换热器知识最全解读
换热设备开工
换热设备开工指装置开工过程中换热器必须完成的工作程序或达到装置开工条件对换热器的必备要求。
换热设备基本开工程序：升温--螺栓预紧--置换空气--冷却器水侧预膜处理。
升温
使换热器达到装置所要求的基本温度，一般使用蒸汽作为预热的热载体。加热初期排气阀应打开，有蒸汽泄出后关闭。疏水器应保持在良好状态，及时排出凝水。升温应逐渐地进行，使加热速度不超过0.06℃s，并保证长度方向的温度梯度不大于30.4℃m。
螺栓预紧
为确保介质在运行过程中不发生泄漏，要求对换热器主密封面螺栓逐根进行热紧，消除螺栓热膨胀可能造成的压紧力下降。
在螺栓连接中，采用设计合理的预紧蝶簧，可有效防止由于螺栓热膨胀造成的压紧力下降。一般可免除热紧。
置换空气
对要求隔绝空气的装置，需用氮气置换空气，换热设备放空点氮气含量达到95%为合格。
冷却器水侧预膜处理
为保证换热器在循环冷却水系统中能长期、正常、稳定地运行，必须在投入运行前进行预处理。预处理包括清洗和预膜两项工作。
1)系统的清洗
清洗的目的是清除循环水系统中的铁锈、无机盐垢、沉淀物、生物粘泥等污垢，使换热器及其他设备有洁净和新鲜的金属表面，从而提高换热效率，并为设备的预膜创造条件。清洗应在开车前进行，以便清洗结束后，对清洗好的新鲜金属表面预膜处理，预膜结束后立即投入正常运行。清洗有机械清洗和化学清洗两种方法，最好结合使用。机械清洗可以节约清洗药剂的费用并减少排污的数量，而化学清洗则可除去腐蚀产物和硬垢，以及清洁机械方法无法清洗的部位。
2)预膜
预膜的目的是用预膜剂在洁净的金属表面上预先生成一层薄而致密的保护膜，使设备在运行中不被腐蚀，预膜过程应在清洗结束后立即开始。
换热器的日常检查内容
日常检查
日常检查是及早发现和处理突发性故障的重要手段。检查内容：运行异声、压力、温度、流量、泄漏、介质、基础支架、保温层、振动、仪表灵敏度等等。
温度
温度是换热器运行中主要的操作指标，测定及检查换热器中各流体的进、出口温度计变化，可以分析判断介质流量的大小及换热情况的好坏。传热效率主要表现在传热系统上，传热系统系数降低，换热器的效率也降低，通常传热系数在短时间变化较小，发生变化时会连续下降，定期测量换热器两种介质的出入口温度、流量，计算传热系数作记录图表，作为判断传热系数变化的依据。若低于某一定值，则应清洗管束以提高传热系数，保证一定的传热效率。
要防止温度的急剧变化，因温度剧变会造成换热器内件，特别是管束与管板的膨胀和收缩不一致，产生温差应力，从而引起管束与管板脱离或局部变形及裂缝，还会加快腐蚀及产生热疲劳裂纹。
用水作为冷却介质时，水的出口温度最好在38℃以下，因为超过38℃，微生物的繁殖加速，腐蚀生产物的分解也加快，引起管子腐蚀穿孔，同时结垢情况会加重，故出口温度最大不能超过45℃。
压力
通过对流体压力及进出口压差的测定与检查，可判断换热器内部结垢、堵塞情况及流体流量大小或泄漏情况。高压流体往低压流体中泄漏，使低压流体压力很快上升，甚至超压，并可能产生各种不良后果，对运行中的高压换热器应特别警惕这一点。
操作中若发现压力骤变，除检查换热器本身问题以外，还应考虑系统内部其他因素的影响，如系统阀门损坏及输送流体的机械发生故障，等等。
