板式空冷器使用过程中出现的问题及改进
板式换热器使用中存在的问题及对策
板式换热器应用中存在的问题及对策发布时间:2009-02-23板式换热器应用中存在的问题及对策文 / 张铁柱【摘要】：本文针对板式换热器应用中出现的一些常见问题进行分析，并提出相应的对策，从而提高板式换热器利用效果。
【关键词】：板式换热器失效防范1 前言板式换热器作为一种紧凑高效的换热设备，被应用在我公司多套装置中，并发挥了较好的经济效益。
板式换热器主要由板片、密封垫片、固定封头、活动封头（头盖）、夹紧螺栓、挂架导轨、支柱等组成，它具有体积紧凑、传热效率高、拆卸清洗检修方便等优点。
但是板式换热器使用中出现的各种问题，也给生产带来严重的影响，其原因是多方面的，它与设计、使用、维护和保养等多个方面有关。
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，导致设备因堵塞而换热能力大幅降低，严重的造成装置连续生产中断。
因为循环水中杂质较多，同类装置 E208/E209 曾经多次堵塞，从而造成装置频繁停工，给企业经济效益带来一定的影响。
后来，在E208/E209 前增加了易拆清的过滤器，保证了 E208/E209 的长周期运行。
所以根据需要可在介质的进口处设置粗过滤器或反冲洗装置能有效的防止板式换热器的堵塞。
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。
板式换热器的板片设计有大量的支承点，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，是固体杂物和纤维容易集聚的地方，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。
可采有以下对策缓解结构问题：（1）板式换热器不宜用在较脏或易结垢的环境（除非增设有效的其他措施）。
（2）使用未经软化的冷却水作冷却介质时，操作温度应控制在50℃左右或者更低，以避开介质中钙镁离子析出的敏感温度。
常减压初常顶板式空冷冷却能力不足、偏流的分析及解决方式
常减压初常顶板式空冷冷却能力不足、偏流的分析及解决方式摘要：初顶、常顶油气自塔顶挥发线进入换热器与原油换热后进入空冷器时管路由于配管存在末端压力不足造成油气偏流，同时由于空冷器冷却能力不够，导致即便在-25℃的气温条件下仍需投用50%左右的喷淋，但仍不时有超温现象发生（指标：冷后温度20～45℃，若停用喷淋，冷后温度可以达到70℃左右）。
由于空冷器偏流，造成末端空冷器冬季容易出现冻凝问题。
关键词；空冷，偏流，冻凝，分配不均匀，水冷器1概述某常减压装置初顶、常顶油气自塔顶挥发线进入换热器与原油换热后进入空冷器时管路由于配管存在末端压力不足造成油气偏流，同时由于空冷器冷却能力不够，导致即便在-25℃的气温条件下仍需投用50%左右的喷淋，但仍不时有超温现象发生（指标：冷后温度20～45℃，若停用喷淋，冷后温度可以达到70℃左右）。
由于空冷器偏流，造成末端空冷器冬季容易出现冻凝问题。
然而由于喷淋的投用使得装置常压框架顶部及设备上大量结冰，造成脱盐水大量消耗。
2影响因素分析塔顶油气与原油换热后一路变两路油气，两路油气分四路进入空冷器，如图2-1所示，油气在分两路后没有平均分配，而是按次序从前到后进入空冷器，导致图2-1中4处压力最低，各路油气进入各空冷器汽油流量不均匀，各组空冷存在较为严重的偏流现象，冬季每小时巡检都需要根据现场双金属温度计调整各板空入口阀门开度。
操作调整难度大。
