硫酸裝置換熱器泄漏維修探討

楊 蓓

（湖北大峪口化工有限責任公司，湖北荊門 431910）

1 換熱器的結構和工作原理

根據工藝流程，換熱器可以分為高溫過熱器、低溫過熱器、省煤器、冷熱換熱器、熱熱換熱器等。

（1）高溫換熱器、低溫過熱器均為管殼式換熱器，換熱管為蛇形翅片管。其結構為殼程為轉化煙氣，管程為蒸汽，設備本體采用全焊接結構，蛇形換熱管與管板并沒有焊接，以使蛇形翅片換熱管自由伸縮膨脹。

（2）冷熱換熱器、熱熱換熱器為管殼式換熱器，換熱管為列管式，用于高溫爐氣和低溫爐氣的換熱。冷熱換熱器、熱熱換熱器設有高溫爐氣副線和低溫爐氣副線，可根據工藝要求相互進行調節。高溫爐氣由管程進行流通，低溫爐氣由殼程進行流通，管程和殼程都設有排酸管，定期對設備內的冷凝酸進行人工排污。設備整體采用全焊接結構，煙管采用先脹后焊的制造工藝。

（3）省煤器為管殼式換熱器，換熱管為蛇形翅片管。其工作原理為，鍋爐給水經省煤器進入鍋爐汽包，加熱的水經下降管進入下部鍋筒，鍋筒內的水經高溫煙氣加熱產生的汽水混合物經鍋筒上方的上升管進入汽包，組成循環回路。殼程為煙氣，管程為鍋爐水，設備整體采用全焊接結構，并在箱體一側設有膨脹板。

（4）酸冷卻器為管殼式換熱器，換熱管為列管式。其工作原理是，管程內用循環水對殼程內的酸進行冷卻降溫，滿足儲存和輸送的要求。

（5）工業水換熱器為板式換熱器，其工作原理是各板片間形成薄矩形通道，流體在板片之間運動形成換熱。

2 換熱器泄漏的危害

換熱器一旦泄漏，輕則造成能耗增大、成本增高，浪費較大；重則造成大量的煙氣、鍋爐水混合，硫酸、循環水混合形成腐蝕性介質，嚴重腐蝕換熱器本體及換熱管，嚴重影響設備的安全穩定運行（圖1）。同時，還會大大增加裝置的負荷，吸收率下降，二吸塔出口氣溫也同步升高，隨著出塔氣溫的升高及吸收率的下降，進入脫硫裝置的酸霧和SO2含量也將增加，尾氣指標不易控制，排放形態白色濃煙明顯，增大企業環保壓力。

圖1 省煤器內翅片管腐蝕

3 換熱器泄漏檢測常用方法

針對換熱器列管系統泄漏的檢修工作難度極大，即便是排除如此龐大的列管數量，相關工作人員也必須采取更加高效的方式進行檢查。目前，硫酸行業針對換熱器泄漏檢測的方式主要有以下7 種。

3.1 渦流檢測

利用電磁感應原理，通過檢測被檢測工件內感生渦流的變化來無損地評定導電材料及其工件的某些性能，或發現缺陷的無損檢測方法稱為無損檢測。在工業生產中，渦流檢測是控制各種金屬材料及少數非金屬（如石墨、碳纖維復合材料等）及其產品品質的主要手段之一。與其他無損檢測方法比較，渦流檢測更容易實現自動化，特別是對管、棒和線材等型材有著很好的檢測效果。

3.2 滲透檢測（表面著色探傷）

對換熱器管口焊縫、管板及換熱器本體進行表面著色探傷，能夠較快速準確地檢測出泄漏點及缺陷點，但該方法無法檢測管束管口于管板口等齊焊縫內側。

3.3 殼程打壓法

換熱器殼程打壓法是指在換熱器殼程中，通過注入水加壓來檢測和排除可能存在的泄漏的一種方法，常用于檢測換熱器可能存在的管板泄漏和管子焊接不良等問題。通過換熱器殼程打壓法，可以有效檢測并解決換熱器殼程中可能存在的泄漏問題，提高換熱器的運行效率和安全性。實施此項技術時需要嚴格按照操作規程和安全要求進行，以避免安全事故的發生。

3.4 管程打壓法

換熱器管程打壓法是指在換熱器管程中，也是通過注入水加壓來檢測和排除泄漏問題的一種方法，常用于檢測換熱管泄漏和管子焊接不良等問題，特別是針對省煤器類換熱器。其作用與操作注意事項，與殼程打壓法基本相同。

