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一 管壳式换热器：又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构简单、造价低、流通截面较宽、易于清洗水垢；但传热系数低、占地面积大。可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是应用最广的类型。管壳式换热器的主要控制参数为换热面积、水流量、换热量、热媒参数等。 二 管壳式换热器结构：由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。 流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。
为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。 三 管壳式换热器特点： 1.高效节能。2.全不锈钢制作，使用寿命长。 3.改层流为湍流，提高了换热效率，降低了热阻。 4.换热速度快。5.结构紧凑，重量轻，安装方便，节约土建投资。 6. 设计灵活，规格齐全，实用针对性强，节约资金。 7. 应用条件广泛，适用较大的压力、温度范围和多种介质热交换。 8. 维护费用低，易操作，清垢周期长，清洗方便。 9. 增大传热系数，换热面积大。 10. 应用领域广阔。 11. 导流板引导壳程流体在换热器内呈折线形连续流动，导流板间距可根据最佳流速进行调节，结构坚固，能满足大流量甚至超大流量、脉动频率高的壳程流体换热。 12. 当壳程流体为油液时，适用于粘度低和较清洁的油液换热。 四 空分系统空压机一般占整个空分系统总能耗的 70-80%，在压缩过程中效率高低直接决定了空分能耗和产品成本。为了降低能耗，提高空压机效率。在设备维护使用上我们坚持五个一原则：一年在线更换一次空气过滤器滤筒。一季度停车反冲洗（反冲洗：把冷却器进回水全关，拆开进水阀后法兰，然后打开回水阀冲洗冷却器里杂物，淤泥等，直至反洗水干净后，反冲洗结束。）一次各冷却器。半个月在线更换一次空气过滤器滤布，一周在线清洗一次空压机叶轮。一小时点巡检一次。这次空压机停车检修是一季度冷却器反冲洗。油冷却器是管壳式换热器，反冲洗前油压(PIAS3061)282KPA，油温(TIA3052)41.3℃，油位(LIA3051)50.5%。油冷却器反冲洗结束后2.5小时油压(PIAS3061)281KPA，油温(TIA3052)41℃，油位(LIA3051)48.2%，油位下降2.3%，初步确定油冷却换热器管束发生垢下腐蚀现象，反冲洗时把腐蚀点周围杂物清理掉，导致漏点扩大，漏量增加。在线倒换油冷器，倒换油冷却器后油位(LIA3051)48.2%不在下降保持稳定。拆检有漏点油冷却器后发现一管束有腐蚀漏油现象并进行封堵。 五 管壳式换热器腐蚀分析：管壳式换热器的材料一般以碳钢、不锈钢和铜为主，其中碳钢材质的管板在作为冷却器使用时，其管板与列管的焊缝经常出现腐蚀泄漏，泄漏物进入冷却水系统污染环境又造成物料浪费。管壳式换热器在制作时，管板与列管的焊接一般采用手工电弧焊，焊缝形状存在不同程度的缺陷，如凹陷、气孔、夹渣等，焊缝应力的分布也不均匀。使用时管板部分一般与工业冷却水接触，而工业冷却水中的杂质、盐类、气体、微生物都会构成对管板和焊缝的腐蚀，这就是我们常说的电化学腐蚀。工业水无论是淡水还是海水，都会有各种离子和溶解的氧气，其中氯离子和氧的浓度变化，对金属的腐蚀形状起重要作用。另外，金属结构的复杂程度也会影响腐蚀形态。因此，管板与列管焊缝的腐蚀以孔蚀和缝隙腐蚀为主。从外观看，管板表面会有许多腐蚀产物和积沉物，分布着大小不等的凹坑。化学腐蚀就是介质的腐蚀，换热器管板接触各种各样的化学介质，就会受到化学介质的腐蚀。另外，换热器管板还会与换热管之间产生一定的双金属腐蚀。影响因素：管壳式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体（填料）表面，从而进行热量交换的设备，换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的设备，因此又称表面式换热器。