管壳式换热器的可靠性与维护优化策略.pdf

质量与管理模具制造 2023年第11期管壳式换热器的可靠性与维护优化策略王震宇（国家能源集团煤制油，内蒙古鄂尔多斯 017209）【摘要】研究了管壳式换热器的可靠性和维护优化策略。首先介绍了其结构、工作原理及可能导致可靠性问题的因素，并采用FMEA和RCM等方法进行可靠性评估，同时提出了预防性维护、在线监测、故障诊断和维修等策略。预防性维护包括清洗、流体处理和关键部件更换；在线监测包括监测温度、压力、腐蚀和振动等参数；故障诊断和维修包括快速诊断和备件管理。最后通过案例分析验证了策略的有效性，并提出改进建议，以供参考。关键词：管壳式；换热器；可靠性；维护；优化策略中图分类号：TQ051 文献标识码：BDOI：10.12147/ki.1671-3508.2023.11.083Reliability and Maintenance Optimization Strategies for Shell and Tube Heat ExchangersWang Zhenyu（National Energy Group Coal-to-Oil Project,Ordos,Inner Mongolia 017209,CHN）【Abstract】This study investigates the reliability and maintenance optimization strategies for shell and tube heat exchangers.Firstly,introduces its structure,working principles and factors that may affect reliability are introduced,and reliability assessmentmethods such as FMEA and RCM are employed.At the same time,strategies for preventive maintenance,online monitoring,fault diagnosis,and repairare proposed.Preventive maintenance includes cleaning,fluid treatment,and replacement of key components.Online monitoring involves monitoring parameters such as temperature,pressure,corrosion,and vibration.Fault diagnosis and repair encompass quick diagnosis and spare parts management.Finally,the effectiveness of the strategies is validated through case studiesand improvement suggestions are providedfor reference.Key words:shell and tube；heat exchanger；reliability；maintenance；optimization strategies1 引言管壳式换热器在工业领域中广泛应用，用于传递热能，实现流体之间的热交换。然而，由于其特殊的结构和工作环境，管壳式换热器存在着一系列的可靠性问题，如腐蚀、泄漏和污垢积聚等，这些问题可能导致设备故障、能量损失甚至生产中断。为了确保管壳式换热器的可靠运行，提高其使用寿命和性能，必须采取有效的维护优化策略。本文旨在研究管壳式换热器的可靠性，并提出相应的维护优化策略，以减少故障风险、提高维护效率和降低维护成本。2 管壳式换热器可能导致可靠性问题的因素管壳式换热器作为热交换设备，在使用过程中面临着多种因素可能导致可靠性问题的挑战。了解这些因素对制订有效的维护优化策略至关重要。首先，腐蚀和腐蚀疲劳是影响管壳式换热器可靠性的主要因素之一。由于介质的化学性质和工作环境的影响，管道和壳体表面可能会受到腐蚀的侵蚀。腐蚀会损害金属材料的结构强度，导致管道泄漏或壳体破裂。