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440E1001

 

E-1001检修方案

 

编制:

审核:

批准:

目录

第一章绪论1

1.1什么是管壳式换热器1

1.2固定管板式换热器结构1

1.3固定管板式换热器的特点2

第二章换热器的维修3

2.1检修周期及内容3

2.1.1清洗3

2.1.2中修3

2.1.3大修3

2.2检修前的准备3

2.2.1换热器的清理5

2.3换热器的修理5

2.3.1壳体5

2.3.2换热管的维修5

2.3.3管板9

2.3.4折流板9

2.3.5防冲板9

2.3.6密封垫片9

第三章验收及压力试验11

3.1换热器的检验11

3.1.1外部检查11

3.1.2内外部检查11

3.2压力试验12

3.2.1液压试验12

3.2.2气密性试验12

3.3定期检验13

3.4固定管板式换热器的维护13

3.4.1点检和日常维护13

3.4.2常见故障及处理方法14

3.4.3换热器腐蚀的原因14

3.5维护检修的安全注意事项15

3.6检修安全注意事项15

3.7试车安全注意事项16

3.8质量保证措施16

3.9HSE安全技术措施16

3.10验收17

第一章绪论

化工生产离不开化工设备,化工设备是化工生产必不可少的物质技术基础,是生产力的主要因素,是化工产品质量保证体系的重要组成部分。

然而在化工设备中化工容器占据着举足轻重的地位,由于化工生产中,介质通常具有较高的压力,化工容器一般有筒体、封头、支座、法兰及各种容器开孔接管所组成,通常为压力容器,因为压力容器是化工设备的主体,对其化工生产过程极其重要,国家对其每一步都有具的标准对其进行规范,如:

中国《压力容器安全技术监察规程》、GB151-1999《管壳式换热器》等。

在其中能根据不通的操作环境选出不同的材料,查出计其允许的工作压力,工作温度等。

换热器简单说是具有不同温度的两种或两种以上流体之间传递热量的设备。

在工业生产过程中,进行着各种不同的热交换过程,其主要作用是使热量由温度较高的流体向温度较低的流体传递,使流体温度达到工艺的指标,以满足生产过程的需要。

此外,换热设备也是回收余热,废热,特别是低品位热能的有效装置。

1.1什么是管壳式换热器

管壳式换热器又称列管式换热器。

是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。

这种换热器结构较简单,操作可靠,可用各种结构材料(主要是金属材料)制造,能在高温、高压下使用,是目前应用最广的类型。

1.2固定管板式换热器结构

固定管板式换热器由管箱、壳体、管板、管子等零部件组成,其结构较紧凑,排管较多,在相同直径下面积较大,制造较简单。

如图1所示。

图1固定管板换热器

固定管板式换热器的壳体多为圆筒形,内部装有管束,管束两端固定在管板上。

进行换热的冷热两种流体,一种在管内流动,称为管程流体;另一种在管外流动,称为壳程流体。

为提高管外流体的传热分系数,通常在壳体内安装若干隔板。

隔板可提高壳程流体速度,迫使流体按规定路程多次横向通过管束,增强流体湍流程度。

换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。

等边三角形排列较紧凑,管外流体湍动程度高,传热分系数大;正方形排列则管外清洗方便,适用

于易结垢的流体。

1.3固定管板式换热器的特点

固定管板式换热器结构简单,制造成本低,管程清洗方便,管程可以分成多程,壳程也可以分成双程,规格范围广,故在工程上广泛应用。

壳程清洗困难,对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。

当膨胀之差较大时,可在壳体上设置膨胀节,以减少因管、壳程温差而产生的热应力。

固定管板式换热器的优点:

1.旁路渗流较小;

2.锻件使用较少,造价低;

3.无内漏

4.传热面积比浮头式换热器大20%~30%。

固定管板式换热器的缺点:

1.壳体和管壁的温差较大,壳体和管子壁温差t≤50℃,当t≥50℃时必须在壳体上设置膨胀节;

2.易产生温差力,管板与管头之间易产生温差应力而损坏;

3.壳程无法机械清洗;

