石油化工高压隔膜式换热器泄漏分析及解决方案

宋安江

新疆油田公司工程质量监督站 新疆 克拉玛依 830000

隔膜式换热器是一种新型的换热器，这种换热器的结构具有独特的特点，采用了一种独特的设备，隔膜式换热器具有结构简单、造价低廉、传热效果好等优势。在石油化工生产中，隔膜式换热器主要用于对温度较低的流体进行加热和冷却，这种换热设备应用于石化行业中能够有效降低能耗，促进节能减排目标的实现。随着我国科学技术水平不断提高，隔膜式换热器也在不断发展。但在实际应用中，由于多种因素的影响，隔膜式换热器泄漏问题依然存在，给企业带来了较大的经济损失。因此，从隔膜式换热器的设计、制造以及应用等方面进行研究，旨在为隔膜式换热器在石油化工生产中的应用提供一定的理论参考。

1 炼油化工企业生产过程中对换热器的应用

通常情况下，石油和化工行业都会产生大量的热量，为了降低生产中所需的热量，需要采用换热器，但在换热器的应用中，往往会出现密封泄漏和腐蚀等问题。所以，炼化单位在采用换热设备时需要注意：一是采用换热设备前，要对其进行安装、调试，保证换热设备正常工作。其次，在使用时，要对换热器的工作给予足够的关注。例如，在起动之前，一定要把所有的出气口都加热起来，并且要注意起动时是否先喷出冷气，然后再喷出热气，以避免由于热胀而引起的泄漏、火灾、爆炸等事故。最后，采用空气冷却器时，要确保介质流动均匀，起到较好的冷却作用，并且要对换热器的整体运行进行跟踪，并做好运行情况的记录和分析，确保换热器的工作质量[1]。

2 换热器密封泄漏问题分析

2.1 高压隔膜式换热器基本结构

隔膜式高压换热器的典型构造见图1，采用双壳程构造，由U型管束上的管板把换热器的外壳隔成管程和壳程。管程与介质由导流筒隔开，让管程介质据此通过管程入口接管，导流筒、管程为换热管束、管程出口承接。壳程由U型管束中部的隔板和密封条将壳程介质分隔，使壳程介质经过壳程换热之后，再从壳程的出口处排出。它具有结构紧凑，本实用新型能够有效地利用U型管换热器芯部换热面积，极大地提高了换热效率。

图1 高压隔膜换热器结构

2.2 高压隔膜式换热器检修后主要泄漏点

由图1隔膜式换热器的结构形式可以看出，大修之后可能发生泄漏的部位有如下几个方面：

（1）换热器管，壳程进，出口法兰，一般法兰密封面为RJ型，用金属环垫高，漏油主要是由于金属环垫层密封线或密封面破损所致、法兰密封垫槽破损、螺栓预紧力不足或拧紧不均等等。在解决这种密封面泄漏的过程中，首先，用红丹砂检查法兰垫片密封槽的密封线是否连贯，如垫片破损，改用金属环垫，如果法兰垫片的密封槽破损，然后将垫片的密封槽磨碎修补，直到通过对密封线的连贯性的检验。密封线经检验合格，在螺栓进行紧固的时候，需要使用液压工具来进行紧固，从而保证了预紧压力达到要求，并且紧固力是一致的。

（2）换热器管束的管板和壳体漏油，这种密封面的泄漏将会引起换热器的内漏而引起管、壳程介质互相串液。换热器芯子管板和壳体的密封面通常是突面（RF）型的，使用带外环的金属卷边密封垫，如发生泄漏，立即将换热器的管束抽出，并检查密封件表面，更换密封垫。在换热器管束回装完成后，应进行壳程水压力测试，检查密封表面的密封性，并检查管束有无渗漏，使其定位在导流筒内，隔膜密封件，管箱法兰盖回装前的处理。

（3）换热器管束的隔板密封条，主要起到分隔壳程，隔板密封条的构造方式如图2所示。所述密封条为10层厚度为0.1mm不锈钢条叠合而成，在安装管束时，要按照介质流向来确定密封条的弯曲方向，不然的话，会对密封条的隔离效果产生影响，导致壳程介质走上直流，从而影响了介质的传热效率。隔膜密封条的实物图片如图3所示。

图2 隔膜式换热器管束隔板密封条安装示意

图3 隔膜式换热器管束隔板密封条

3 高压隔膜式换热器泄漏原因分析

针对隔膜式换热器的泄漏问题进行分析，首先要了解隔膜式换热器泄漏的原因。从宏观角度上来说，隔膜式换热器泄漏主要是因为管束在操作过程中受到了影响，导致管束发生破裂，从而出现泄漏问题。从微观角度上来看，隔膜式换热器泄漏主要是因为管束发生了变形，并且在高温和高压环境中，管束的变形情况更为严重，导致密封性能降低。如果管束的密封性能较差，则容易出现泄漏问题。从以上两个方面来看，导致隔膜式换热器泄漏的原因有很多，例如设备质量差、安装不规范等都会对其造成影响。另外，如果管束存在缺陷，也容易导致设备出现泄漏问题[2]。因此，需要在日常操作中加强对设备质量和工艺操作水平的检查工作。

