尚慧淵

(中鹽吉蘭泰氯堿化工有限公司，內(nèi)蒙古 阿拉善盟 750336)

板式換熱器是一種由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過板片進(jìn)行熱量交換。板式換熱器是液-液、液-汽進(jìn)行熱交換的理想設(shè)備。它具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、占地面積小、安裝清洗方便、應(yīng)用廣泛、使用壽命長等特點(diǎn)。在相同壓力損失情況下，其傳熱系數(shù)比列管式換熱器高3～5倍，占地面積為管式換熱器的1/3，熱回收率可高達(dá)90%以上。

1 板式換熱器的使用現(xiàn)狀

中鹽吉蘭泰氯堿化工有限公司(以下簡稱“中鹽吉蘭泰”)現(xiàn)場換熱設(shè)備大部分使用的是板式換熱器，它承擔(dān)著不同介質(zhì)的換熱工作，酸、堿、蒸汽、氯水、鹽水等等，影響著工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行及消耗，所以板式換熱器在中鹽吉蘭泰起著舉足輕重的作用。自投產(chǎn)以來，板式換熱器的檢修一直困擾著維修人員。板式換熱器外漏只能進(jìn)行簡單的緊固作業(yè)，漏點(diǎn)能消除則罷，若消除不了，也只能遮蓋漏點(diǎn)勉強(qiáng)使用；有內(nèi)漏也只能維持使用，不輕易進(jìn)行拆解檢修，給工藝生產(chǎn)帶來了巨大的安全隱患。

板式換熱器流道堵塞故障也是非常令人頭疼的事情，由于建設(shè)初期把關(guān)不嚴(yán)，很多換熱設(shè)備在投用之前沒有進(jìn)行有效的吹掃作業(yè)，因此，短時(shí)間運(yùn)行后就出現(xiàn)了堵塞，在設(shè)備企業(yè)售后人員的協(xié)助下解決了此類問題。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，板式換熱器在中鹽吉蘭泰不能發(fā)揮有效的作用，一直制約公司的穩(wěn)定生產(chǎn)，因此，中鹽吉蘭泰將板式換熱器的維修作為重要的課題進(jìn)行攻關(guān)。

1.1 板式換熱器介紹

1.1.1 結(jié)構(gòu)

板式換熱器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。板式換熱器主要有框架式(可拆卸式)和釬焊式兩大類，板片形式主要有人字形波紋板、水平平直波紋板和瘤形板片3種。下面主要以可拆卸式框架、人字形波紋板片為例進(jìn)行介紹。

1—后立柱;2—上導(dǎo)桿;3—活動(dòng)壓緊板;4—下導(dǎo)桿;5—固定壓緊板;6—換熱板片及膠墊;7—夾緊螺栓。圖1 板式換熱器基本結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Basic structure of plate heat exchanger

1.1.2 橡膠墊材質(zhì)及其安裝方式

(1)板式換熱器橡膠墊材質(zhì)如表1所示。

表1 板式換熱器橡膠墊材質(zhì)Table 1 Material of rubber gasket for plate heat exchanger

中鹽吉蘭泰主要采用的是三元乙丙橡膠墊片。

(2)密封墊片在換熱板片上的安裝方式主要分為以下3種形式。①直接粘貼式。在板片密封槽及密封墊片上涂抹膠水(魚珠膠)，等膠水略為晾干后，將其直接粘在換熱板片的安裝槽中；要注意膠墊一定完全貼合于板片的密封槽內(nèi)，不得扭曲和凸出密封槽。②膠釘鑲嵌式。換熱板片上設(shè)計(jì)了裝配孔，在密封墊片的邊上設(shè)計(jì)有膠釘，將密封墊片放入安裝槽后，將膠釘鑲嵌在裝配孔中；要注意膠墊的平整度，膠墊與板片密封槽要完全貼合。③扣裝式，在密封墊片的邊上設(shè)計(jì)有扣釘，用扣釘將密封墊片扣裝在換熱板片上；要注意山字扣釘左右兩邊應(yīng)在板片邊緣的凹槽內(nèi)，不得有明顯的凸起及錯(cuò)扣，注意膠墊正反面，不得反轉(zhuǎn)使用。

