器的溫差程度。什么樣的溫度變化能夠影響管束的完整性呢？ 到影響腐蝕的因素大致有材料、溫度、壓力、介質(zhì)中的有害元素含量、介質(zhì)的pH值及介質(zhì)的流速等六個基 本要素。變化到什么程度才能對管束的腐蝕造成顯著地影響呢？ 二、檢驗前的準(zhǔn)備 實施檢驗前熱交換器是否要打開？ 保溫是

14、否要拆除？ 如果我們無法對管束的安全狀況等級下任何結(jié)論，那么打開熱交換器還有什么意義呢？ 打開后還會增加泄漏風(fēng)險，大多熱交換器泄漏事故都是檢修后開工時因密封面的泄漏引起的。 三、宏觀檢驗 在APIRP572中提出通過對管束的外觀檢驗建立腐蝕模型，前面也反復(fù)提到建立腐蝕模型的問題。 腐蝕模型確定外觀檢驗。 腐蝕調(diào)查就是在裝置檢修時對打開的部位進(jìn)行一次全面的目視檢測，包括部分熱交換器。但是這一檢測方法經(jīng)過進(jìn)一步的深入研究，一定會成為承壓類特種設(shè)備檢驗的發(fā)展方向之一。 四、無損檢測 目前可應(yīng)用于熱交換器管束檢驗的無損檢測方法有很多， 比如渦流檢測， 旋轉(zhuǎn)超聲檢測、 漏磁檢測及管頭的射線檢測等等，隨著

15、時間的推移還會有更多的無損檢測方法發(fā)明出來。 可是這些方法用于管束檢測后能否得到有效的安全狀況等級就沒有定論了。 五、泄漏檢測 前面講過，熱交換器的泄漏檢測是一個在檢驗過程中容易忽略的問題，但又是引起熱交換器事故最多的問題。熱交換器的泄漏試驗由誰來做？如何做？就是一個不得不認(rèn)真研究的問題了。 3.4 管束檢驗問題的解決方案 徹底解決熱交換器管束的檢驗問題并不是不可能，目前我們檢驗工作者對熱交換器檢驗的研究已經(jīng)相當(dāng)多。下面我們系統(tǒng)地梳理一下需要解決的主要問題： 1）管殼式熱交換器風(fēng)險分類 2）分類建立管殼式熱交換器失效模型 3）熱交換器運(yùn)行條件與失效的關(guān)系研究 4）檢驗方法針對失效的有效性研究

16、5）熱交換器的泄漏檢測研究 1）管殼式熱交換器基于風(fēng)險的分類可結(jié)合大數(shù)據(jù)的概念來完成，在這里要充分考慮熱交換器的停工風(fēng) 險?，F(xiàn)有的熱交換器失效分析的文章很多，失效的案例也很多，但是缺乏系統(tǒng)的整理。如果能夠?qū)ο喈?dāng)數(shù)量的樣本進(jìn)行統(tǒng)計和歸納，完全能夠完成管殼式熱交換器的風(fēng)險分類。 解決了分類的問題，后面的四個問題就都容易解決了。 2）建立腐蝕模型應(yīng)該在風(fēng)險分類的基礎(chǔ)上進(jìn)行。 腐蝕模型應(yīng)考慮停用、開工、運(yùn)行、停工、檢修、修理等各個工況。 腐蝕模型要充分體現(xiàn)材料、溫度、壓力、介質(zhì)中的有害元素含量、介質(zhì)的pH值及介質(zhì)的流速等六個基 本要素對腐蝕和應(yīng)力腐蝕的作用及其基本影響。 3）熱交換器運(yùn)行條件與失效的關(guān)

17、系研究案例 熱交換器的運(yùn)行條件與失效的關(guān)聯(lián)關(guān)系對決定熱交換器的安全狀況等級有著直接的關(guān)系，國外這方面 的研究主要體現(xiàn)于確定操作窗口。但是由于缺乏熱交換器的風(fēng)險分類和失效模型（腐蝕模型），這一技術(shù)的應(yīng)用效果并不理想。 在這里我介紹一下我近年來對這一相關(guān)技術(shù)研究的一點兒成果。 游離水分析與管束腐蝕模型 ASTM 腐蝕分為五大類： 均勻腐蝕； 局部腐蝕； 冶金質(zhì)量引起的腐蝕； 環(huán)境引起的開裂； 微生物引起的腐蝕。 熱交換器介質(zhì)中的水有多種形式（相態(tài)）存在，其中對設(shè)備能夠造成腐蝕的只有一種，液態(tài)水。對熱交換器中的各個部位進(jìn)行液態(tài)水分析，掌握液態(tài)水的分布，也就掌握了熱交換器腐蝕的關(guān)鍵。 工藝介質(zhì)的兩個最

18、基本的操作參數(shù)是溫度和壓力，而決定水的相態(tài)的參數(shù)也正是這兩個參數(shù) 多相混合物分離 在某一壓力下，對于混合物中某一組分來說，假設(shè)冷卻前處于氣相點1,在達(dá)到上分離線之前隨冷卻 過程的進(jìn)行，混合物濃度不變，但溫度不斷下降，達(dá)到2g點溫度時，該狀態(tài)下混合物中某一相首先開始凝結(jié)，液相濃度達(dá)到2f點。 u拘置的斷比1 工藝介質(zhì)的兩個最基本的操作參數(shù)是溫度和壓力，而決定水的相態(tài)的參數(shù)也正是這兩個參數(shù)操作壓力p 操作溫度T 水分析中采用操作溫度 水分析中的水分壓 P=(p+1atm)V水/V 0TiOt!T2 游離水分析流程框圖 確定分析的裝置范國 確定分析范國中的節(jié)點 確定各個進(jìn)入介質(zhì)的水含量 節(jié)點間設(shè)詈的

19、腐蝕分析 無水 重新確定水含里 下一節(jié)點分析 220atm 冰 452mwHg F IA(220atm,374 !：00098 Li IJL匚有水 下一節(jié)點分析 atm,-20%) 逐個分析福一節(jié)點 水的也和翥汽用及 LOW 101. (L570 100.0 413.69 6盹4 %77.0 5時4 235a-1 L05 L232 120.85 Q703 105.1 4也03 641.3 265.0 5S6.3 2245.4 110 1.451 143,$1 a3251 110.1 m97 64X3 cmi 53X1 燈 N0 L15 1.724 169.1! 115.2 -432.32 645.2 2701.3 530.0 2219.0 E1Q 1 郭，但 L1199 617.0 FOB.9 百為 125 367 332.19 135.d 535.02 6疵 2716.1 5肛方 L 值 蜻 0 工雙 27aM 546,38 680 2753-9 5W.1 力”.6 135 3. 313.1! 1.715 135.6 567.73 652.S 2731.02731.0 516 2163.$ 110 3.翦5 361.17 1.9B2 110.7 甌06 兩.9 2737.7 513-2 2I4a7 H5 115.72 X233 115.9 410,8