關(guān)于管殼式換熱器失效的分析及相關(guān)探討

　　摘要:闡述了管殼式換熱器常見的失效形式,分析了各種失效的原因,提出了預(yù)防措施,并介紹了管殼式換熱器失效的在線檢測方法,為管殼式換熱器在今后公司生產(chǎn)中的使用提供了有益借鑒。
　　
　　關(guān)鍵詞:管殼式換熱器;失效分析;預(yù)防措施;在線檢測
　　
　　中圖分類號:TQ172.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1003-1324（2008）01-0024-03
　　
　　管殼式換熱器是一種傳統(tǒng)的、應(yīng)用zui廣泛的熱交換設(shè)備。由于它結(jié)構(gòu)堅固,且能選用多種材料制造,故適應(yīng)性*。管殼式換熱器廣泛應(yīng)用于各個行業(yè),在水泥生產(chǎn)企業(yè)常用作設(shè)備稀油站的油冷卻器,用作車輛發(fā)動機(jī)油冷卻器等。長期以來,鋼制管殼式換熱器以其結(jié)構(gòu)堅固、可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)和選材廣等優(yōu)點在換熱器的生產(chǎn)和使用數(shù)量上一直占主導(dǎo)地位。隨著強(qiáng)化傳熱等技術(shù)的發(fā)展,管殼式換熱器在制造技術(shù)和傳熱性能上也不斷提高。然而,由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和使用工況的多樣性,也常常出現(xiàn)換熱器的局部失效甚至整體報廢。
　　
　　2管殼式換熱器零部件失效形式及預(yù)防措施
　　
　　管殼式換熱器的主要零部件包括:筒體、封頭、管束、管板、折流板、接管、法蘭等,在不同的工況和介質(zhì)環(huán)境下,可能會發(fā)生多種形式的失效。從結(jié)構(gòu)上分析,易發(fā)生失效的部位是各構(gòu)件間的連接處,如管子和管板的連接處;從受力角度分析,在結(jié)構(gòu)的曲面不連續(xù),尤其是應(yīng)力突變處往往由于存在附加應(yīng)力而引起失效,如筒體和管板的焊縫處;從使用工況分析,由于高溫高壓而引起熱應(yīng)力或附加應(yīng)力、工作介質(zhì)具有腐蝕性、頻繁地開停機(jī)而引起換熱管的流體誘導(dǎo)振動等,都會造成筒體、換熱管甚至整機(jī)失效。
　　
　　2.1管束失效
　　
　　（1）管束腐蝕和磨蝕失效
　　
　　換熱器的失效大多數(shù)是由腐蝕引起的。zui常見的腐蝕部位是換熱管,然后依次是管板、換熱器封頭及小直徑的接管。
　　
　　管束腐蝕和磨蝕失效的主要原因有:①污垢腐蝕;②流體有腐蝕性;③管內(nèi)壁有異物積累而發(fā)生局部腐蝕;④管端發(fā)生縫隙腐蝕等。
　　
　　預(yù)防措施包括:①定期清洗管束;②合理選材;③在流體中加入緩蝕劑;④在流體入口設(shè)置過濾裝置和緩沖結(jié)構(gòu)等。
　　
　　（2）傳熱能力下降
　　
　　在換熱器運行過程中,由于工作介質(zhì)的硬度較高,或流體中含有顆粒物、懸浮物,都會導(dǎo)致管束內(nèi)、外壁嚴(yán)重結(jié)垢。隨著污垢層的增厚,傳熱熱阻很快增大,嚴(yán)重時污垢將會使工作介質(zhì)流道阻塞,從而導(dǎo)致?lián)Q熱能力迅速降低。
　　
　　預(yù)防的方法是:
　　
　　①充分掌握易污部位、致污物質(zhì)及污垢程度,進(jìn)行定期檢查;②當(dāng)流體很容易結(jié)垢時,必須采用容易檢查、拆卸和清理的設(shè)備或結(jié)構(gòu)。