4.管子腐蚀后连同壳体报废,设备寿命较低。

第二章换热器的维修

2.1检修周期及内容

换热器的检修分为定期计划检修和不定期检修。

定期计划检修是根据生产装置的特点、换热器介质的性质、腐蚀速度及运行周期等因素进行定期计划检修。

定期计划检修根据检修工作量可分为清洗,中修和大修。

不定期检修是由于某种原因导致临时性的检修。

清洗周期一般为六个月,运行中物料堵塞或结垢严重的周期为三个月或更短一些,应根据换热器的压降增大和效率降低的具体情况而定;中修的间隔期一般为一年;大修的间隔期一般为三年;经过运行经验的证明,检修间隔期可以适当延长或缩短。

2.1.1清洗

1.清洗管程和壳程积存的污垢。

2.更换垫片。

2.1.2中修

1.清理换热器的壳程、管程及封头(浮头、平盖等)积存的污垢。

2.检查换热器内部构件有无变形、断裂、松动,防腐层有无变质、脱落、鼓泡以及内壁有无腐蚀、局部凹陷、沟槽等,并视情况修理。

3.检查修理管束、管板及管程现壳程连接部位,对有泄漏的换热管进行补焊、补胀和堵管。

4.检查更换进出管口填料、密封垫。

5.检查更新部分连接螺栓、螺母。

6.检查校验仪表及安全装置。

7.检查修理静电接地装置。

8.检查更换管件、阀门及附件。

9.修补壳体、管道的保温层。

2.1.3大修

1.包括中修的所有内容。

2.修理或更换换热器的管束或壳体。

3.检查修理设备基础。

4.整体防腐、保温。

2.2检修前的准备

确定检修内容,制定检修方案,编制检修计划和检修进度。

当检修过程中要挖补、焊接及热处理时,应参照相应的技术规范。

其中属于Ⅰ类压力容器的,其检修方案应经过公司主管压力容器的安全技术人员同意;属于Ⅱ、Ⅲ类压力容器的检修方案还应经过公司总工程师的批准,焊接工艺应经过焊接技术负责人审查同意。

向检修人员进行任务、技术、安全交底,检修人员应熟悉检修规程和质量标准,对于重大缺陷应提出技术措施。

落实检修所需的材料与备件,校验检修中使用的量具、仪器,准备好检修中所需的工具,尤其是专用工具。

换热器交付检修前,设备所在单位必须按照原化学工业部颁发的《化工企业安全管理制度》和《化学工业部安全生产禁令》中的有关规定,切断电源,做好设备及管路的切断、隔绝、置换和清洗等项工作,经分析合格后移交检修人员进行检修。

在置换和清洗时,不得随意排放设备中的介质。

工机具、材料的准备

名称

规格

单位

数量

名称

规格

单位

数量

手拉葫芦

5t

1

破布

Kg

5

手拉葫芦

1t

2

胶带

1

手拉葫芦

2t

2

记号笔

2

钢丝绳扣

各种

若干

塑料布

kg

10

活扳手

15″

1

敲击扳手

41

1

活扳手

18″

1

敲击扳手

34

1

梅花扳手

2

大锤

16磅

1

风扳机

1

撬棍

L500

3

卡环

5t

2

风管

DN20*20米

2

刨刃

2

吊车

25吨

1

 

设备情况

设计压力

工作介质

主体材料

管程

1.76MPa

蒸汽

16MnDR

壳程

2.2MPa

C4、H2

16MnDR

封头尺寸:

φ400mm

2.2.1换热器的清理

由于介质的腐蚀、冲蚀、积垢,必须进行清理。

可根据结垢的程度、介质的特性以及现场的条件分别选用机械清洗、高压水冲洗清理、化学除垢清理和海绵球清洗法。

2.3换热器的修理

2.3.1壳体

壳体的检修与质量标准,属于压力容器范畴的按原化学工业部颁发的《压力容器维护检修规程》(HG25001-91)有关规定执行;非压力容器也可参照执行。

2.3.2换热管的维修

1.换热器胀管由于温度、压力的波动以及温差变形的不均匀性造成管子从管板中拉脱、松动而使介质泄漏,可采用补胀来消除泄漏,胀管率为6%左右。

同一部位如补胀最多三次,否则会使管板孔处材料冷作硬化而胀不紧。

对补胀无效的换热器管,可以用管堵将管子两端封死,也可以更换换热管或者采用焊接方法。

若采用焊接,应在焊接后对周围的管子再补胀一次,以免由于焊接后管板的热胀冷缩而引起四周其它管子的胀缝松动泄漏。

2.换热器由于腐蚀、磨蚀、冲蚀、沉积腐蚀等原因,使管子产生裂缝、穿孔而泄漏,这时无法修复。

一般处理的方法有两种:

一是堵管,二是更换新管。

在泄漏管子数量不多时,可以用管堵将管子两端封死。

如管程压力较高时,可以堵紧后再焊死。

3.管堵应符合如下条件:

A管堵为圆锥形,长度为管内径的两倍,小端直径为管内径的0.85倍,锥度为1:

10。

B管堵金属材料的硬度,应低于或等于管子的硬度。

C堵管的总数,一般不得超过换热器管束该管程的10%(根据本厂工艺和生产情况可适当增减)。

4.换热器管板处泄漏或换热器本身大量泄漏而无法修复时,应进行换管。

换管的步骤如下:

A换热管的取出将泄漏的管子做出标记,在钻床上将两端管板处的管端部分钻掉,然后冲出管子。

如更换全部列管,可用气焊将管束割去,气割时应距离管板100mm以上,以减少气割火焰对管板加热而产生变形;然后冲出管子。

B管板孔的清理、修磨和检查

首先将槽内的管圈挑出,然后用铁刷或细砂布清除管板孔内的油污或铁锈,也可以用磨孔机磨孔。

管板上管孔直径最大允许偏差如表1。

表1管板上管孔直径最大允许偏差

管子外径(mm)

19

25

32

38

45

57

管孔直径(mm)

19.4

25.4

32.5

38.5

45.5

57.7

最大偏差(mm)

0.20

0.24

0.30

0.30

0.40

0.40

利用旧管板最大孔径(mm)

19.60

25.64

32.80

38.80

45.90

58.10

管板清理及修磨后必须检查:

管孔内不得有穿通的纵向或螺旋形的刀痕;管孔的轴线应垂直于管板平面;管板的密封槽或法兰面应光滑无伤痕,管板的管孔直径偏差、圆度及圆柱度都应在允许范围内。

管板孔内不得有油污、铁锈、刀痕,管板的密封槽或法兰面应光滑无伤痕。

C换热器管应符合下列要求

胀接管材的硬度应比管板材料硬度小HB30左右,否则在管端进行退火处理。

换热管应为YB231-70《无缝钢管》和YB804-70《不锈、耐酸钢无缝钢管》中高精度冷拔管;其质量应符合GB151《钢制管壳式换热器》。

管子胀接部分不应有纵向刻痕,但允许有深度不超过0.1mm的环向沟槽。

一般情况下较长的换热管直管,允许有一道对接焊缝,最短的管长不小于300mm;U形管允许有两道对接焊缝,两道焊口之间的距离不小于300mm。

对接接头应作焊接工艺评定,对接焊缝应平滑,对口错边量不大于管壁厚度的15%,对接后的不直度以不影响穿管为限,并逐根用直径为0.85倍管内径的钢球进行通球试验和水压试验,水压试验的试验压力为管程设计压力的两倍。

U形管弯管段的圆度偏差,应不大于管子名义外径的10%;不宜热弯的碳钢、低合金钢管弯制后应作清除应力热处理。

D穿管的准备

①切管,管子的长度偏差为±2mm。

切管时应考虑管子的长度要比两管板外端面之间的设计距离长一些,胀接管长出6~8mm,焊接管长出2倍的管子壁厚。

②退火,当管子的硬度达不到要求时,应采用退火来保证可塑性。

将管端加热到600~650℃,保温10~5分钟,用石棉布包好或插入温热而干燥的砂子中。

退火长度单管板换热器为150~200mm,双管板的换热管为350~400mm。

③磨管,管子两端要磨光,去掉铁锈等污物,露出金属光泽,其长度为一般不小于管板厚度的二倍(或120~150mm);内壁也要进行适当的清理、打磨。

E管束的组装

部分管子更换时,可将准备好的管子逐一穿进管孔,并在两端留出适当的长度,胀接管要留出3~4mm,焊接管留出一个管壁厚度。

管束全部更换时,应将两端管板分别夹在胎具上,保证同心度、垂直度、平行度和板间的距离:

管板的平行度误差小于±1mm,两端距离误差小于±2mm;然后,将拉杆、定距离板、支持板、折流板等按要求固定好,并校对各部分尺寸和折流方向、同心度等是否合乎要求;最后逐根插入换热管。

穿管时禁止用铁锤直接打入,全部管子穿好后,可根据图纸要求进行胀管、焊接或胀焊并用。

F胀管工作原理:

工作时,胀杆作旋转运动,滚子在正向旋转的胀杆推动下,由于PY力的作用使滚子前进;又因PX力的作用,使滚子在前进的同时,挤推与其接触的周边金属压向管板孔内壁;随着胀杆的继续旋转工作,致使管壁塑性变形,使与其相配的管板内孔发生弹性变形;当胀管器对管口及管板管孔的挤压力达到一定值时,管板内孔依靠弹性变形,紧紧地固住已经发生塑性变形的管头,达到胀管的目的。

G胀接,胀接前必须检查管板、管端的材质、尺寸、机械性能、净化处理等是否符合要求。

胀管时,气温不要低于-10℃,胀管顺序一般从中心扩展到周边对称交叉进行,胀接后的管子扩大部分或过渡部分应光滑,无裂缝和沟槽,胀接处应严密不漏;若发现胀接质量不符合图纸要求时,可以重胀,重胀次数不超过三次。

为了保证胀管质量应选择合适的胀管率,一般中、低压换热器的胀管率hs=6~7%,压力较高的胀管率hd=1~1.5%或hs=1~1.5%。

其中:

hs=

hd=

式中

hs:

管子内径的胀大值对管壁厚度S的相对百分率;

hd:

管子内径的胀大值对管板孔内径D的相对百分率;

d0:

胀紧前管子的内径(mm);

d1:

胀紧后管子的内径(mm);

e:

胀紧前管子与管孔的间隙(mm)。

管板孔径与管子外径的间隙e应在表2范围内。

表2管板孔径与管子外径的间隙e

管子外径(mm)

19

25

28

57

间隙e最大值(mm)

0.50

0.50

0.80

1.10

间隙e最小值(mm)

0.30

0.30

0.35

0.55

 

胀管的操作工艺

①对操作者的要求:

操作者首先应掌握有关胀接技术的基本知识,了解胀管的全套过程及要求等,操作者能熟练操作并且具有一定经验,能通过观察、分析能判断胀接质量。

②试胀:

如进行大量的胀管,为保证胀接质量和胀管的一次成功,应进行试胀。

试胀时的一切条件,包括管子与管板的材质、机械性能、尺寸、胀管工具、周围环境及操作者均应现实际工作一致。

在试胀中精密地测量胀管前后管子与管板孔的直径,以确定胀管率;胀完后进行密封试验、拉脱试验;并以此鉴定胀管质量和确定大批胀管的操作工艺。

③胀管前的准备及检查:

除管板、管子的材质、尺寸、外观与机械性能必须符合规定要求外,还应选择合适的胀管器;胀前胀管器的胀杆和滚柱及管头内表面涂以润滑油,但不得将油脂落在管子与管孔的间隙内。

④紧固:

在胀管时,并管子的一端固定后另一端便可开始胀接,但一根管子的两端不能同时胀接。

当管子胀到与管孔壁完全贴合,固定胀管器不能推进,紧固胀管的步骤完成;之后用翻边胀管器进行胀紧与翻边。

⑤胀接顺序:

由于胀接时管子伸长对管板产生一个反力,如胀接顺序不合理,管板则可能产生变形。

正确的胀接顺序有两种:

一种是一端管板胀完,另一端管板的胀序应当从中央第一区开始胀,然后放射形地向第2、3、4……区顺序胀下去。

另一种是在胀第二端管板时,为减少管子残余纵向应力,应当从管板最外层的管子胀起,逐步胀到中心。

否则中心部分的管子拉应力增加很大甚至产生破坏。

具体选用那一种应根据管子与管板的结构材质而定。

⑥胀管注意事项:

手动胀接时,应尽量保持胀杆转速及用力均匀。

为保证润滑及冷却胀管器滚柱,每胀一根管都要注一次机油;为防止滚柱与胀杆退火,每胀四个管头都应把胀管器的各零件拆开,放入煤油中清洗并仔细检查有无损坏,然后重新抹油继续使用。