同时，腐蚀疲劳也可能在循环载荷下导致材料疲劳断裂，进一步降低了设备的可靠性；其次，温度和压力波 259质量与管理模具制造 2023年第11期动也会对管壳式换热器的可靠性产生影响。温度和压力的剧烈变化可能导致材料的膨胀、收缩和应力集中，进而引发泄漏或破裂等故障。特别是在启动、停机和紧急停机等工况下，温度和压力的突变可能对设备产生更大的冲击。流体侧腐蚀和污垢积聚也是导致管壳式换热器可靠性问题的重要因素1。在工作过程中，流体中的杂质、沉积物和污垢可能会沉积在管道内壁和壳体表面，形成障碍物和热阻，降低热交换效率，并可能导致管道堵塞、流体侧腐蚀和流量不均衡等问题，从而影响设备的可靠性和性能；此外，管板连接处的泄漏也是管壳式换热器的常见可靠性问题之一。管壳式换热器的管束和壳体之间通过管板连接，而这些连接处可能存在密封不良、腐蚀疲劳和机械应力等问题，导致泄漏风险增加。泄漏不仅会造成能量损失，还可能引发危险事故。因此，对管板连接处的可靠性和密封性进行有效监测和维护至关重要。3 管壳式换热器的维护优化策略3.1 预防性维护预防性维护是提高管壳式换热器可靠性的重要策略之一。它旨在通过定期的清洗、维护和更换关键部件，预防潜在故障的发生，并保持设备的性能和效率。清洗和维护定期计划是预防性维护的核心。定期清洗可以有效去除管道内壁和壳体表面的污垢和沉积物，防止堵塞和腐蚀的发生2-3。同时，定期维护包括检查管道连接、密封件和支撑结构等关键部件的状态，确保其完好无损。通过建立合理的定期计划，并按照计划执行清洗和维护工作，可以减少故障的发生，并延长设备的使用寿命。流体处理和水质管理也是预防性维护的重要方面。管壳式换热器在运行过程中，需要与不同介质进行热交换。因此，合理处理和管理流体质量对设备的可靠性至关重要，这包括控制水质、处理杂质、维护适当的流体流速和温度等。通过优化流体处理和水质管理，可以降低腐蚀和污垢的风险，保持设备的良好运行状态。定期更换密封件和耐热胶垫是预防性维护的另一个关键方面。密封件和耐热胶垫在管壳式换热器中发挥着重要的密封和隔热作用。随着时间的推移和使用条件的变化，密封件和耐热胶垫可能会受到损坏、老化或变形。因此，定期检查并及时更换这些关键部件是保持设备可靠性的必要措施。预防性维护对提高管壳式换热器的可靠性至关重要。通过建立清洗和维护定期计划，优化流体处理和水质管理，以及定期更换关键部件，可以减少故障的发生，延长设备的寿命，并确保其性能和效率的稳定。预防性维护不仅可以降低维修和停机时间的成本，还可以提高生产效率和安全性，从而带来经济和运营上的巨大优势4。3.2 在线监测和故障检测在线监测和故障检测是管壳式换热器维护优化的重要策略，通过实时监测设备的运行状态和性能参数，可以及早发现潜在故障并采取相应的措施，以提高可靠性和避免设备故障带来的不利影响。温度、压力和流量是管壳式换热器运行过程中的关键参数，通过在线监测这些参数，可以实时了解设备的工作状态。温度监测可以帮助检测温度异常或过高，以避免材料热疲劳或腐蚀等问题。压力监测可以及早发现压力波动或过高的情况，以防止设备过载或破裂。流量监测可以确保正常的流体循环，并检测可能的堵塞或泄漏情况。腐蚀和污垢的监测也是在线故障检测的重要内容。通过定期检测管道和壳体表面的腐蚀情况，可以评估腐蚀的程度，并及时采取措施进行修复或防护。同时，监测污垢的沉积和堆积情况，可以判断设备的清洁程度和污垢积聚的风险，以便及时清理和维护。振动和噪音监测是检测管壳式换热器机械故障的有效手段。通过在线监测设备的振动和噪音水平，可以发现轴承故障、松动或不平衡等机械问题。及早发现这些问题并进行维修，可以防止设备进一步损坏或导致停机。在线监测和故障检测的重要性在于及时发现潜在故障和异常情况，以便采取适当的维护措施。这有助于避免设备故障引起的停机时间和生产损失，提高设备的可靠性和可用性。此外，通过实时监测和数据记录，可以分析设备的运行趋势和性能变化，优化维护计划和预测潜在故障，从而进一步提高设备的运行效率和寿命。在线监测和故障检测是管壳式换热器维护优化的关键策略，通过实时监测关键参数、腐蚀和污垢情况、振动和噪音等，可以及早发现故障并采取相应措施。这将有效提高设备的可靠性和性能，减少故障带来的损失和风险，从而促进生产的稳定运行和经济效益的提升。