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1、管壳式换热器常见失效形式浅析及对策探讨发布时间:2008-10-23管壳式换热器常见失效形式浅析及对策探讨发布时间:2008-10-23管壳式换热器常见失效形式浅析及对策探讨发布时间:2008-10-23管壳式换热器常见失效形式浅析及对策探讨发布时间:2008-10-23管壳式换热器常见失效形式浅析及对策探讨发布时间:2008-10-23 摘要：先从管壳式换热器的几个敏感部位出发,分析了其主要的失效形式,并提出了相应的预防措施和治理方法。然后分别指出振动、腐蚀、选材、三个对换热器失效影响最大的因素
2、,同时引用了新的方法对换热器的振动失效评估进行了浅析。 关键词：管壳式换热器 失效 对策 0 引言 管壳式换热器是石油化工领域应用最广泛的换热设备之一。但是,由于选材、加工制造、使用、等众多因素的影响,换热器的失效却屡见不鲜。企业也因此遭受了不可估计的经济损失。本文从工程实际中换热器最容易失效的敏感部位出发,综合分析了各种失效形式,明确了促使其发展的关键因素。同时,对各种失效形式也提出了相应的预防措施。 1 管壳式换热器敏感部位的失效形式及对策 1.1 换热管与管板的连接处 由于换热管
3、与管板的连接处属于几何形状突变处,再加上连接方式和焊后热处理的不当、温差应力的存在、换热管与管板材料选择的差异性等因素,使管口与管板连接处可能存在较大的残余应力,焊接部位呈隐性缺陷状态(含有气孔,杂质等)。在壳程流体的诱导振动和其腐蚀性的双重作用下,管口与管板连接处便出现了应力腐蚀开裂、缝隙腐蚀和振动疲劳破坏。并且它们之间的相互促进,又进一步加大了连接处的破坏速度。以下措施对提高连接处的使用寿命有一定的意义。 (1)连接方式采用先焊后胀的顺序,并且采用机械液压胀接,焊后要做相应的热处理。换热管伸出
4、管板的尺寸可以适当加长。 (2)换热管的材质与管板的材质尽量匹配,这样可以消除不同材料接触所形成的电势差,有利于从根本上控制管程和壳程的双侧腐蚀问题。同时换热管材质的硬度要低于管板材质的硬度,使管板与换热管的胀接得到最佳组合。同样,焊条的选择也是不可忽略的因素。 1.2 换热管与折流板的配合处 为了加工制造的方便和使用中能充分吸收换热管的热膨胀量,折流板与换热管的配合处常留有一定的间隙。在壳程流体的冲击下,此间隙逐渐加大,导致折流板切割换热管,从而引起强大的振动噪音和换热管的泄漏失效。
5、这个间隙的存在还会使壳程流体的流动变得更加复杂,影响换热器的传热效率。以下几方面的建议可供参考: (1)加工制造时尽量减小换热管与折流板间的间隙。 (2)折流板的材料不要选得过硬,以免短时间内破坏换热管。 (3)可适当增加换热管的厚度,提高抗切割能力。 (4)尝试着在空隙处插入一种弹性很好的材料,这样既吸收了热膨胀量又隔开了折流板的切割作用。 1.3 管板与壳体连接处 换热器的壳体和管板在使用过程中承受着较大的温差应力和压力载荷的作用。由于壳体温度载荷高,径向变形
6、大,而管板温度载荷低,径向变形小,并且管板厚度大,抵抗变形的刚度也大,所以它对与管板连接地方的壳体约束就大,限制了壳体在高温载荷作用下引起的径向膨胀,形成局部应力集中。在压力载荷等因素的作用下,可能发生断裂破坏。管板和壳体之间不均匀的温度分布和管板具有较大的刚度,是引起结构应力集中的主要原因。在正常操作工况的条件下,由于温度场的分布不均匀为主要因素,所以在满足结构强度的前提下,可以考虑适当降低管板的厚度。 1.4 U行管弯管处 对于一些不锈钢管束,由于U行管制造时存在着塑性变形,以致弯管
7、处产生较大的残余拉应力。同时,两直管段不均匀的热变形又提供了温差应力,两个应力互相叠加,便在弯管处形成很大的拉应力。在腐蚀性介质和弯管处弯曲振动与扭曲振动的作用下,形成了对弯管处影响很大的疲劳腐蚀破坏。以下方法可有助于减轻不利条件对弯管处的破坏。 (1)保证U行管具有足够的挠度,以便充分吸收热变形。 (2)对弯管处做相应的处理,以消除残余应力。 (3)加大流体进入壳体的面积,适当降低流体的流速,可以减小其激振力和激振频率。 (4)适当增加管壁的厚度,可以延长换热管的耐磨周期。
8、 1.5 小浮头垫片的泄露失效 小浮头垫片内漏的主要原因是由于使用过程中存在着温差应力。温差应力降低了小浮头垫片的螺栓预紧力,并且小浮头螺栓在使用过程中不能实现自紧密封,以致产生失效。温差应力和预紧过程中存在着残余应力是小浮头垫片泄漏的根本原因。以下控制方法可供参考。 (1)尽量避免装置在运行过程中操作温度和操作压力的波动,对防止浮头垫片的疲劳失效是有益的。 (2)在确定检修试验压力的时候,要充分考虑温度系数的影响。以防止垫片在高温下发生蠕变和