泄漏
换热器在运行中产生外漏是较容易发现的。对低毒介质轻微的气体外漏，可以直接抹上肥皂水或发泡剂来检查，亦可借助试纸变色情况检查。检查换热器外壳体表面涂层的剥落污染情况，来预测壳体的泄漏，是低压换热器检查壳体外泄漏点的一种常用方法。对严禁泄漏的中高毒性介质，最常用的方法是在易泄漏口，如法兰、接管处涂对该毒性介质反应非常灵敏的涂料，有毒介质发生微小泄漏，涂料颜色即会发生明显的变化，以此可作出迅速判断，采取措施。
定期对壳体各连接处周围空气取样分析，也能判断泄漏及泄漏量的大小，此法不仅准确可靠，操作方便，而且对外部、内部泄漏都适用，并且实现自动分析、记录及报警。
内部泄漏，操作人员不易直接发现，但可从介质的温度、压力、流量、异声、振动及其异常现象来判断。例如，某一换热器管内是压力较高的气体，管间是压力较低的液体，当列管穿孔时，管内的气体窜到管间液体中，从液体压力表中马上会反映出压力上升和压力波动大。由于气体窜入液体，引起液体剧烈的翻腾，造成压力波动，用听音棒会发现壳体内有异常的响声。如有较多的泄漏，用手摸壳体和液体出口管，会有振动的感觉。
对于冷却器，可在冷却水出口处对低压介质管上装上取样接管，定期取样检查，判断有无被冷却介质混入。当被冷却介质是气体时，可在冷却水出口管道上部装积气报警器，以此检测泄漏。
对一般换热器（不使用冷却水），在出口处对低压介质定期取样，可知有无泄漏，试验项目根据两介质的特性选取，如色相、密度、粘度和成分等。
振动
换热器内的流体一般有较高的流速，由于流体的脉冲和横向流动都会引起基础支架的振动，如支架结构位置不合适或螺栓的松动、折断等都会使振动加剧。要求控制振动偏差在250μm以下，超过此值，则需要检查处理。
保温
保温（保冷）层的损坏会直接影响换热器的传热效率，另外，由于保温（保冷）层一旦破损，在壳体外部就将积附水分，使壳体发生局部腐蚀，因此，发现保温（保冷）层破损应尽快修补，并且要采取措施，防止水分进入保温层内部。
换热器振动的防护
振动的原因及危害
换热器管子产生振动的原因主要有两种：一种是外界激振源引起的振动，如往复式机械（如往复式压缩机）的脉动气流引起的激振，或通过支撑构件或连接管道传来的振动。另一种是流体流动激振，又可分为管侧和壳侧流体激发的振动。由于一般情况下管侧流动激发的振动振幅小，危害性不大，往往可以忽略，除非在流速远远高于正常流速的情况下，管侧激振才需要考虑。换热器内的振动主要是壳侧介质所激发的，在正常流速下壳侧流动就可能引发很大的振幅，对换热管的危害最大。
研究表明，仅当流体诱发振动频率与换热元件的频率一致或相当接近时，才会使元件的振幅突然大幅度增加，从而导致其破坏。
换热管振动损坏情况主要有两种，即管子的磨损和管子材料的疲劳断裂。管子磨损又分为两种情况：一种是在振幅很大的振动情况下，管子与管子相互接触而磨损（磨平穿漏）成菱形，这种情况绝大多数产生在振动位移最大的中间跨度处。管子的热膨胀增加了振动磨损的可能性。这是由于管子的热变形扩大了引起接触的相对运动，致使管子产生六角形的磨损。另一种是管子与支撑板由于振动发生相对运动而产生磨损，导致管壁逐渐变薄而最后磨穿。另外，由于折流板（支承板）上的管孔通常都比管子外径大0.8~1. 2mm，振动管的管壁有可能被折流板（或支承板）切割、断裂，且当折流板很薄而材料比管材硬时尤其突出。接头的松弛与腐蚀同时存在的情况下，振动磨损增加，这种磨损形状呈马鞍形。在管子穿出管板处，也会由于振动而使管孔尖锐的边缘对管子起切割作用。