1.1.3 板片

可拆卸板式換熱器是由許多沖壓有波紋薄板按一定間隔(四周通過墊片密封)，用框架和壓緊螺旋重疊壓緊而成。板片和墊片的4個(gè)角孔形成了流體的分配管和匯集管，同時(shí)合理地將冷熱流體分開，使其分別在每塊板片兩側(cè)的流道中流動(dòng)，通過板片進(jìn)行熱交換。中鹽吉蘭泰板式換熱器板片材質(zhì)有鈦材(適用于鹽水、氯氣氯水)、鎳材(適用于堿系統(tǒng))、316不銹鋼材質(zhì)(適用于循環(huán)水、純水)。

1.2 板式換熱器常見的故障及原因分析

1.2.1 外漏

外漏主要表現(xiàn)為滲漏(量不大，水滴不連續(xù))和泄漏(量較大，水滴連續(xù)，噴液)。出現(xiàn)外漏的主要部位為板片與板片之間的密封處(如圖2所示)、板片二道密封泄漏槽部位以及端部板片與壓緊板內(nèi)側(cè)。

圖2 板式換熱器外漏圖Fig.2 External leakage of plate heat exchanger

1.2.1.1 原因

①緊固尺寸不到位、各處尺寸不均勻(各處尺寸偏差不應(yīng)大于3 mm)或夾緊螺栓松動(dòng)。②誤操作致使部分密封墊炭化(蒸汽換熱)，橡膠墊失效，未排氣橡膠墊脫離密封槽，③密封墊主密封面有臟物，密封墊損壞或墊片老化。④板片發(fā)生變形，組裝錯(cuò)位引起跑墊。⑤在板片密封槽部位或二道密封區(qū)域有裂紋。

1.2.1.2 措施

①在無壓狀態(tài)，按廠方提供的緊固尺寸或檢修前實(shí)際測量的尺寸重新緊固設(shè)備，尺寸應(yīng)均勻一致，壓緊尺寸的偏差(絕對值)應(yīng)不大于0．2nmm(n為板片總數(shù))，兩壓緊板間的平行度應(yīng)保持在2 mm 以內(nèi)。應(yīng)采取對角緊固的方式進(jìn)行緊固，邊緊固邊測量，尺寸一致時(shí)換下一組。②加強(qiáng)對操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，使操作人員熟練掌握板式換熱器的操作規(guī)程。③在外漏部位作好標(biāo)記，解體換熱器后逐一排查解決。④將換熱器解體，對板片變形部位進(jìn)行修理或更換板片。若沒有板片備件，可暫時(shí)將變形部位板片拆開修理后重新組裝使用。⑤重新組裝拆開的板片時(shí)，應(yīng)清潔板面，防止污物附著于墊片密封面。

1.2.2 內(nèi)漏

內(nèi)漏的主要特征是：板片有破損(見圖3)造成介質(zhì)互串，壓力較高一側(cè)的介質(zhì)串入壓力較低一側(cè)的介質(zhì)中，系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)壓力和溫度的異常。如果介質(zhì)具有腐蝕性，還可能導(dǎo)致管路中其他設(shè)備的腐蝕。串液通常發(fā)生在導(dǎo)流區(qū)域或二道密封區(qū)域。

圖3 板式換熱器內(nèi)漏圖Fig.3 Internal leakage of plate heat exchanger

1.2.2.1 原因

①由于板材選擇不當(dāng),板片腐蝕產(chǎn)生裂紋或穿孔。②操作條件不符合設(shè)計(jì)要求。③板片冷沖壓成型后的殘余應(yīng)力和裝配中夾緊尺寸過小造成應(yīng)力腐蝕。④板片腐蝕后有輕微滲漏造成介質(zhì)互串,腐蝕設(shè)備。中鹽吉蘭泰硫酸清凈工序中，硫酸與7 ℃水進(jìn)行換熱，在正常生產(chǎn)中，7 ℃水系統(tǒng)的管線發(fā)生不同程度的泄漏，7 ℃水泵的壓力及流量下降，經(jīng)檢查，葉輪腐蝕嚴(yán)重，7 ℃水pH值顯酸性。

