外取热器蒸发管失效分析及改进.pdf

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1、外取热器蒸发管失效分析及改进易建国(中石化股份有限公司上海高桥分公司，上海200137)摘要：对外取热器蒸发管失效进行了分析，得出热疲劳开裂和应力集冲是导致蒸发管产生裂纹的主要原因，并提出了改进措施。关键词：蒸发管；热疲劳开裂；失效分析；改进中图分类号：TQo52；TQ055．8文献标识码：B文章编号：1001—4837(2011)04-0052-05doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2011．04．010FailureAnalysisandImprovementofHeatRemovingTubeofExternalHeatCollectorYIJian——guo(

2、SinopecShanghaiGaoqiaoPetrochemicalCorporation，Shanghai200137，China)Abstract：Thefailureofheatremovingtubeofexternalheatcollectorareanalyzed．Itisconcludedthattheheatfatiguecrackingandstressconcentrationarethemajorcauseforcrackgenerationoftheheatremo·vingtubeandtheimprovementmeasuresareproposed．Keywo

3、rds：heatremovingtube；heatfatiguecracking；failureanalysis；improvement有翅片(翅片为纵向，每管29片，材质Q235一0引言A)；蒸发管的外形结构如图1所示。催化裂化装置中的外取热器承担着取走过剩的再生热量及维持再生热平衡的重任，特别在随着渗渣比的不断增加及原油组分波动大的特点下，外取热器的作用更为显著。某公司催化裂化装置建成投产后，运行不到1年，外取热器蒸发管即发生了泄漏。外取热器蒸发管基本参数如下：图1蒸发管结构蒸发管为双套管结构，外管尺寸19mmx12mm；管外介质为烟气、催化剂，700℃；管内介翅片为30mmx8mm截面

4、的扁钢，翅片上开＼质为中压汽水混合物，240oC；蒸发管每根长度约有定距离的u形槽口，以防止热变形翘曲。纵向8m，均为垂直放置，上部焊接固定在顶封头上，下翅片每隔一段长度便沿周向错开，以有利于气流端自由；蒸发管外管材质为20g，外管的外表面焊的湍动和提高传热效果，翅片错开情况如图2所52第28卷第4期压力容器总第221期宏观形貌，还是扫描电镜中寻找到的疲劳辉纹，均为：=0t(zSt)=0．6826％；有力地证实了蒸发管上的裂纹均为疲劳裂纹。蒸发管从室温2Occ若升高到250℃，则蒸发至于这些疲劳裂纹产生的交变应力因素，可管的轴向自由伸长应变量为：占：=0／(△￡)=以从外取热管的结构和操作特

5、征进行进一步分0．2889％。析。显然翅片的热膨胀伸长受到约束，则必然引2．3蒸发管结构及热应力分析起翅片本身受到压缩应力；而管子则相反受到拉蒸发管和翅片上的裂纹虽然已通过断口分析伸应力。同时，在高温、高压缩应力作用下，还将证实是疲劳产生的，但要弄清两个问题，即：一是发生翅片上的应力松弛、压缩屈服。没有拉应力是不会开裂的，那么拉应力从何处而上述的是升温过程，若遇到降温过程，由于翅来?二是没有应力的交变是不会使裂纹发生疲劳片发生了一定的塑性变形无法回到原来的状态，扩展的，那么引起应力交变的因素又是什么?下管子本体与翅片再次发生形变约束，但这次约束面将进行这两个方面的分析。的结果恰恰相反，管子将

6、承受压缩应力，而翅片则2．3．1蒸发管的结构性能承受拉伸应力。如图2所示，蒸发管的外壁焊有平行的轴向2．3．3交变应力的来源翅片。原设计考虑到翅片沿径向传热会出现较大一次开停车会形成一次应力的交变，但断口温度梯度，翅片的顶部温度最高，翅片的底部(与分析寻找到的疲劳辉纹说明在运行过程中应力的蒸发管焊接处)温度较低，这样高温操作时翅片交变次数非常多。这从外取热器的实际操作情况的轴向热膨胀伸长量将沿径向出现较大差异，有可以找出答案，该外取热器自运行起，波动相当频可能使翅片发生翘曲歪扭，因而在翅片上定距离繁，而且幅度很大，经常出现流化床死床情况，发开有u形凹槽。实际上该结构起到热变形补偿汽量从几十吨

7、快速降到零，然后经调整再恢复发的作用。但在u形凹槽的底部形成了应力集中汽。由于在较长的一段时间内未能找到匹配的工点，所有U形槽底部都出现了裂纹。艺操作参数，致使上述过程频繁出现，造成管子与另一方面，设计者为改善管外气相的传热，迫翅片的温度频繁在正常操作温度到除氧水温度使气体多产生一些扰动和涡流，而使翅片沿轴向(104℃)之间波动。正是由于外取热器流化床操分成4组，两组翅片之间沿周向错开一个角度，A作的不稳定，