3.5 注入著色劑法

將著色劑與試壓水混合，在殼程的進口或出口設置注入泵與之連接，通過注入泵將著色劑緩慢注入換熱器內，直到壓力達到換熱器試驗所需壓力。觀察換熱器壓力表及滲漏情況，如果管程內或殼程外表面出現著色劑滲出情況，則換熱器存在泄漏問題。該方法適用于一些因輕微滲漏而壓力試驗不合格的情況，特別是板式換熱器板片中間泄漏的發現。

3.6 宏觀檢測法

該方法主要針對蛇形翅片管及管束管口有防護裝置的換熱器。因蛇形翅片管的結構特殊，其翅片的腐蝕、銹蝕程度可以較為準確地反應出該換熱器的狀態。腐蝕或銹蝕嚴重的翅片管不僅耐用度受到影響，其換熱效率也大為降低。

另外，一旦發現管束管口的防護裝置有破損、裂紋、損壞等現象，就必須進行更換，并檢查管束管口，避免因防護裝置失效造成的管束管口損傷惡化情況。

3.7 煙餅法

通過在換熱器注入煙餅狀的檢測物質，利用煙霧來確定泄漏點的位置。在煙霧擴散時，煙霧會從泄漏點處漏出，可以通過觀察、聽聲、嗅聞等方式來判斷泄漏的位置。確定泄漏點后，需要將管束內的介質排空，以便進行修補或更換操作。這種方法適用于換熱器煙箱檢查，能夠快速、準確地確定泄漏點位置，并進行針對性的修補或更換。

4 常用維修方法

針對不同結構、不同泄漏點的換熱器，常用維修方法主要有以下4 種。

4.1 旁通法

對已發現的少數泄漏蛇形翅片管式換熱管，首先要測量相鄰換熱管管壁厚度，確保其厚度達到使用要求，然后通過廢棄泄漏換熱管、將相鄰的換熱管以旁接方式使其管程流通。該方法成本最低、實施難度不大，也不會影響整套系統的換熱能力，在生產過程中能快速、有效地解決泄漏問題，達到理想的檢修效果（圖2）。

圖2 對泄漏換熱管進行旁接

4.2 堵頭封堵法

換熱列管換熱器、U 形管換熱器進行檢修時，對已發現少數泄漏的列管利用堵頭封堵兩頭，使其不再進行換熱，避免發生竄氣現象。該方法成本低、實施難度不大，也不會影響整套系統換熱能力，在生產過程中能快速有效地解決竄氣泄漏問題，達到理想的檢修效果（圖3）。

圖3 換熱列管堵頭封堵

4.3 換熱管內接管法

對于換熱列管較長、泄漏點離管口較近的情況，其內部竄氣影響較少及少量泄漏的換熱器列管，采用外徑比泄漏換熱列管內徑尺寸稍小，具有一定厚度、強度的同材料管道，用千斤頂壓入泄漏換熱器列管內，達到封閉列管泄漏點的目的。

4.4 更換法

對于泄漏問題比較嚴重、無法通過修補等方法來解決的換熱器，通常采用更換法。通過換熱器泄漏檢測的更換法，可以解決泄漏問題，保證生產線的正常運行和穩定性。更換換熱器的成本比較高，需要考慮經濟性和可行性等因素，因此在更換操作前需要進行充分的檢測和評估，以確定更換是否必要。

5 檢修方案

5.1 維修操作

應根據現場實際情況，對泄漏原因進行分析，采取合適的檢測方法和維修方法，消除潛在的危害因素。首先將整個系統的溫度降低到一個合適的作業溫度，配合檢測確定泄漏點，經過旁接、堵頭封堵或更換檢修作業后，再次進行打壓檢測確保檢修合格。

5.2 預防與維護

換熱器的預防與維護同樣重要。換熱器屬于靜設備，在日常使用中必須對工藝各項操作、控制指標嚴格管控，并根據其換熱效能制定吹掃、清洗、檢測計劃，確保換熱器始終保持良好狀態。

6 結束語

盡管換熱器的泄漏量可能占比不高，但將直接影響換熱率出現大幅下降，對于整體生產有很大影響。因此，必須高度重視系統內部的冷凝酸排放情況檢查工作，要及時做好冷凝酸的清除工作。從本文的分析不難看出，換熱器的泄漏問題對于整個工藝流程轉化率的保障至關重要，同時也是系統優化升級的難點，因此必須提高換熱器維護與檢修工作的質量。