冬季非满负荷运行已经达运行上限，该问题成为制约装置夏季高负荷运行的瓶颈因素。
运行数据见表2-1：表2-1初、常顶空冷运行数据设备位号名称入口温度出口温度总出口温度西侧表东侧表EA-101A 初顶板式空冷器95℃363843℃EA-101B 初顶板式空冷器3530EA-101C 初顶板式空冷器3633EA-101D 初顶板式空冷器5652EA-102A 常顶板式空冷器93℃435142℃EA-102B 常顶板式空冷器6263EA-102C 常顶板式空冷器2918EA-102D 常顶板式空冷器2122从表2-1(投用喷淋后)数据可以看出，初顶空冷各路出口的温差最大达到26℃，常顶空冷各路出口温差最大达到45℃，且冷后温度接近指标上限，对装置操作及安全生产都构成威胁。
制冷机房运行中目前存在的问题及对策
制冷机房运行中目前存在的问题及对策
制冷机房运行中存在的问题及对策包括：
1. 电力稳定性问题：制冷机房对电力的要求比较高，不稳定的电力供应可能导致机房工作不正常甚至停机。
对策：安装UPS设备和稳压器，确保稳定的电力供应。
2. 温度控制问题：制冷机房的温度控制非常重要，温度过高可能导致设备过热而损坏，温度过低可能会导致设备结露，影响设备的正常运行。
对策：安装温度传感器和自动控制系统，及时调整制冷机房的温度。
3. 机房密封性问题：机房的密封性较差可能导致外界空气进入机房，引起湿度升高、灰尘等污染。
对策：检查和修复机房的密封问题，确保机房的密封性。
4. 机房压力问题：机房内的压力过高可能导致设备散热不良，甚至损坏设备。
对策：安装并定期清洁换气扇和风道，保持机房内的良好通风。
5. 水系统问题：机房的制冷设备需要用到水，如果水系统出现故障或漏水问题，可能会导致机房设备无法正常运行。
对策：定期检查水系统，并进行维护和保养，避免水系统故障和漏水问题。
6. 设备老化问题：制冷机房内的设备长期运行容易出现老化，影响设备的性能和寿命。
对策：定期维护和保养制冷设备，及时更换老化严重的设备，确保设备的正常运行。
空冷机组运行中存在的问题及处理措施
直接 空 冷机 组 真 空容 积 庞大 ， 汽 压力 普 遍 比 排
湿冷 机组 高 ｌ ～２ Ｐ 。夏季 环境 温度 高 ， 汽 压 Ｏ ０ｋ ａ 排 力 因环境 温 度 的持 续 升 高而 升 高 ， 为 制约 直 接 空 成 冷机 组带满 负荷 运行 的重要 因素 ， 对机 组 的安 全 、 经 济性 产生极 大 的影响 。可 以采取 以下措 施 防止温 度
降 低 ３ｋ ａ Ｐ 。
ｂ 根 据季 节环 境 特 点 ， 计 安装 空 冷 岛喷 雾 系 ． 设
统 ， 夏季 高 温 时段 带高 负 荷 时 ， 人 空 冷 岛喷 雾 ， 在 投
背 压能够 控制 在 ２ Ｐ ４ｋ ａ以内 ， 使得 机组 带 高负 荷不 受 环境 温度 的限制 。
ａ 空 冷 岛布置是 面南背 北 ， ． 与汽轮 机房 、 炉房 锅
呈 一 字形 排列 ， 自然风 正 对 汽轮 机 房 和锅 炉 房 吹 当
来 时 ， 空冷 岛 背面 与 汽机 房 形成 一 个 巨大 的 尾流 使
区 ， 当部分 的热 汽流从 上到 下倒 流 。 部分热 风 又 相 这
返 回到 风机进 口而使 空 冷 凝 汽器 的 工作 效 率下 降 ，
热 风再 循 环 多数 是 由 自然 环境 因素造 成 ， 常 经
出现 在风 力 ４级 以上 ， 成 热风 再 循环 不 利风 向有 形
以下几个 方 面 。
成 了直 接 空冷 机 组在 结 构 、 热力 系 统及 安 全保 护 等