1.2.2.2 措施

①更換有裂紋或穿孔的板片，在現(xiàn)場用透光法查找板片裂紋。②調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，使其達(dá)到設(shè)計(jì)條件。③組裝換熱器時(shí)，緊固尺寸應(yīng)符合要求，并不是越小越好。如果全部更換橡膠墊，緊固尺寸可以適當(dāng)放大到3～5 mm，以免板片變形而影響后續(xù)檢修時(shí)無法使用。④工藝運(yùn)行穩(wěn)定可靠，板片材質(zhì)合理匹配。

1.2.3 換熱效果差

主要特征是出口溫度偏低，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，不能滿足生產(chǎn)需要。

1.2.3.1 原因

中鹽吉蘭泰板式換熱器換熱效果差，主要體現(xiàn)在與循環(huán)水進(jìn)行換熱的設(shè)備上，這與循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)有很大的關(guān)系(2013—2014年尤為突出)。拆解換熱器后發(fā)現(xiàn)：進(jìn)口雜物較多；板片流道結(jié)垢嚴(yán)重，板片三分之二以上流道被堵塞(如圖4所示)。這是造成換熱效果差的直接原因。

圖4 板片流道結(jié)垢圖Fig.4 Scaling in plate flow channel

1.2.3.2 措施

①進(jìn)行循環(huán)水水質(zhì)改造。降低一次水補(bǔ)充量，將工藝系統(tǒng)中母液生化水及中水回收利用作為循環(huán)水補(bǔ)充，鈣鎂雜質(zhì)、硬度較循環(huán)水降低；增加循環(huán)水深度處理裝置，循環(huán)水中泥沙等雜質(zhì)經(jīng)壓濾后去除，循環(huán)水的水質(zhì)大為改善。②循環(huán)水進(jìn)口處加裝濾網(wǎng)。③定期對板片進(jìn)行清理。

2 板式換熱器檢修方法及改進(jìn)措施

板式換熱器檢修是一項(xiàng)要求比較高的檢修作業(yè)，稍有疏忽就會(huì)造成返工，本文中以板片的清洗檢查、膠墊粘接、換熱器安裝3部分作為重點(diǎn)進(jìn)行介紹。

(1)板片的清洗、檢查。拆解換熱器后，用高壓水槍進(jìn)行沖洗，除去絮狀物及泥沙；取出板片，將結(jié)垢嚴(yán)重的先放置在向陽地進(jìn)行晾曬，晾曬干后可用木質(zhì)棍棒輕輕敲擊，部分結(jié)垢物會(huì)脫落，再用銅絲刷加水進(jìn)行刷洗，此時(shí)流道堵塞物全部清除，達(dá)到安裝要求。用透光法檢查板片有無孔洞，無孔洞的更換膠墊備用。首次檢修的應(yīng)使用氧乙炔加熱后拆除膠墊，此時(shí)注意火焰要小，焰心不能緊靠板片，否則會(huì)將板片燒損而無法使用。如有殘留物，用角磨機(jī)裝尼龍拋光盤清除。若采用魚珠膠粘接的膠墊，可以用手直接拆除。板片密封槽的殘膠可以用脫漆劑進(jìn)行清理，此方法比較理想，在中鹽吉蘭泰已推廣使用。

(2)膠墊粘接。板片清理并檢查合格后進(jìn)行膠墊粘接，先用毛刷刷膠。在作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)如果膠水刷薄了等粘貼時(shí)已干透，粘接不住，還須再次補(bǔ)膠，效率較低；如果刷膠放慢速度，粘墊時(shí)膠水沒有晾干的時(shí)間，膠墊又粘貼不牢。膠墊粘貼效率低的問題如能解決，檢修效率會(huì)大大提高。通過摸索實(shí)踐，認(rèn)為以下方法最為有效：用廢棄的飲料瓶稍加改裝后涂膠水，一組三人流水線式作業(yè)，將板片依次排開，一人先涂膠，兩人在涂膠10～15 min后進(jìn)行膠墊粘貼，膠水呈圓柱狀涂在板片密封槽內(nèi)，經(jīng)過10～15 min晾干后黏性增強(qiáng)，膠墊可以一次性粘好；一組粘好后，將板片摞起靠自重施壓固化，靜置1 h左右，完全固化后備用。此方法已在中鹽吉蘭泰推廣使用。