　　
　　（3）管束泄漏
　　
　　在換熱介質(zhì)腐蝕、應(yīng)力腐蝕、間隙腐蝕或碰撞、磨損等情況下,管子上將產(chǎn)生微觀裂紋,如果存在高拉應(yīng)力或交變應(yīng)力,裂紋會迅速擴(kuò)展而發(fā)生泄漏。此時,現(xiàn)場常用堵管的辦法作為一種應(yīng)急修復(fù)措施。實際上堵管后由于增大了溫差應(yīng)力,從而加快了自身的應(yīng)力腐蝕,因而管子很快會發(fā)生更嚴(yán)重的破壞,以至造成管束整體報廢。預(yù)防管束泄漏的方法應(yīng)從選材、防腐、防損傷、減小拉應(yīng)力和防止振動等方面考慮。操作中一旦發(fā)現(xiàn)管束泄漏,應(yīng)盡量拆管更換,而不要堵管。
　　
　　2.2管束與管板的連接失效
　　
　　根據(jù)換熱器的使用工況不同,管束與管板的連接接頭形式可分為焊接、脹接和脹焊并用三種。接頭形式不同,失效形式也各異。在焊接時采用常規(guī)方法進(jìn)行焊接的產(chǎn)品,大修時可改變焊接方式來加強(qiáng)換熱管與管板之間的焊縫強(qiáng)度。
　　
　　①將單面焊接改為雙面焊;②變管板與管束前端的平齊焊接結(jié)構(gòu)為管束伸出一定長度的角型焊接結(jié)構(gòu),制造的工裝將管束與管板由平放位置改為立放狀態(tài),變換熱管與管板前側(cè)的垂直焊接形式為水平焊接形式以達(dá)到角焊接的焊接要求。通過上述二種方法改進(jìn)焊接工藝,可收到良好的效果。
　　
　　2.3筒體失效
　　
　　殼體與管束所處的工作環(huán)境基本相同,因而殼體的失效形式、預(yù)防措施可參照管束。
　　
　　3管殼式換熱器典型的失效形式及預(yù)防措施
　　
　　腐蝕是管殼式換熱器主要失效形式。除了換熱介質(zhì)本身的酸堿性具有腐蝕性之外,工作介質(zhì)的腐蝕性,以及殼體或管子存在拉應(yīng)力,管子與管板之間存在縫隙等都會加速腐蝕,進(jìn)而引起換熱器失效。預(yù)防措施主要有:減小縫隙,選擇耐蝕材料,提高焊縫質(zhì)量,定期清洗,流體中加人緩蝕劑,控制系統(tǒng)的溫度波動,減少法蘭連接。
　　
　　4管殼式換熱器失效在線檢測方法
　　
　　4.1結(jié)垢
　　
　　換熱器操作一段時間后,如果管壁結(jié)垢嚴(yán)重,則傳熱能力下降,換熱介質(zhì)出口溫度達(dá)不到設(shè)計工藝參數(shù)要求;污垢將管內(nèi)徑變小;流速相應(yīng)增大;壓力損失增加。這時,可通過檢查流量、壓力和溫度等操作記錄來判定結(jié)垢情況。
　　
　　4.2腐蝕和磨損
　　
　　換熱介質(zhì)、污垢等作用都會使換熱器殼體和管子內(nèi)、外表面產(chǎn)生腐蝕磨損。對殼體通常使用測厚儀,從外部測定和估計會產(chǎn)生腐蝕、減薄的殼體部位。
　　
　　4.3泄漏
　　
　　管子中部由于腐蝕、誘導(dǎo)振動等原因發(fā)生破裂,管端由于腐蝕、疲勞破壞等原因使管子與管板的連接處泄漏。可通過流體取樣,來檢查管束的泄漏和破壞情況。
　　
　　5結(jié)論
　　
　　由以上分析可見,管殼式換熱器的失效與材料、結(jié)構(gòu)、換熱介質(zhì)及工況等多種因素有關(guān),有時是幾種因素共同作用的結(jié)果。因此,在換熱器的選材、設(shè)計、制造、裝配和使用過程中要綜合考慮各種影響因素,以防患于未然。對于我們使用者來說,只有積極對換熱器的性能加以了解,嚴(yán)格進(jìn)行在線檢測,分析失效原因,合理運用防范措施,才能zui大限度地利用好換熱設(shè)備,更好地為生產(chǎn)服務(wù)。