管子的疲劳断裂则是由于周期的循环激振（包括出现共振或微振的情况下）所造成的。因为当管子振动时，会出现反复弯曲作用的周期性交变应力。如果管子长久地承受很强的交变应力，管子的某些应力最高部位就会出现疲劳破裂。
振动破坏的位置一般出现在下列位置处：
(1)传热管件支承跨度中间位置处，由于管间相互碰撞，外观呈现明显磨口；
(2)紧靠折流板缺口处，换热管与折流板发生碰撞而遭磨损；
(3)折流板管孔内，传热管振动时折流板管孔边缘对传热管的锯切、碰撞，严重时会导致管子断裂；
(4)传热管原有的一些细小裂纹或缺陷，因振动逐渐扩展，最终导致破坏。
管子振动破坏多发生在壳程内介质是气体或蒸汽的场合，操作压力高于0. 8MPa则更明显。壳程内介质为液体时，也会发生管子振动破坏，但一般限于流体局部高速区的少数管子。
防振措施
防振的措施须从两个方面入手，即降低局部高速流体的流速和改变换热元件的固有频率。采取的主要方法有如下三种。
(1)降低流体在壳程的流速。
当传热管的固有频率一定时，降低壳程流速，就可避免激发共振，若运行条件不能改变，可在换热器进出口管处设计防冲板、导流筒或液体出口分配器等，降低壳程进出口处流速，使流体脉动值降到最低。当管束已采取过防振动措施，而效果不明显时，工艺上应考虑调整介质的流速。
(2)提高管子的固有频率。
提高管子的固有频率可大大减少共振的机会。提高频率的最有效方法就是减少跨距。管子的固有频率与跨距的平方成反比，跨距若减少20%，固有频率则可提高50%。对于U形管束，为了提高固有频率，可在管间绕以带条或插入杆、板以阻止管子运动。
(3)改变折流板的形式，以改变换热管的支承状况。
如折流杆式管束、螺旋折流板式管束等，都可大大改善管子的支承条件。
换热器清洗
清洗用材料
清洗用材料有：石油系溶剂、有机酸、无机酸、卤代烃溶剂、碱性化学水溶液、乳化液等。
石油系溶液及卤代烃溶剂对有机污物（主要是油脂）有较强的溶解能力，不能溶解无机物。有机溶剂对一些有机材料如橡胶、纤维品等可能有溶解或侵蚀作用。
有机酸、无机酸类材料主要包括：柠檬酸、盐酸、硝酸、硫酸、磷酸等，常加有缓蚀剂，适用于不同的设备基体材料，对水垢、铁锈等无机污物有较好的溶解作用。
碱性化学水液即碱性化合物水溶液，常加有表面活性剂。依靠对动植物油类的皂化作用而将其去除。它能溶解无机盐污物，对钢铁有钝化作用，对非铁金属材料在pH值高时会有侵蚀作用。
乳剂是以有机溶剂和乳化剂、水配成，乳剂清洗只用于清洗要求不高时。
清洗方式
清洗是依靠清洗剂对污物的溶解作用、皂化作用、化学作用，以及表面活性剂对污物的润湿、渗透、分散等物理作用，使污物溶解或分散。因固体表面有相对稳定的液膜，溶解后的污物自动离开金属表面以及表面上清洗剂的更新等都不是很容易，所以就要求加以搅拌、擦拭等方式，以完成清洗过程或提高清洗效果。
清洗方式有机械搅拌、擦洗、加温清洗、高压喷洗、蒸汽清洗、超声波辅助清洗和电解清洗等。