3.3 故障诊断和维修故障诊断和维修是管壳式换热器维护优化的关键环节，它涉及快速准确地识别故障原因并采取适当的维修措施，以恢复设备的正常运行。故障诊断和维修的有效性直接影响到设备的可靠性和生产过程的 260质量与管理模具制造 2023年第11期连续性。快速故障诊断方法是故障诊断和维修的基础。通过合理选择和应用先进的故障诊断技术和工具，可以迅速确定故障的根本原因。这包括使用故障模式识别技术、振动分析、红外热像仪等设备进行故障检测和诊断。同时，借助数据采集和分析系统，可以实时监测设备运行数据，识别异常行为和趋势，并进行故障预测和预警。备件库存和供应链管理也是故障诊断和维修的重要方面。合理管理备件库存，确保关键零部件的及时供应，对快速修复设备故障至关重要。建立健全的供应链网络和合作伙伴关系，可以保证备件的质量和可靠性，缩短维修时间，并减少停机造成的损失。定期维修和更换关键组件是保持管壳式换热器可靠性的重要手段。根据设备的使用寿命和运行状态，制订合理的维修计划，定期检查和维护关键组件，如管子、板片、密封件等。及时更换磨损、老化或受损的部件，可以避免设备故障的发生，并保持设备的性能和效率。故障诊断和维修对管壳式换热器的可靠性至关重要，它可以帮助快速恢复设备的运行，减少生产中断和损失。通过合理应用先进的故障诊断技术、优化备件库存和供应链管理，并制订有效的维修计划，可以提高设备的可用性和可靠性，降低维修成本，提升生产效率和运行安全性。4 案例分析管壳式换热器的可靠性和维护优化策略在实际应用中具有重要意义。以下将通过一个具体案例来展示这些策略的应用和效果，以验证其在提高设备可靠性和优化维护方面的实际效果。某化工厂使用的管壳式换热器在近期出现了故障，导致生产过程中断，并造成了较大的生产损失。经过初步检查和故障诊断，发现该换热器的管子出现了严重的腐蚀和磨损，导致热传导不良和渗漏。此外，设备的振动和噪音也明显超过正常范围。为了解决该换热器的可靠性问题，以下维护优化策略被采用并应用于实际操作中。预防性维护方面，制订了定期清洗和维护计划。定期进行清洗和维护，包括清理管道内的污垢和沉积物，定期更换耐热胶垫和密封件，以防止腐蚀和磨损的发生。此外，实施了流体处理和水质管理措施，确保流体的质量和纯度，减少对设备的腐蚀和污染。在线监测和故障检测方面，安装了温度、压力和流量监测装置。通过实时监测这些参数，及时发现温度异常、压力波动和流量异常，以防止设备过热、过载和泄漏的情况。同时，振动和噪音监测系统被部署，以监测设备的振动水平和噪音情况，及时发现机械故障的迹象，避免设备的进一步损坏。故障诊断和维修方面，采用了快速故障诊断方法，包括故障模式识别和数据分析。通过对设备运行数据的采集和分析，快速确定了管子腐蚀和磨损的原因，并进行了相应的维修和更换。备件库存和供应链管理得到了优化，确保了关键零部件的及时供应。经过以上维护优化策略的实施，该管壳式换热器的可靠性和性能得到了显著改善。设备的腐蚀和磨损问题得到了有效控制，热传导效率和密封性得到了提高，振动和噪音问题也得到了解决，设备运行更加稳定和安静。此外，生产中断和损失率得到了降低，生产效率和经济效益得到了提升。5 结束语加强管壳式换热器的可靠性研究和维护优化策略的实施，对确保设备的正常运行、提高生产效率和降低成本具有重要意义。在未来的工程实践中，需要持续关注和改进维护技术和方法，以应对不断变化的工业需求和挑战，为工业生产的可持续发展做出贡献。参 考 文 献1张超,汪世益.换热管缠绕角参数对管壳式换热器壳程流场的影响J.化工机械,2023,50(02):187191+2432花朝阳.管壳式换热器制造及安装的质量控制分析J.中国设备工程,2023,(07):2062083董新宇,陈梦淑,刘璐.熔盐与亚临界汽/水在管壳换热器中传热特性实验研究J.太阳能学报,2023,44(03):4894964刘强.管壳式换热器矩形薄管板与换热管焊接技术J.设备管理与维修,2023,(06):9495作者简介：王震宇，男，1981年11月生，汉族，山西右玉人，本科，中级工程师，研究方向：机械制造、化工设备。（收稿日期：2023-08-09）DMM欢 迎 订 阅2024年 模具制造 月刊2024年 模具制造 月刊定价：10元/期，欢迎读者到当地邮局订阅，邮发代号：46-234；亦可与本刊发行部联系订阅，电话：[phone]。261