影响设备管板腐蚀的主要因素有以下几点： （1）介质成分和浓度：浓度的影响不一，例如在盐酸中，一般浓度越大腐蚀越严重。碳钢和不锈钢在浓度为50%左右的硫酸中腐蚀最严重，而当浓度增加到60%以上时，腐蚀反而急剧下降； （2）有害杂质氯离子是换热器水介质中普遍存在的腐蚀性阴离子，氯离子会加快碳钢、不锈钢以及合金等金属的局部腐蚀。尤其在使用碳钢、不锈钢换热器的循环水系统中，应严格控制氯离子含量。不同程度的含有硫离子、氰离子、氨离子等，C，H2S，NH3等腐蚀成分，这些都是造成加速腐蚀的因素这些杂质在某些情况下也会引起严重腐蚀。 （3）温度：腐蚀是一种化学反应，温度每提升 10℃，腐蚀速度约增加1-3倍，但也有例外；腐蚀过程与循环水的温度也有很大的关系。随着循环水温度的升高，水的电导率增加，电极反应速度加快：同时水的对流和扩散随温度的升高而加强，使氧向金属表面的扩散加速，从而加速了金属的腐蚀。 （4）ph值：金属的腐蚀速度与循环冷却水的PH值密切相关，介质的pH值不同对设备产生的腐蚀程度的不同。在含有氧的酸性水中，pH值越低，金属发生腐蚀的速度越大，当H值在7-8附近时，金属的腐蚀速度基本不随pH值的变化而变化，当pH值较高时，尤其是在8-10区间，随着环境中pH值的增大，腐蚀速度降低。 （5）流速：多数情况下流速越大，腐蚀也越大。固体微粒引起的冲刷腐蚀，若在换热器介质中含有固体颗粒等杂质，将在高流速下对金属形成冲刷，造成金属的物理损伤和加速电化学腐蚀，冲刷腐蚀在水相换热器中广泛存在。 （6）结垢引起的腐蚀，其中换热器水质中由于含有钙镁盐产生的结垢最为严重，使得换热器管束发生垢下腐蚀，这是换热器管束穿孔的主要原因。钙离子。当循环冷却水中同时还存在S042-、SiO42-等离子时，会与Ca2+、Mg2+发生反应生成难溶解的硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐，在换热管表面沉积结垢，由于水垢的存在，降低了换热效果，容易引起管束的垢下腐蚀 （7）溶解氧。水中的溶解氧是参加阴极过程的氧化剂，一般情况下在循环水运行过程中，水中的氧含量越多，钢铁的腐蚀越严重。但在一些特定条件下，钢铁受溶解氧腐蚀会在其表面上产生保护膜，从而减缓腐蚀速度，此时水中的氧含量愈大，产生保护膜的可能性就愈大，所以会使腐蚀减弱。 六 换热器的腐蚀预防措施： （1）工艺防腐。工艺防腐普遍采用“一脱三注(脱盐， 注氨、碱、缓蚀剂)”的方法。工艺防腐技术的应用， 使得有害侵蚀杂质对设备的腐蚀显著降低，从一定程度上确保了设备能够正常运行。 (2) 升级设备的材质。实际应用过程中发现， 换热器的腐蚀种类复杂多样， 单纯的某一种高性能不锈钢是无法适应其防腐要求。因此针对不同的腐蚀类型防腐的材料也应该不断地更新。使用一些非金属材料、Ti等贵金属材料对设备的腐蚀起到明显的保护作用。 (3) 防腐表面工程技术。根据换热器基体材料使用环境的需要设计表面防腐层， 使其达到预防、控制基体材料腐蚀的目的。防腐表面工程技术包括热浸镀、表面转化技术、电沉积、涂装等。 (4) 针对不同腐蚀形式的预防措施。换热器的腐蚀形式具有多样性， 应根据腐蚀程度、部位及经济成本等因素选择防腐措施。根据换热器材料的组织状态、缓蚀剂的适用性、阴阳极保护形式进行分析、选择、改进，以便使换热器的材料达到最佳的耐腐蚀效果的目的。 (5) 渗、镀耐蚀层。渗锌是钢铁材料防腐蚀的最经济和最普遍的方法之一， 它是在锌的熔点温度以下使活性锌原子渗入工件表面的化学热处理工艺。镀覆表面处理中具有代表性的是化学镀镍磷技术， 非晶态镍磷合金由于没有晶界、位错等缺陷，具有较高的抗腐蚀性能。 （6）换热器根据不同的实际情况，防腐蚀技术方法也不同。但大多数控制腐蚀的方法均围绕以下三种思路进行：①使金属表面与环境介质隔离②改善金属电位，使阳极或阴极反应在可控制范围内；③使用高耐腐蚀金属。 七 换热器管束是由内向外腐蚀发生穿孔，并且存在深度不等的蚀孔和蚀坑。管束穿孔的原因很大可能是由垢下腐蚀引起的。在循环水作用下，垢层周围金属和垢层下金属形成了大阴极－小阳极的“氧浓差”腐蚀电池。