清洗方法的选择
选择清洗方法，要从如下因素考虑：
(1)污物的性质、种类与污染程度；
(2)被清洗物品的情况，包括其材料、形状、表面情况及对清洁度的要求；
(3)清洗用材料及设备的可用性；
(4)被清洗物品的数量多少；
(5)清洗前后工序的配合。
只有充分考虑了上述各种因素后，选择适当的清洗方法，才能得到最佳的清洗效果。
1．污物的性质
在设备表面的污物有各种各样的性质，主要可分为：水溶性污物、油溶性污物、铁锈及高温氧化皮、水垢，等等。
2．被清洗物品的情况
(1)碳钢材料制品一般可采用化学清洗方法，但是不锈钢、有色金属则要注意选择清洗方法；
(2)制品为组合件时，选择的清洗方法一定要考虑各种物品的性质，不能损害任何一种物品；
(3)形状复杂的物品，要考虑组件内是否存在缝隙、沟槽、孔洞等，如果因此而无法排尽清洗液，又不能拆除清洗，则要考虑选择适用的清洗方法；
(4)表面精度要求高的工件，不允许在表面有残留物，所以不适用化学清洗。
3．被清洗物品的数量
批量小的小工件，可以使用手工刷洗或擦洗。但数量多或大型工件宜采用机械化、自动化的清洗方法。
4．清洗材料及设备的可用性
主要是考虑清洗材料在使用中是否有毒性、易燃性等安全问题。石油系溶剂是易燃的；而且对于长期操作者，因溶剂与皮肤接触，会引起皮肤病。有的清洗方法需要相应的装备，如溶剂蒸气清洗应在密闭设备中进行，喷洗需要机械设备。
5．清洗处理前后的工艺
清洗要与前后工艺配合。例如，清洗前后的工序若都是以油类作润滑加工液，则清洗不宜采用水液。如果采用水液清洗，需先除油。清洗后还需干燥才能进行下一道工序。如果上下工序都以水液或乳液作切削加工，则清洗不宜采用溶剂，而以水液清洗为便。
换热器的腐蚀与防护
腐蚀特征
换热器的主要腐蚀部位是管子、管子与管板连接处及壳体。
1)管子的腐蚀
管子的腐蚀有全面腐蚀与局部腐蚀两种。全面腐蚀减薄时，寿命可以预测，局部腐蚀减薄如下图
离管子入口端40~50mm处的管端腐蚀是最容易发生的，这与入口介质的涡流磨损与腐蚀共存有关，管子内侧有残留物堆积或粘着也易产生点腐蚀。
2)管子与管板连接处的腐蚀
腐蚀主要分布在管板边、管板孔与管子之间的缝隙区，对单纯的强度胀接，会产生应力腐蚀裂纹。
3)壳体的腐蚀
壳体及其附件完全是焊接结构，因此焊缝及热影响区易发生腐蚀、裂纹，特别是处理腐蚀性介质时，由于焊接质量不好更容易发生。
当壳体材质与折流板材质的电解电位不同，折流板材质的电位高于壳体，且壳侧介质为电解质时，壳体内侧因此受电化学腐蚀，尤其当电解质是含离子化合物的水时腐蚀更剧烈。这种腐蚀易发生在卧式换热器的下部，如下图所示。
防止此类腐蚀的方法：
(1)壳程为电解质时，应避免选用不同电解电位材质的折流板；
(2)在已制成的换热器中有折流板对壳体的电化学腐蚀，要做到定期检查，折流板部分的壳体要重点检查；
(3)对已造成的壳体减薄，检修时对减薄部分堆焊；
(4)壳体外侧进行补强；
(5)对必须采用高电位折流板的壳体内侧应作贴衬处理。
防腐蚀措施
防止换热器腐蚀的最根本的方法是采用能耐介质腐蚀的金属和非金属材料，或采取有效的防腐蚀措施。
1)金属隔离层