方 面 与湿 冷机 组 存在 很 大差 异 ， 主要 是 汽轮 机 的低 压 缸 和末 级 叶 片 ， 有 排气 管 、 压通 流 级 数 、 压 还 低 低 回流级 数 、 压轴 承的支 承方 式 、 压保护 装 置等 。 低 背
浅谈板式空冷器及其在石化工业中的应用与改进
采用全 焊式结 构 ， 若 出现局 部堵塞 或损坏 ， 操作 简单 、 安装方 便 、 费用低廉 的优点 ， 必须 整台更换 空冷 器 ，如 此必定 造成较 大 但此 改造方 法并不 具备节 能效果 ，因此 亦 级改 进 。 二 、石 化 Ｔ业 领 域 板 式 卒 冷 器 的实 浪费 。 可采用 变频 电机 ， 但 此改造 方法成 本较 高 ， 际应 用 三 、石 化 Ｔ业 领 域 板 式 空 冷 器 应用
的改进
因此 最好根 据实 际情况 ，交换采用 上述改
造措 施 。
（ 一） 板式空 冷器 的结构原 理 我 国石 化 工业 领域 ， Ｌ Ｂ Ｋ板 式 空冷 器 的设 计 结 构 尤 其 典 型。Ｌ Ｂ Ｋ板 式 空 冷 器 主要包括 喷淋装置 、构架 水箱 、风机 、 板柬 四部分 ，其 中风机主要 选用垂 直安装 的引风式轴 流风机 ；全焊 式板束 即传热单 元 。Ｌ Ｂ Ｋ板 式 空 冷 器 内 热介 质 主要 经 板 管实 现上下 流动 ，同时经 喷淋装 置来喷淋 增湿 空气 （ 选用 软化水 ），此外借 助引 风 机 的带动作用 ，喷淋 增湿后 的空气 经板管 通道 横穿板束 与板 管 内热介 质实 现对流换 热 ，如 此 实 现 冷 却 。Ｌ Ｂ Ｋ板 式 空 冷 器 的 传热 单元结构 采用 全焊式板 束 ；传 热元件 采用 Ｌ Ｔ波纹板 片 ， 以满足 两侧 压浆 的相 关要 求。 考 虑到 板 片 的 触 点 及波 纹 形 状 易使 流体 产生 网状复杂 流 ，而板 间流 道内的 流 体呈 三维流 动 ，外加 留到具 有较 小的水力 直径 ，因此 流动 的扰动可 大大加 强 ，对 流 传热 系 数及 流体 的 湍流 程度 亦 大大增 加 ， 所 以即使雷诺 系数极 低亦 能形成 湍流 ，而 且仅 具有较 小的 污垢 系数 。
板式换热器应用在制冷设备上存在的一些问题
由于板式换热器具有很强的热交换能力（其传热系数是常规换热器的数倍，单位体积换热面积很大）,并且体积小巧、重量轻。
因此，一直受到科研人员和用户的青睐。
但是，板式换热器的耐压性能不好，密封性能差，制约了板式换热器在工程中的应用。
以前，板式换热器主要使用于较清洁的工作介质，工作压力不太高，对泄漏要求不太苛刻，泄漏后不会对环境及工作介质之间产生较大影响的设备上，如应用在民用的热水交系统和蒸汽热水交换系统上。
目前，制冷设备采用板式换热器，主要是一些小型设备，以进口钎焊板式换热器为主。
至于在大型冷水机组的冷凝器和蒸发器上采用单独的板式换热器，理论上是可行的，但还没有看到相关的报道。
也就是说，人们对板式换热器在制冷行业的进一步推广应用还有一定的顾虑，其安全可靠性及与其有关的问题还有待进一步解决。
现在以一套在用的制冷设备为例进行分析。
该设备采用两台7.5匹美优乐风冷机组并联工作，制取冷水给生产鲜啤的保温罐、保温槽降温，在冷水中加入防冻液将冰点控制在-6℃左右，冷水温度控制点设在板式蒸发器进口，控制温度为2~4℃。
该套设备存在主要问题是板式蒸发器冻堵，系统在较高温度条件下运行正常，而在低温条件下（进水温度2℃左右，机组即将停机时）容易发生冻堵。
当板式蒸发器发生冻堵时，工况急剧恶化，在很短时间内就可以将整个板式蒸发器内部冻住。
