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板式换热器失效主要因素
作者:本站  来源:本站   时间:2017年12月18日

   板式换热器作为一种紧凑高效的换热设备,已在我国的许多工业领域被广泛应用,并发挥了巨大的经济效益。但板式换热器的各种失 效破坏也给使用者造成一定的经济损失,其原因是多方面的,它与我国的板式换热器应用历史不长,设计、使用、维护和保养经验不足有关。


1 密封失效

1.1 压力

  可拆式板式换热器在额定工作压力之内使用时出现泄漏,除设备在制造装配方面的质量因素之外,主要与系统中出现的非正常冲击载荷有关(水锤、气锤),这是一般操作者不易观察到的现象。冲击所造成的瞬间压力峰值往往比正常的工作压力高出1-3倍,使安装在板式换热器中的橡胶密封垫移位,导致密封失效。由于该种设备的传热元件,采用不锈钢薄板制造(厚度为0.5-0.8),其密封刚性相对较差且密封周边很长,所以耐冲击压力的能力远低于管壳式换热器。防范措施:①鉴于板式换热器的结构特点,可视操作压力情况,提高设备设计压力1.5-2倍。②使用中应尽量避免系统中出现的冲击现象。③在发生过此类事故的应用场合,视情况也可采取增加板片厚度的措施,其效果很明显。


1.2 温度

  温度的急剧变化也能造成密封失效。当温度变化过快时,橡胶密封垫的线胀系数与弹性变形量和密封预紧力不相匹配,使密封预紧力下降,造成设备承压能力低于额定设计压力。对此可采用如下办法解决:①在操作设备时升压升温应尽量趋缓。②可在夹紧螺柱上设计压缩预紧弹簧,有效的补偿密封预紧力的变化,防止泄露。

1.3 时间

  使用或闲置几年以上的设备,密封材料的自身老化有可能影响密封可靠性,此时就需更换新的密封垫片。


2 设备堵塞与结垢

2.1 堵塞

  板式换热器的流道间隙较小(2.5~6mm),直径大于1.5~3mm的颗粒杂物容易阻塞板片通道,使设备的压力降急剧恶化,导致设备因堵塞而失效。根据需要可在介质进口处设置粗过滤或反冲洗装置,能有效地防止设备的堵塞。

2.2 结垢

  结垢可导致传热设备的传热系数降低,严重时还会堵塞板片通道。流体力学观点认为,结垢易在流体层流层生成,板式换热器内的流体在雷诺数很低 的流动状态下(Re<100)便可紊流,因此该设备不易结垢。但对板式换热器内的垢样分析表明,结垢现象有时也很严重。板式换热器的板片设计有大量的支承触点,旨在对介质起扰流(使介质紊流以提高传热系数)和承压支承作用,是固体杂物或纤维容易集聚之处,其副作用是使流体形成了局部的滞流而生成污垢积瘤,介质中的钙镁离子在适宜的温度析出后很容易在积瘤上附着长大,形成蜂窝状的垢样。堵塞与结垢在成因上虽然不同,但在板式换热器上的影响现象是相同的。其对策是:①板式换热器不宜用在较脏或易结垢的环境(除非增设有效的其它措施)。②用未经软化的冷却水做冷却介质时,操作温度应控制在50℃左右甚至更低,以避开介质中钙镁离子析出的敏感温度。用于生活热水(洗澡水)就需设计专门的温度调控系统来控制出水温度(洗澡水不允许软化或用其它化学方法处理),方能使设备正常使用。


3 腐蚀

  腐蚀是复杂的化学现象,奥氏体不锈钢板式换热器表现出的腐蚀现象大多是Cl-引起的应力腐蚀,常发生在板片密封槽底部以及有污垢形成后的垢底部位,其主要成因为:①不锈钢传热板片由机械冲压而成,不可避免地残存一定量的表面残余应力,对于不含钼元素的不锈钢薄板,表面残余应力的消除是很困难的,或者甚至是不可行的。②板片组装后形成了多缝隙结构,如板片之间的触点、密封槽底等部位。而缝隙容易造成Cl-的富集,局部质量分数往往可达数万10-6,其值远远超过了不锈钢自身抗应力腐蚀的能力。③当板片表面的污垢严重时,介质中的腐蚀元素(Cl、S等)可能大量附着于污垢,并在垢底缝隙处富集。④密封槽底中的有害元素往往是粘接剂中的Cl因温度升高失稳析出来的。如氯丁胶系列的粘接剂、压缩石棉垫(含有CaCl2),往往在水与蒸汽工况条件下,析出的富集Cl-与H+形成HCl,使槽底缝隙处发生严重的应力腐蚀开裂。

  板片缝隙在表面残余应力、Cl-的富集程度及温度等条件下,经过一定的腐蚀孕育期,就有可能发生应力腐蚀开裂。设法破坏上述任一条件,都可有效地防止或延缓腐蚀发生,使设备安全正常地运行。为此,正确选用材料,定期清垢以破坏腐蚀的生成条件 和孕育期,选用非含氯元素的粘接剂,实践证明都可有效防止应力腐蚀。


4 其它

  ①对于不锈钢板式换热器,严禁使用盐酸(HCl)或盐酸类的清洗剂和清洗粉末(即使加有一定量的缓蚀剂)进行化学除垢清洗,不拆机的整机清洗尤其要注意。这是因为未充分溶解的垢渣(含有残存氯)在多缝隙的结构中是很难冲洗干净的,碱中和也不可能充分进行。可采用硝酸加缓蚀剂或硝酸类的清洗剂、清洗粉进行清洗,适当加温可提高清洗效率。②采用乙丙垫片的板式换热器因其密封材质的耐油性很差,在保养刷漆清洁设备时,应避免清洗油或油漆等油类物质溅涂在设备传热体外,以防止露外的密封垫部位溶胀断裂,发生不应有的泄露事故。③安装设备配管时,应避免焊线搭接在设备上,而应搭接在配管的管道上,以防止焊接电流使板片内触点处被击穿。这一现象在设备的安装过程中曾多有发生。④蒸汽的过热度对橡胶垫片使用寿命影响很大,正常应用在150-180℃饱和蒸汽中的乙丙垫片,其使用期为3-5年或更长,而用在130℃左右的过热蒸汽中寿命仅为几个月。这是因为饱和蒸汽可在垫片表面生成一层水膜,在高温下对垫片起到有效的保护作用。因此使用蒸汽不仅要视其温度是否适用于垫片,过热度也是不可忽视的重要因素。


5 结论

  对板式换热器失效的主要影响因素有了认识和了解,正确地选用、操作和维护设备,就能安全可靠地充分发挥板式换热器高效节能的特点,从而获得更好的经济效益。


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