另須注意的是：換熱器首尾板片橡膠墊須用兩條膠墊對接使用，4個(gè)進(jìn)出口處全部要粘墊；否則介質(zhì)互串，達(dá)不到使用要求，還會(huì)造成生產(chǎn)事故。

(3)換熱器安裝。將粘貼完成的板片運(yùn)至現(xiàn)場，要注意輕拿輕放，不得有拋擲等野蠻行為。分2～3人對板片進(jìn)行裝前檢查，主要查看膠墊粘接有無缺陷，板片及膠墊表面有無雜物，不合格的板片挑出進(jìn)行重新處置；安排3人進(jìn)行板片掛裝，2人運(yùn)送板片，1人專職掛板片，并進(jìn)行最后一次板片全面檢查。主要檢查板片密封墊接觸部位及流道有無雜物，膠墊表面用白布擦拭干凈，人字形板片一上一下交錯(cuò)安裝。單邊流的換熱器，要將折流板裝在中間。板片掛裝完后，將活動(dòng)壓緊板貼近，穿夾緊螺栓并進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊至板片全部貼合。小型板式換熱器采用人工對角緊固，邊緊固邊測量，過程中要檢查膠墊及板片有無錯(cuò)位；初緊以10 mm緊固量進(jìn)行，后續(xù)緊固量以3～5 mm為宜，達(dá)到拆前測量尺寸即可；大型板式換熱器人工緊固時(shí)緊固量還要小一些，以1～2 mm緊固量為宜。若板片多,壓緊后板片會(huì)呈現(xiàn)波浪狀，如檢查膠墊沒有擠出密封槽，則不影響使用。中鹽吉蘭泰安裝大型換熱器采用專用千斤頂進(jìn)行壓緊作業(yè)，專用工具的使用大幅縮短了換熱器壓緊的時(shí)間，壓緊力量均勻，保證了換熱器的檢修質(zhì)量，提高了檢修效率。

3 壓緊板的修復(fù)

在實(shí)際生產(chǎn)中，遇到了壓緊板腐蝕的情況，中鹽吉蘭泰主要采取現(xiàn)場修復(fù)的方法，將腐蝕部位用角磨機(jī)打磨干凈，用可賽新金屬修補(bǔ)劑進(jìn)行修補(bǔ)，用烘干燈烘烤，待修補(bǔ)劑干透后，用角磨機(jī)將高出部分磨去，與壓緊板平面修齊后使用(如圖5所示)。

圖5 板式換熱器壓緊板修補(bǔ)劑法修復(fù)效果圖Fig.5 Effect picture of repairing clamping plates for plate heat exchanger by mending agent

對氯水換熱器壓緊板進(jìn)口腐蝕采用焊補(bǔ)法，用堆焊填補(bǔ)腐蝕部分，用角磨機(jī)修平。因使用的襯套是橡膠套，小的不平整可以忽略(焊接法修復(fù)效果如圖6所示)。在2015年大修時(shí)，中鹽吉蘭泰將氯水換熱器進(jìn)行了改造，氯水側(cè)全部進(jìn)出口焊接了鈦襯套，取代了橡膠襯套(如圖7所示)，效果良好。

圖6 板式換熱器壓緊板焊接法修復(fù)效果圖Fig.6 Effect picture of repairing clamping plates for plate heat exchanger by welding method

圖7 板式換熱器壓緊板進(jìn)出口技改效果圖Fig.7 Effect picture of technical renovation of inlet and outlet of clamping plates for plate heat exchanger

4 結(jié)論

近幾年對板式換熱器的檢修，解決了板式換熱器制約生產(chǎn)的瓶頸，積累了板式換熱器檢修的經(jīng)驗(yàn)，明顯提高了維修人員的技能。檢修方法的創(chuàng)新及推廣應(yīng)用使得檢修效率與檢修質(zhì)量都有了質(zhì)的提升，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。