3.1 设备质量方面的问题

在实际的工作中，由于生产工艺和设备质量的影响，可能导致设备泄漏。在工业生产中，由于存在着生产工艺不合理、设备质量不达标等问题，所以在操作过程中容易出现泄漏的情况。此外，设备本身存在着制造工艺差、加工质量不达标等问题，也可能会导致泄漏的发生。例如，在实际的生产过程中，如果隔膜式换热器在制造过程中，没有严格按照相应的标准进行制造，那么就可能会造成设备存在着质量问题，严重时甚至会导致泄漏。除此之外，在设备安装时也可能会出现一些问题。由于某些生产工艺没有按照规定进行安装、或是安装不合理，那么就可能会造成设备的密封性不足。这就可能导致设备泄漏的情况发生。

3.2 操作方面存在的问题

操作方面存在的问题，主要包括不规范的操作。由于隔膜式换热器所使用的材料相对较高，操作人员在操作过程中，没有对生产条件进行充分考虑，只进行简单的调整，就进行了设备的启动和停止工作，这样就会导致设备出现一定的偏差，从而影响到设备的正常运行。

3.3 工艺操作水平的影响

高压隔膜式换热器运行过程中，工艺操作水平对其性能有很大的影响，如果工艺操作水平不达标，会使设备内部出现大量的杂质和污垢，影响设备正常运行。此外，在隔膜式换热器运行过程中，如果工艺操作水平不达标，会使换热效果降低，增加设备内的温度波动幅度。若温度波动幅度较大，则会使换热效果受到影响。由于在换热过程中，隔膜式换热器的实际换热效果会受到环境因素的影响。如果环境温度较低，则会使换热效果变差。而温度过高则会导致换热器内的介质处于饱和状态，不仅缩短了换热器的使用寿命，还会影响其换热效果。此外，在日常操作过程中，如果工艺操作水平不达标，也会使设备出现问题。比如：当压力低于一定值时，设备内的介质会出现凝结现象；当压力高于一定值时，介质则会出现蒸发现象。当设备出现问题时，就会使设备性能下降，影响设备运行效率。

4 解决高压隔膜式换热器泄漏的对策

4.1 加强隔膜式换热器的检修工作

对换热器进行定期的检修和维护，是避免泄漏、及时发现隐患的重要措施。所以，石油化工生产要构建严格的设备检修和维护制度，提升检修工作的质量。比如，在进行高压隔膜式换热器的维修时，一定要让维修人员对设备的设计图纸和技术要求有一个很好的了解；二是实行常规维修和非常规维修相结合的巡检方式。根据实际情况，如果高压隔膜式换热器发生了泄漏，那么就会引起很大的安全事故[3]。并且，泄漏的出现是有一定的偶然性的。因此，在换热器的运转过程中，相关工作人员必须不定时地对设备展开观察，并着重对容易出现泄漏的部位展开分析，这样才能及时地发现泄漏点，将设备泄漏造成的危害降到最低。三是要利用网络大数据技术，建立一个在线监控平台，随时监控换热设备的运行情况，一旦发生泄漏事故，系统就能及时反馈，并做出相应的处理[4]。

4.2 严格控制隔膜密封盘焊接质量

因为焊接质量与密封盘的密封程度有直接的联系，所以在进行焊接的过程中，一定要严格遵守标准。首先，在焊接的过程中一定要采用小电流、低电压、氩弧焊，对焊接线能量进行控制，将层间温度控制在150℃以内。焊接保护气为氩气，要求纯度在99.7%以上，焊接速度控制在10～12cm/min；其次，焊缝为上下两层，每层之间的接缝间距至少为100mm，密封焊的焊脚高度不得低于7mm。为防止膜片密封片在焊接过程中产生变形，对膜片密封片采取刚性紧固法；在焊接结束后，需要对焊缝部位进行渗透性测试，以确保焊缝的质量达到有关的技术规范的要求。

4.3 利用液压胀接的方式进行连接

一般采用强胀的方法进行连接，由于受力不均，会引起管道的变形，加速管道的硬化，并且随着摩擦的增大，变形的程度也会逐渐变化，再加上外部的影响因素比较多，因此，胀紧度不可能一直保持一致。而液压胀接法则是以液压为动力，在施压时是均匀地施加压力，不会造成管道由于受压不均而变形，也不会出现硬化的情况，从而起到更好的密封作用。

5 结束语

高压隔膜式换热器是石油化工生产中常用的设备之一，在石油化工生产过程中发挥着重要作用，具有操作简单、热交换效率高等特点，但是在使用过程中容易出现泄漏问题，影响企业的经济效益。因此，在石油化工生产中要对其泄漏原因进行分析，并采取相应措施解决泄漏问题，实现工业的稳定发展。从当前情况来看，我国对隔膜式换热器的研究还不够深入，在实际应用过程中也存在一定的问题，影响了工业生产效率和效益。本文主要从隔膜式换热器的结构特点和工作原理等方面进行分析，阐述了在石油化工生产中高压隔膜式换热器出现泄漏问题的原因。同时也提出了相应的解决措施。希望能够对今后相关问题的解决提供一定帮助和参考。高压隔膜式换热器在石油化工安全生产中起到了很大的作用。因为各种原因，高压隔膜式换热器在工作过程中很容易产生泄漏，针对泄漏故障，采取相应的措施，是目前高压隔膜式换热器检修工作的一个重要方面，也是确保石油化工企业安全生产的一项重要措施。