冻堵对板式换热器是致命的，由于板式换热器是属于比较娇嫩的设备，换热片的厚度很小，不能承受外力的冲击，当冻堵发生时，冰晶膨胀将会直接造成换热器的内部变形或泄漏。
给制冷设备的运行和生产带来很大影响。
问题分析：1、制冷系统不匹配，蒸发器偏小；或者是由于机组长期运行，蒸发器内部结垢、脏堵引起板式蒸发器热交换能力减小。
造成在实际运行过程中蒸发温度偏低（-10℃）。
1）、蒸发温度低于冷水冰点，增大了板式蒸发器冻堵的可能性。
2）、蒸发器传热温差大，没有充分发挥板式蒸发器自身的的优势，不利于制冷效率的提高。
当冷水进水温度为2℃（蒸发器进出水温差为5℃）时，蒸发器出口水温为-3℃，传热温差为9.3℃。
板式空冷器及其在石化工业中的应用现状和改进措施
板式空冷器及其在石化工业中的应用现状和改进措施文章分析了板式空冷器在当前石化活动中的具体应用，分析了其结构和活动理念等，而且论述了面对的不利现象以及具体的应对方法。
标签：板式空冷器；应用现状；改进措施这种设备打破了过去那种设备的结构方面的局限性，它把板式的传热零件放到其中，它是一项把板式设备和空冷式设备融汇到一起的全新的冷凝装置。
由于板式空冷器采用板式传热元件，传热板片沿流体流动方向的流道断面形状不断变化，强化了流动的重要性，在很低的雷诺数下形成湍流，从而增加了流体的对流传热系数，进而提升了传热的功效。
将板片互相的叠加放置，排除了设备距离方面的干扰，同时因单独对其设置LT型板本身，因此具有传热效率快，压降较小，能够清洗等优势，进而它的流通区域很宽，压降不高。
因为这种设备的换热区域非常宽，而且其传热的效率非常高，在开展相同的换热活动时，板式的设备自身的规模不大，而且重量较轻，使用之后能显著的降低其安装区域费用等。
尤其是它的占地区域非常小，能够处理好炼油以及其他活动开展时的场地太小问题。
除此之外，它能够设置为单元的组合体系，设置为积木式样，所以，其单台的换热区域不会受到结构的干扰，更加的适宜于安装在大规模的装置中。
因为这种设备的传热性非常好，而且流通的区域非常宽，管线之中的压力变弱，结构很是紧密，占用的区域非常小等很多优势，在当前的资源紧缺的状态中，它在炼油以及电力等等耗费资源较多的领域汇总有着非常优秀的使用性。
其是当前行业中最为优秀的产品。
2001年3月，由甘肃蓝科石化设备有限责任公司开发研制的板式空冷器，在中国石油下属公司炼油厂250万吨/年常减压装置中投入使用，获取了非常优秀的成就。
近些年，经多次改进后诞生的第二代产品已经在中国石油下属公司500万吨/年常减压装置中安装，标志着板式空冷器推广应用大见成效。
1 在石化行业中的应用1.1 板式空冷器的结构目前石化工业中使用的LBK板式空冷器是典型设计结构之一。
板式蒸发空冷器在炼厂中的应用现状与问题
Ａ
．
炼厂中的应用现状与问题
曹小刚 中国石 油兰州石化公 司炼油厂 ７ ０６ ５ ００
其 在 炼 油 化 工 这 样 的 高 能 耗 作 业 有广 阔 的 应用前景。 ２ ０ 年 板式 空 冷 器 开 始 开 发研 制 ，我 ０１ 厂 ２ ０ 年 ５０ ×ｌ％ ａ ０３ ０ Ｏ ／ 常减 压 装 置 减 压 塔 顶冷却 系统采用 板式空冷器 第二代产 品 ， 取 得 了较 好 的效 果 ，在 ２ ０ 年 ９月我 厂 扩 ０７ 能 改 造 中 气体 分 馏 装 置 ３ ０ｔ ａ 冷 器 全 ０ １ 空 ／ 部采 用最新型带 预冷板束 的蒸发空冷 器 ， 在 国内其它炼厂如上海高桥 、 济南独山子 、 抚顺蒸山等均有使用 ， 使用效果较 好， 但同 时 也 存 在 一 些 不 足 ，仍 需 对 其 进 行 改 进 。 