管壳式换热器管程机械清洗的施工技术

管壳式换热器管程机械清洗的施工技术

摘要：管壳式换热器在石油化工、电力、轻工、制药、冶金能源等工业生产中应用十分广泛，特别是在石油化工装置中管壳式换热器的使用数量基本上占总数的30%～

40%左右，管壳式换热器在长期运行后，管程内部会形成污垢，使热交换器内部通

道截面变小甚至堵塞。造成冷却水流量不足和压力降低，引起停车等。本文分析

总结了管壳式换热器结垢成分，常用除垢方法的优缺点，选择较为合适的机械清

洗方法。

关键词：管壳式换热器管程机械清洗方法

1 工程概况

福建漳州海顺德特种油品有限公司2016年大检修项目中，已庚烷车间共有10台管壳式换热器管程需要检查、清洗、除垢，业主工期要求15天。

（2）换热器型号说明

根据GBT151-2014《热交换器》标准中的第6.2条款的规定：换热器型式用字母表示为XXXDN-Pt/Ps-A-LN/d-Nt/NsⅠ（Ⅱ）：第一个X代表前端管箱形式；第二个X代表壳体形式；第三个X代表后端结构形式；DN代表公称直径Pt/Ps代表管/壳程设计压力；A代表换热面积；LN/d代表换热管公称长度、换热管外径；Nt/Ns代表管/壳程数；Ⅰ代表采用高级或较高级冷拔钢管，Ⅱ代表采用普通冷拔钢管。

这10台换热器的管箱结构型式有平盖管箱和封头管箱两种，均为钩圈式单壳程浮头换热器，属于管壳式换热器的一种，换热管公称长度均为6米、外径为25 mm。

2 管壳式换热器结垢成分分析

这10台钩圈式单壳程浮头换热器的管程物料均为水，壳程物料均为各种油性物料，所以只需对管程进行除垢。换热面上的污垢是由多种污垢混合在一起的，结垢成分分析如下：（1）冷却水系统中过于饱和的钙镁盐类受温度、pH值等影响，结晶后沉积在换热器表面，形成结晶样水垢；

（2）换热器冷却水系统中的一些微生物，在换热器换热表面形成生物垢；

（3）流体中悬浮的同体颗粒在换热面上的积聚形成颗粒垢体；

（4）系统中的腐蚀产物包括电化学产物和原电池腐蚀产物等，如氧化物、硫化物、水化物和氰化物等，即换热介质腐蚀换热器换热面，腐蚀物沉积在受热面上形成腐蚀性污垢；

（5）生产过程中物料泄漏造成的污垢。

3 管壳式换热器清洗除垢的重要性

管壳式换热器是生产中应用最广泛，也是最典型的间壁式交换器，其结构主要由壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。其优点是单位体积设备所提供的传热面积大，传热效果好，结构简单，操作弹性大，可用多种材料制造。但热交换器在使用过程中。污垢沉积物会不可避免地出现在传热表面上，出现结垢现象，污垢可造成如下危害：（1）引起垢下腐蚀，缩短设备使用寿命；

（2）污垢沉积物热阻较高，大大降低了导热率；

（3）污垢严重造成阻塞，危及正常连续生产；

（4）减小了流体流量，流体介质流动阻力增大，能耗增加。

因此管式换热器清洗除垢是很有必要的。换热器运行质量的好坏和时间长短，与日常维护、清洗保养是否及时有着密不可分的关系。对于容易结垢的流体，可在规定的时间采用合适的方式进行清洗除垢。

4 管壳式换热器清洗方法的选择

管壳式换热器清洗一般采用化学清洗和机械清洗（又叫物理清洗）两种方法。

（1）化学清洗

化学清洗是通过化学清洗液产生的化学反应。

化学清洗的优点：在于不用拆开换热器，减轻了清洗的劳动程度，减少了换热器密封垫片的损耗。

化学清洗的缺点：主要表现为化学清洗液选择不当时，会造成对管束腐蚀和破坏。化学清洗费用高，尤其是少量换热器清洗时，成本会更高，另外，化学清洗完成后废液很难处理，成本会进一步加大。