在换热器与腐蚀介质接触的表面，通过一定的方法覆盖上一层耐腐蚀性较强的金属或合金，隔绝腐蚀介质与换热器的表面接触，常用的方法有衬里、金属堆焊、复合板、复合管和金属喷涂、渗金属等。
2)涂料保护
在换热器与腐蚀介质接触的表面，通过一定的涂覆方法，覆盖上一层耐腐蚀的涂料保护层，以避免与腐蚀介质直接接触，这是一种最经济有效的方法。
对防腐涂料的要求有以下三点：
(1)涂层要有较好的耐蚀性。涂料所形成的涂层，在接触各种酸、碱、盐、工业污水和污染大气等腐蚀介质时，应比较稳定，涂层既不能被腐蚀所溶解、溶胀或分解，也不能与介质起化学反应生成新的有害物质。
(2)涂层要有较好的防渗性，涂层在接触渗透性较大的液体和气体介质时，能较好地阻止渗透；涂层的防渗性除涂料本身的品质外，涂层的层数和厚度，也是达到较好防渗性必要条件，必须达到规定的涂层和厚度。
(3)涂层要有较好的附着力和柔韧性。不能因为换热器的振动或轻微变形就脱落，并要求涂层有一定的机械强度。
(4)涂层必须在运输、安装过程中保护好。
3)电化学保护
采用阴极保护和阳极保护两种。阴极保护是利用外加直流电源，使金属表面变为阴极而达到保护的目的。此法耗电量大，费用高，用得不多。阳极保护是把被保护的换热器接以外加电源的阳极，使金属表面生成钝化膜，从而得到保护。
防止应力腐蚀措施
换热管的应力腐蚀多发生在管和管板焊接部位，以及管与折流板交界处。这些部位都有局部应力集中，在腐蚀介质状态条件下，易产生应力腐蚀，表现为焊接部位出现裂纹；管与管板间的间隙，易产生CI-的聚集及氧的浓差，从而容易在管表面形成点坑或缝隙腐蚀，使它成为SCC（应力腐蚀开裂）的裂源。管子与折流板交界处，往往是由于管子长，折流板多，管子稍有弯曲，容易造成管壁与折流板处产生局部应力集中，加之间隙的存在，故其交界处成为应力腐蚀的薄弱环节。对于换热器的应力腐蚀，可采取以下方法防护：
1)消除CI-浓缩积聚的条件
对管子与管板采用新型连接结构——内孔焊接，这样可以从根本上消除管头的缝隙，杜绝Cl-在这里浓缩的可能性。
2)胀管段应占全管板厚度
目前消除管与管板间隙最简单实用的做法是强度焊加贴胀，但胀管深度应达管板底部，以消除全部缝隙。目前绝大多数制造厂和检修单位，采用的多辊式挤压机械胀管法，使管子产生塑性变形以及加工硬化现象，产生很大的残余应力。因此，对强应力腐蚀介质下的换热器，应对管板进行消除应力热处理。而采用静压式液袋、橡胶胀管法可大大降低管子外表面的拉伸应力。
换热器拆卸与检查内容
拆卸顺序
(1)换热器有保温层时，首先拆除管箱、大帽子保温；注意为了减少成本，所有换热器保温可重复利用，因此拆除保温时要尽量避免损坏，拆下的保温要用记号笔标明换热器位号，集中放置。
(2)拆卸出入口法兰螺栓，然后拆除设备连接管；拆除时，注意不要碰伤法兰面。拆下的零部件就近放置，做好标记，便于回装；螺栓要分开放置，做好标记集中存放，便于回装。
(3)用专用工具拆卸两端封头，同样注意不要碰伤法兰面。拆下的零部件就近放置，做好标记，便于回装；螺栓要分开放置，做好标记集中存放，便于回装。
(4)用专用工具将管束抽出清理。
注意事项
(1)在换热器拆卸前，应测量板束的压紧长度尺寸，做好记录，重装时，应按此尺寸。