板 式 空 冷 器 的结 构 见 图 １ ，它 由板 束 、 风 机 、 构 架 水 泵 及 喷淋 系统 组 成 ， 热介 质 （ 烃） 轻 由上 向 下 通过 ， 气经 过 淋 水 后 ， 空 一 部分湿润的雾状空气与水 滴进 入板片后立 刻 蒸 发 ， 走 大量 热 量 ， 部 分 未 雾 化 的喷 带 一 淋水 由风机带动通过 板片横穿板束 ，与管 内 热 介 质形 成 交 叉 流换 热 ， 到冷 却 效 果 ， 达 风 机 采 用 水 平 安 装 的 引风 式 轴 流 风 机 …。 板 式 空 冷 器 采 用 全焊 接 式 板 束 作 为 传 热单 元 ，采 用 Ｌ Ｔ波 纹 板 片作 为 传 热 元 件 ， 由 于波 纹 形 状 的板 片 ，流 体 在 板 问流 动 为 ＿维流 动 ， 二 同时 流 道 的 水 利 直径 较 小 ， 强 加 了流动 的扰动 ，形成湍流 ， 污垢 系数小 ， 且 结 构减 少 。
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板式空冷器使用过程中出现的问题及改进
摘要：针对板式空冷器的腐蚀现状,通过腐蚀形貌观察、失效分析和机理研究,指出了空气冷却器失效的主要原因与影响因素。
在此基拙上提出了具体的防护措施与建议。
关键词：板式空冷器腐蚀建议
在伴有加热或冷却的操作中,总是存在着各种各样的传热过程。
换热器是用于传递热量的装置,近年来选用空气冷却器作为冷却设备倍受用户欢迎。
与水冷相比,板式空冷器是一种结合板式和空冷式换热器优点而发展起来的新型换热装置,具有换热效率高、占地小、可大型化等优点,被广泛应用于石油、化工、电力等行业。
由于冷却器常接触腐蚀性原料,极易发生开裂泄漏。
某石油炼厂硫磺回收装置16台板式空冷器首次冷态投用,两天后进行系统升温,达到操作温度,仅经过五天的运行,8台空冷器最外层板片发生开裂泄漏。
将开裂板片作焊死报废处理后经一个月运行,其中4台空冷器次外层板片又相继发生泄漏。
1、板式蒸发空气冷却器的使用情况
板式蒸发空气冷却器是一种将板式换热器与空冷式换热器的优点结合在一起的新型空气冷却器,具有传热效率高,压降小的优点。
适合于压降要求严、占地面积紧张的干净介质冷凝冷却的场合。
管道泵将水箱中的脱盐水输送到板束上方的喷淋管线,由喷淋管线的喷嘴将脱盐水向下喷淋到板束表面,并形成连续水膜。
同时用风机送风,自下而上掠过板束,从而达到冷却目的。
该空气冷却器的传热过程一方面依靠水膜与空气的显热传递进行;另一方面利用水膜迅速蒸发来强化板束外的传热。
由于水的汽化潜热很大,水膜的蒸发强化了板束表面的传热,使设备总体传热效率比单纯的空气冷却器要好。
板式蒸发空气冷却器板束板材选用的是316L。
316L属于超低碳奥氏体不锈钢。
由于含有较高的铬和镍,并呈单向的奥氏体组织,这类钢有较高的的化学稳定性和耐腐蚀性,而且钢的冷热加工性和焊接性也很好。
尽管超低碳奥氏体不锈钢是一种优良的耐腐蚀钢,但是在有应力的情况下,特别是在含有氯化物的介质中,常产生应力腐蚀破裂,而且介质温度越高越敏感。
2、板式蒸发空气冷却器板束泄漏原因
(1)氯离子的侵蚀。
从板式空气冷却器的使用情况来看,循环使用的脱盐水中氯离子是造成不锈钢板束腐蚀穿孔的主要原因。
在顶板式空气冷却器发生泄漏后,对报废板束进行了腐蚀检测。
通过对采回来的样品表面铁刷打磨,发现有许多黑
色腐蚀坑,最大面积为2mm。
经过渗透检测,发现有部分腐蚀坑已穿孔。
板式空气冷却器在投用脱盐水期间,很少对空冷水槽内的水进行清理,造成水槽内氯离子严重超标加速了板束的腐蚀。