（2）机械清洗

机械清洗（物理清洗法）是利用各种机械使污垢粉碎，分离管束表面，达到清洗的效果。

机械清洗的优点：高效无腐蚀，安全，环保，成本低，特别是单台或少量换热器抢修时，其优点更加突出。

机械清洗的缺点：清洗结构复杂的换热器时不能有效地清洗死角部位，造成清洗不彻底。

本次检修项目中只有十台管壳式换热器需要清洗、除垢，数量不多，当地化学清洗公司收费高，且化学清洗后的废液需要运送到几十公里外的专业化工废液处理站集中处理，手续繁琐，考虑到施工质量和进度因素，我们决定采用机械清洗的方法进行施工，缩短施工时间，提高经济效率，减少环境污染。

5 机械清洗专用工具的设计及原理

从设备名称及技术参数表中，我们看出这10台管壳式换热器的管束长度均为6米，管子外径均为Φ25×2.5mm，所以我们现场制作三种6.2米长的专用工具。

（1）除垢工具

1）除垢工具的设计图见图7-1。

图7-1 除垢工具图

2）除垢工具的制作：将Φ18直柄冲击锤头从根部切断成两段，冲击锤头那一段焊到6米长Φ18螺纹钢前端，另一段焊到后端并安装到可调速冲击钻上。

3）除垢工具的工作原理：开启调速冲击钻带动直柄冲击锤头，从管束的一端开始匀

速前进，旋转清除管束内壁的污垢。这种方法不仅冲击锤头能进行刮削污垢，而且螺纹钢在旋转前进过程中也能对管束内壁进行除垢，除垢效果显著。

（2）打磨工具

1）打磨工具的设计图见图7-2。

图7-2 打磨工具图

2）打磨工具的制作：将直柄圆柱型管道钢丝刷焊至6米长Φ16螺纹钢前端，冲击锤头末端焊至螺纹钢后端并安装到可调速冲击钻上。

3）打磨工具的工作原理：开启调速冲击钻带动直柄圆柱型管道钢丝刷，从管束的一段开始匀速旋转打磨，除去少量的污垢，直至管束内壁有光泽为止。

（3）高压冲洗工具

1）高压冲洗工具的设计图见图7-3。

图7-3 高压冲洗工具图

2）高压冲洗工具的制作：将6米长Φ16×2mm钢管一头接至高压洗车泵软管上，将一个Φ8的圆锥体焊在钢管另一端的管内，位居管中心。

3）高压冲洗工具的工作原理：开启高压洗车泵，从管束的一端开始，使高压水能够充分地冲刷管束内壁，将管内残余的污垢粉尘冲洗出去。

6 管壳式换热器机械清洗与检查

机械清洗共分为三个作业组，第一作业组使用除垢工具清除管束内主要的污垢；第二作业组使用打磨工具，不仅除去第一作业组未清除的剩余污垢，同时打磨管束内壁见光泽为止；第三作业中使用高压冲洗工具彻底清除管束内粉粹污垢。这三个作业组以每台换热器为单位采用流水作业，每个作业组按照各自的操作程序逐根对管束分别进行除垢、打磨和清洗，做到相互沟通，配合默契，提高效率，缩短工期。

经过这三个作业组的除垢、打磨、清洗后，采用专用“可录制式管道内窥镜”进行管束内壁检查，直至业主满意为止。

7 结束语

这次海顺德特种油品10台换热器管程除垢工作中，我公司施工人员共同努力，献计献策，权衡利弊，结合实际情况，对这10台换热器结垢成分进行分析，确定使用机械除垢的方法，研究出三种除垢专用工具，采用三个作业组流水施工的方法，彻底清除了管壳式换热器的管程污垢，达到了业主的工期和质量要求。

（1）施工时间由原计划的15天缩短至10天，为业主开车及生产提前了5天时间，大大地提高了劳动效率。

（2）施工费用由原计划的60000元降至40000元，节省了20000元施工费，提高经济效益。

（3）避免了化学清洗给设备和环境到来的危害。

（4）为今后管壳式换热器管程机械除垢工作积累了丰富的经验。