(2)换热器抽芯检查时，抽芯机械应有足够的抽出力和推进力，能自动对中，且重心稳定，运转灵活，安全可靠。
(3)换热器在抽芯时，应将拆卸下来的零部件做好标记，妥善保管。
(4)换热器芯子从抽芯机吊装落地时，不得用钢丝绳或其他锐利的吊具直接捆绑管束，管束水平放置时，必须支撑在管板或支持板上。
(5)吊装换热器时，参加起重施工作业的人员，应持证上岗。
(6)吊装换热器时必须有明确的指挥人员，指挥人员应由实践经验丰富、技术水平较高、组织能力较强的人担任，指挥人员应佩戴鲜明的标志或特殊颜色的安全帽，吊装指挥应充分了解并严格执行起重施工技术文件的规定。
(7)吊装换热器指挥时应站在能够指挥各个工作岗位的位置，否则应通过助手及时传递信号，所发信号应事先统一，并做到准确、洪亮和清楚。
(8)吊装换热器，如遇雷雨大雪天气、能见度低、风速大于10. 8m/s时应停止吊装。
(9)所有人员严禁在起重臂和吊起重物下面停留或行走。
(10)使用卡环应使长度方向受力，抽销卡环预防销子滑脱，有缺陷的卡环严禁使用。
(11)起吊物件应使用交互捻制的钢丝绳。钢丝绳如有扭结、变形、断丝、锈蚀等异常现象，应及时降低使用标准或报废。
(12)吊车站位应按施工方案确定的规格和位置设置，如发现有沟坑、井、地下管线等情况，应及时报告施工单位负责人采取措施。
检查内容
换热器拆卸后需要对换热器各零部件进行检查，及时发现缺陷并标记，及时采取方法进行处理。主要检查内容有以下几方面：
(1)清扫管束壳体。
(2)宏观检查壳体、管束及构件腐蚀、裂纹、变形，必要时可用表面检测及涡流检测抽查。
(3)检查防腐层有无老化、脱落。
(4)检查衬里腐蚀、鼓包、褶皱和裂纹。
(5)检查密封面、密封垫。
(6)检查紧固件的损伤情况。对高压螺栓、螺母应逐个清洗检查，必要时应进行无损探伤。
(7)检查基础有无下沉、倾斜、破损、裂纹及其他地脚螺栓、垫铁等有无松动、损坏。
换热器专用拆卸工具
拆紧工具
1)套扳手
套扳手是换热器螺栓松紧中最常用、最为经济和方便的手工工具，俗称“紧头”。
由于在螺栓拆紧的过程中，需加大锤冲击力或用套筒加长力臂，才能拆开或上紧，这就要求拆螺栓的扳手有较大抵抗冲击的能力，不打滑，寿命长。套扳手制造时，模具尺寸等于标准螺母外形尺寸+1m，冲压制造。
2)冲击式气扳机（风动扳手）
冲击式气扳机又称风动扳手，是拆装螺栓、螺母的高效机械手工工具，广泛应用于石化检维修行业。在大检修中能发挥十分突出的作用，在几秒内就可将一只螺栓、螺母拧紧或拆下，因而能大大缩短换热器检修时间，而且使用十分安全简便，风动扳手使用的动力源是压缩空气，所以在石化厂等有压缩空气管网的厂区，使用特别方便。
特别需要注意的是，风动扳手不能取代套扳手，原因是有些在高温下使用的换热器，螺栓与螺母咬死，拆卸困难，风动扳手的冲击力不足以松开螺母，必须借助于套扳手长手柄，在大锤的冲击下，取得大的冲击扭矩，松开螺母。套扳手松开螺母后，再用风动扳手拆出螺母，将大大加快拆螺栓的工作效率。
换热器热紧，一般用套扳手，而不用风动扳手。
3)液压扳手
液压扳手用于高压换热器大规格螺栓的松紧。液压扳手可精确控制高强度螺栓连接扭矩，提高螺栓螺纹连接质量和可靠性，是高压换热器检修的必备工具之一。