空分设备一般用江河湖泊或地下水作为冷却水。通常含有悬浮物以及钙，镁称为硬水。易堵塞冷却通道，过滤网及阀门等。钙，镁在水温45℃以上时易生成沉淀物即水垢，水温越高越易结垢，水垢附着在冷却器的管壁使换热器易发生腐蚀，氮水预冷系统的填料，喷头或筛孔等处不仅影响换热，降低冷却效果，而且有碍冷却水或空气的流通，严重时会造成设备故障。氮水预冷系统供排水最好为独立循环系统，因为冷却水在塔内温升大，排水温度高，结垢严重，该系统尽可能采用低硬度水或软水。对压缩机冷却水温度一般＜28℃，排水＜40℃。定期对换热器进行排污，防止水中杂物聚集换热器内。换热器运行期间，严格控制循环水的ｐＨ值和水中的溶氧量，并且尽可能提高循环水流动的速度，以使水中的沉淀物不会在管束内壁沉附；严格按照循环水的控制标准控制水中各离子的含量，尤其是Ｃｌ－的含量；换热器在安装、试运行期间要进行试压、酸洗除锈等措施，尽可能确保没有锈层的存在；油冷换热器防止水进入油侧一般控制油压大于回水压力。 1 循环冷却水控制参数（执行标准GB/T50050-2017工业循环冷却水处理设计规范） 浊度 ≤10 NTU, 电导us/cm ≤2500 ， 氯离子mg/L ≤700, PH值 7.0—9.5， 总碱度mg/L ≤700， 钙硬度mg/L ≤300 ，总磷mg/L ≤3 ，总铁mg/L ≤1 ，硬度mg/L ≤1000， 油类mg/L ≤ 5， 2 循环冷却水换热设备的控制： （1） 设备传热面水侧粘附速率不应大于 15mg/(cm2.月)； （2）碳钢设备传热面水侧每年腐蚀平均深度应小于0.075mm/a； （3）铜及其合金和不锈钢设备传热面水侧每年腐蚀平均深度应小于0.005mm/a； （4） 新系统设备首次投用前的预膜；后续根据系统设备运转情况每1-2年进行清洗、预膜处理。 （5） 达到换热器与空、水冷塔不结垢、不结晶、不腐蚀、不积淤泥、不堵塞换热器水侧管道。 参考资料： ［１］赵敏，康强利，路云海．常顶换热器腐蚀失效分析及对策［Ｊ］．石油化工腐蚀与防护，２００８，２５（４）：３２－３４． ［２］FranchD N．Metallurgical failure in fossil fired boilers [M]．NewYork:John wiley＆sons，1993． ［３］师红旗，丁毅，马立群．蒸发器管束腐蚀失效分析［Ｊ］．腐蚀科学与防护技术，２０１０，２２（５）：４５５－４５７． ［４］李启中．金属电化学保护［Ｍ］．北京：中国电力出版社，１９９７． ［５］林玉珍，杨德钧．腐蚀和腐蚀控制原理［Ｍ］．北京：中国石化出版社，２００７． ［６］张卫斌，龚德胜，羿仰桃．重整装置预加氢进料换热器管束失效分析［Ｊ］．石油化工腐蚀与防护，２０１１，２８（２）：６３－６４． ［７］魏宝明．金属腐蚀理论及应用［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９８４． ［８］黄永昌．金属腐蚀与防护原理［Ｍ］．上海：上海交通大学出版社，１９８９． ［９］曹楚南．腐蚀电化学原理［Ｍ］．第３版．北京：化学工业出版社，２００８． ［１０］高丽岩．换热器管束失效分析［Ｊ］．化工装备技术，２００５，２６（４）：５４－５６． ［１１］胡广深，李贤，曲文非．碳钢换热器Ｕ型管腐蚀失效分析［Ｊ］．石油化工设备，１９９８，２７（１）：４－８． ［１２］王金山，锈良田．氧化铁垢下腐蚀［Ｊ］．中国锅炉容器安全，１９９６，１２（５）：４９－５０． ［１３］朱世懂，白真权，刘会，等．Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋对Ｎ８０钢腐蚀速率的影响［Ｊ］．腐蚀与防护，２００８，２９（１２）：７２４－７２６．（Ｅｄ．：ＺＷ，ＣＰ） ［１4］ 李志安，金志浩，金丹主编. 过程设备制造. 北京：中国石化出版社, 2014.08. ［１5］ 叶天泉,孙杰,王岳人等;侯冰,杨兆生,马恒旭等．城市供热辞典：辽宁科学技术出版社 ，2005-09 本论文相关话题请扫码进群交流： END |
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