胀接时周围环境温度不得低于-10℃。

发现胀接质量不符合要求时可以重胀,但重胀次数不得超过3次。

H焊接,焊接方法应根据管端不同的材料组合来决定。

焊管时,由中心至周边顺序交叉将管子两端与管板点焊,每根管均匀三点,然后顺序交叉满焊。

管子伸出管板长2~3mm,或等于管壁厚度;若在管板孔外开“隔热槽”,不仅可减少管板变形,还可以保证焊接质量。

I胀焊结合,对于温度、压力较高,在运行中受到反复热变形、热冲击和热腐蚀的作用时,常采用胀焊结合的方法。

但在焊前对每根管子进行预胀(密封胀)。

这样可减小管子与管板孔的间隙,提高焊缝抗疲劳性,防止焊缝裂纹。

J吊装管束时,应防止管束变形和损伤换热器。

2.3.3管板

1.拼接的管板焊缝应进行100%的射线或超声波探伤。

除不锈钢外,拼接后管板应作消除内应力的热处理。

2.复合管板在堆焊前,应进行堆焊工艺评定。

对其基层材料和复层材料,应按JB3965《钢制压力容器磁粉探伤》进行检查。

3.管板孔径允差、孔板宽度偏差应符合GB151《钢制管壳式换热器》的规定。

2.3.4折流板

折流板表面要保持平整、光滑,无毛剌。

板面孔距必须与管板孔距一致,折流板的最小厚度与管孔偏差,应满足GB151《钢制管壳式换热器》的规定。

2.3.5防冲板

防冲板表面到圆筒内壁的距离,一般为接管外径的1/4~1/5,其边长应大于接管外径50mm。

防冲板最小厚度:

碳钢为4.5mm,不锈钢为3mm。

采用焊接固定时应注意防止产生焊缝裂纹或腐蚀;用U型螺栓固定时,应防止螺栓松动及腐蚀。

换热器的密封面应予以保护,不得因磕碰、划伤等损坏密封面。

2.3.6密封垫片

1.密封垫片应为整体垫片,特殊情况下允许拼接,但拼接头不能影响密封性能。

2.密封垫片如有变质、裂纹、老化等缺陷,则应更换。

3.密封垫片的材质是根据介质的腐蚀性能及温度来选用,常用的橡胶垫片的最高使用温度如表3。

表3常用的橡胶垫片的最高使用温度

垫片种类

最高使用温度℃

垫片种类

最高使用温度℃

垫片种类

最高使用温度℃

天然橡胶

80

氯丁橡胶

85

中级腈橡胶

135

丁苯橡胶

85

树脂-硬丁基橡胶

151

硅橡胶

160

丁腈橡胶

85

氟橡胶

193~204

此外还可以采用压缩石棉垫片、压缩石棉橡胶垫片和金属垫片及不锈钢包裹聚四氟乙烯垫片等。

紧固螺栓至少分三遍进行,每遍起点互相错开120°,紧固顺序如图2。

图2紧固螺栓顺序

检修完毕后必须进行压力试验,试验合格后方可重新安装就位。

第三章验收及压力试验

3.1换热器的检验

换热器的检验主要有外部检查、内外部检查、压力试验、定期检验等。

3.1.1外部检查

换热器的外部检查(用肉眼或10倍放大镜)每季度一次,在换热器运行条件下进行。

外部检查的内容如下:

1.检查换热器的保温层是否完好,有无漏气或漏液现象;

2.对无保温层的换热器应检查防腐层是否完好及换热器外表面的锈蚀情况;

3.检查换热器的壳体、密封部位、焊缝、接管等有无泄漏、裂缝及变形等;

4.检查换热器有无异常声响与振动;

5.了解换热器在运行中的有关情况,特别是有无介质堵塞和泄漏现象;

6.压力表、安全阀等安全附件按规定进行校验或更换。

3.1.2内外部检查

1.换热器的内外部检查,是在换热器停车或检修时进行,每年一次。

2.内外部检查的内容:

A外部检查的全部项目。

B换热器壳体的内、外表面,开孔接管处等部位有无介质腐蚀或冲刷磨损现象。

C壳体壁厚测定,并进行校核。

换热器壁厚的计算公式如下:

S=

式中

S壳体的计算壁厚(cm);

Dn壳体的内径(cm);

[σ]壳体材料的许用应力(MPa);

Φ焊缝系数

P壳体的设计压力(MPa)。

测量壳体壁厚小于计算壁厚时,应降压使用或报废。

D检查管束腐蚀、结垢情况和有无泄漏。

E检查管束与管板连接部位有无泄漏。

F检查结果予以记录,发现缺陷予以处理。

3.2压力试验

换热器拆开检查、清洗或经过修理重新装配后,必须进行液压试验,必要时按图纸规定在液压试验合格后进行气密性试验。

3.2.1液压试验

换热器的液压试验一般用洁净的水作为试验介质。

有特殊要求的,可以用图纸规定的液体作为试验介质,试压用液体和环境的温度均不得低于5℃。

试验时液体的温度应低于液体本身的沸点和闪点;对奥氏体不锈耐酸钢制容器,用水进行试验后,应立即将水渍去除干净,当无法达到这一要求时,就应控制水中的氯离子含量不超过25ppm。

换热器液压试验的试验压力为1.25P(P为换热器的设计压力,下同),设计压力P小于或等于0.6MPa的换热器取1.25P和1.25P+0.1MPa中较大者。

工作温度大于或等于200℃的换热器,液压试验的压力Pr为:

Pr=1.25P×[σ]/[σ]t

式中:

Pr试验压力

P设计压力

[σ]试验温度下的材料许用应力

[σ]t设计温度下的材料许用应力

液压试验的顺序为先壳程,同时检查换热器管束与管板连接部位,然后再试管程。

试压时,将换热器充满液体,滞留在换热器中的气体必须排尽,换热器表面保持干燥,待换热器的壁温与液体的温度接近时,才能缓慢地升压到设计压力,确认无泄漏后继续升压到规定的试验压力,保压30分钟,然后降到设计压力,保压30分钟以上并进行检查。

检查期间应保持压力不变,但不得采用连续加压以维持试验压力不变的做法,不得带压紧固螺栓。

液压试验中,无泄漏,无可见的异常变形和异常响声,即为试验合格。

试验完毕后,应立即将水排尽,并使之干燥。

3.2.2气密性试验

工作介质属于剧毒介质或在设计上不允许有微量泄漏的换热器,在液压试验合格后,还需作气密性试验。

气密性试验压力为换热器为设计压力(或操作压力的1.05倍并不超过设计压力),试验用气体为干燥洁净的空气、氮气或其它惰性气体。

试验用气体温度不低于5℃。

介质为易燃易爆的换热器必须彻底清洗和置换,经分析合格方可进行,否则严禁用空气作为试验介质。

在气密性试验时,缓慢加压到规定压力的10%(不小于0.1MPa),应暂停进气,对连接部位进行检查,若无泄漏等异常现象,可继续升压。

升压应分梯次逐级升压,每级为试验压力的10~20%,每级间适当保压,以观察有无异常。

在升压过程中,严禁工作人员在现场作业或进行检查工作。

在达到试验压力后保压30分钟,首先观察有无异常现象,然后由专人进行检查和记录,并用肥皂溶液检漏,不冒气泡为合格。

进行压力试验时,必须用两个量程相同,经过校验合格的压力表,并装在试验装置上便于观察的部位。

在试验中,如果发现有异常声音、压力下降、油漆剥落,或加压装置发生不正常现象,应立即停止试验,并查明原因。

压力试验中,若发现有泄漏,应缓慢地将压力降至零,进行处理,然后重新试验直到合格为止。

3.3定期检验

换热器除日常检查外,还应按《压力容器安全技术监察规程》和《在用压力容器检验规程》中的规定,由专业人员进行定期检验。

定期检验时换热器所在单位的设备技术管理人员应参加并配合。

定期检验包括外部检查,内、外部检查和耐压试验等。

检查周期、方法、标准均按有关规程执行。

3.4固定管板式换热器的维护

对固定管板换热器应注意定期进行设备检查,精心进行日常保养。

3.4.1点检和日常维护

点检重点项目有:

运行时的异常响声,压力、温度、流量、泄漏、介质、基础支架、保温、振动以及换热器内外部的腐蚀情况。

1.温度

对重要

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