浮头式水冷器在线堵漏方法的研究

浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的工况，换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动。基于以上特点，这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%），在运行中发生泄漏，不易检查处理。

浮头式换热器结构示意图

一、 设备维检修中存在的问题

随着设备的使用年限增长，换热器都会面临泄漏问题。日常生产中为延长设备使用寿命，工艺方面要加强水质管理、稳定工艺指标及工况变化。设备管理方面，要充分利用装置大修对设备进行检测、评估，常用的手段主要有气密、水压、涡流等查漏方式。

因为受浮头式换热器结构形式的影响，常规手段的查漏效果并不理想，正常生产中发生泄漏的几率要高于其它类型的换热器。而且泄漏后的检修交出因为结构形式的限制，往往检修时间较长，带来的经济损失较大。如何通过在线处理的手段，消除漏点或减少泄漏对运行的影响，值得我们去探索、研究。

二、 消除漏点的思路和办法

浮头式换热器泄漏常见的有两种情况，一种是换热管与管板间的焊缝漏：在壳侧带压或常压的情况下也可采用堵头先胀后焊的方法消除漏点。第二种就是管子漏：在正常生产浮头侧无法交出施工，壳侧带压的情况下。可尝试对泄漏管子进行堵漏或是减少漏量后进行引流，以减少泄漏对生产的影响。在实际生产中通过研究、实践，针对漏点情况的不同，主要总结了两种办法，具体实施步骤如下：

1、工艺处理

在进出口管线以及换热器筒体采取喷水降温措施，降低壳侧系统热负荷，已达到减少直至切除管侧冷却介质（一般管侧冷却介质为循环水）的目的。必要时可采取临时水夹套，降低壳侧系统负荷和介质压力等措施，为打开管侧管箱封头和管子堵漏做好准备。

2、漏点确认

换热器管侧封头打开后，首先根据管子漏量确认泄漏换热管。因为浮头式换热器的结构，浮头侧浮头盖距离换热管较近，形成一个小的腔室。泄漏介质通过浮头盖反射，大部分换热管都会有泄漏介质流出，但因为介质流动阻力的原因，存在泄漏的管子一定比其他管子漏量大。为确认漏点距离管板的位置，可在换热管内穿入一根管子（直径一般小于换热管内径1~2mm）当做引流管，当引流管穿过漏点时引流管导出的漏量会发生变化（如图二：状态1和状态2引流出的泄漏介质会有明显变化），由此可判断漏点相距管板所处的位置。如果泄漏的管子较多，为方便施工，其它管子也可暂时通过引流管将泄漏介质导出，以便堵漏施工。

图2 漏点位置判断示意图

3、堵漏方法

方法一（注胶法）：当泄漏点距离循环水侧管板距离小于500mm时，可采用注胶法消除漏点，优点是消漏比较彻底，使用时间较长（实施方法见下图）。但在操作过程中也需注意一下几个问题：1）、换热管壁厚减薄严重或是裂纹较长，不适用注胶堵漏。2)、堵漏胶选用流动性较好的胶，堵漏前根据管径和漏点位置算好注胶量。3)、在堵漏操作时控制好注胶压力，必要时可加入镍丝。

注胶法消除漏点示意图

方法二（引流法）：当漏点距离循环水侧管板较远时，可采用引流法在减少泄漏的同时将剩余漏量引出设备本体，避免换热介质相互掺杂影响设备运行。优点是适用于所有泄漏情况的管子，引流效果较为明显（实施方法见下图）。实际操作中需要注意以下几个问题：1）、中心管堵头前端要加工成实心，外径小于换热管内径0.3~0.4mm，长度小于漏点到浮头盖距离，一般加工成200~400mm为宜。2）中心管堵头前端加工4~6道密封槽用于减压，以便在浮头侧形成水封。3) 中心管堵头后端外径小于换热管内径0.5~1mm，前端顶住浮头盖，后端以不影响引漏堵头安装为准。4）引漏堵头与管板的密封垫片根据介质不同可选用橡胶垫，或是金属垫（铜垫、铝垫）。5）预紧弹簧长度要计算准确，过大影响封头盖的回装，过小影响预紧力。6）安装前需对换热管进行清洗，以便中心管的安装。7）多个漏点可共用一个引漏管，如漏点太多或是需要加大预紧力，可考虑直接在封头盖板开孔。8）泄漏介质引出后要注意回收，以免影响环保排放。9）引出设备外的排出管上可加装阀门，控制排放压力以便更好的形成液封。

引流法消除漏点示意图

三、实际操作案例

某年产30万吨合成氨装置，氨压缩机组段间冷却采用浮头式换热器。工艺操作壳侧走气氨：压力13bar，入口温度86℃，出口温度42℃。管侧走循环水：压力6bar，入口温度32℃。出口36℃。2013年2月发现气氨侧进出口温差仅为8℃，而循环水出口温度高达60℃，通过循环水出口取样分析氨含量为3000mg/L，而正常操作时氨含量分析为2mg/L，由此断定换热器出现泄漏。

通过工艺系统优化，在进出口管线，壳侧采取降温措施，将循环水侧在线交出。按照上述的方法、步骤，对漏点进行确认，采用第二种方法（引流法），先后两次对10处漏点进行了在线处理（见下图）。引出的气氨及氨水导入氨水槽，配置成氨水供脱硫装置使用，最终实现“零排放”。

设备投用后，循环水出口氨含量由3000mg/L下降至86mg/L，换热器壳侧出口温度由59℃下降至41.2℃，相同工况下机组耗气量下降1.34t/h。该堵漏方法实施后设备连续运行近10个月，即满足了生产需要，避免装置停车，又为设备的采购赢取了足够的时间。

四、结束语

小浮头式水冷器在线堵漏技术的运用简单、高效，最大限度的消除漏点或是减少泄漏对装置运行的影响。不光避免了装置的停车，而且有效的解决了泄漏带来的环保问题。施工过程充分的考虑在线处理漏点的难度及环境因素，尽量避免动火作业，因此其它介质的浮头式换热器也可采用上述的方法进行在线消漏作业。