(2)制造及焊接缺陷因素。
由于板束与板束之间,板束与管箱之间,板束与管箱侧法兰之间等结构都需要焊接。
因此在焊接过程中不可避免地会存在很大的残余应力。
在板束残余应力、外力和腐蚀环节的联合作用下会造成板束的变形以至破裂。
从本次泄漏的特点来看,许多漏点还发生在板束压制成型时发生弯折的地方。
特别经过补漏封堵过的板束,由于板束板壁只有0.7mm,在焊接过程中受到了局部加热和冷却后产生的焊接应力,会使板束的形状和尺寸发生变化,影响了加工精度,降低了结构的承载能力。
如果封堵的板束太多,板束间的相互支撑力消失,会使未封堵的板束发生变形,最终破裂。
(3)使用过程中易出现的问题。
在板式蒸发空气冷却器的使用过程中,由于使用方式的不得当也会导致板束的变形,甚至泄漏。
在安装、施工、使用过程中,焊接飞溅、异物跌落、重物撞击、踩踏板束都可能造成板束的受损或变形,成为泄漏的隐患;在试压过程中,升压或者降压速率过快,易造成板束的变形,增加板束之间的应力;在投用或切除空冷过程中,进或退物料的速率过快,易造成板束的变形;在日常的生产中,提高或者降低处理量的速率过快,易造成板束的变形。
(4)温度因素。
温度也是引起应力腐蚀造成板束泄漏的重要因素之一。
另外,该炼油厂所在地区温差较大,四季温差70~80℃,频繁的热胀冷缩会降低板束弹性模量,最终使板束变形。
3、防护措施
(1)管理制度制定。
车间在总结了板式蒸发空气冷却器使用过程中所出现的问题后,制定了一系列的管理制度并进行了一些整改措施,其中包括:在操作规程中增加板式蒸发空气冷却器的基础操作规程及操作;规范试压要求,用气试压时升压和降压速率不超过0.02MPa/min,用水试压时升压和降压速率不超过0.05MPa/min;在投用或切除空冷过程中,缓慢打开或关闭进出口阀,避免进或退物料过快。
提降处理量幅度不得高于1t/h。
(2)降低介质侵蚀。
为确保板式蒸发空气冷却器的长周期运行,降低介质的侵蚀是尤为重要的。
所以对循环使用的脱盐水要加强水质监测,确保水质符合要求。
对空冷水箱的进水管和空冷水箱内水样每周3次取样化验分析;根据水样化验分析结果指导,每周一、三、五对空冷水箱内水进行更换;每两周对空冷水箱进行彻底排污清理。
(3)避免喷嘴堵塞。
由于喷嘴易堵,影响冷却效果。
将部分喷嘴喷头进行拆除,装上四氟堵头。
喷嘴改造后有以下作用:减少了脱盐水用量,降低了能耗;加大另一个喷嘴的压力,增加雾化面积和雾化效果。
(4)喷淋箱上方加一层丝网。
由于喷淋箱槽沿太矮,在喷淋箱上方盖上一层丝
网。
改造有以下作用:避免夏季蚊虫进人板束箱,封堵喷嘴;防止刮风天气时沙土进人板束箱,污染水质;防止水雾溅出水槽,造成脱盐水的浪费。
(5)减小应力。
由于板束很薄,在焊接时尽量采用对接焊和连续焊,避免搭接焊和点焊,必须严格遵守有关的焊接规程。
热处理时对温度的控制要适当,避免因热处理而产生残余应力。
如果封堵泄漏的板束太多,也会造成其它板束受力不均匀。
(6)合理选材。
实践证明,奥氏体不锈钢抗卤族元素的腐蚀能力并不好,孔蚀、间隙腐蚀的局部腐蚀时而会发生。
已知在奥氏体系不锈钢中增加Cr和M0,特别是添加N,对抑制卤族元素腐蚀是有效果的。
参考文献
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[2]王德胜,张嵘,张伟.减压塔顶湿空冷器的腐蚀与防护[J].石油化工腐蚀与防护,2007,24(2):36-39.
[3]陈立义.常减压装置加工沙特轻油(高硫油)腐蚀及防护[J].江苏化工,2005,33(4):61-63.。