壳管式换热器的故障分析及解决方案

lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp摘要：管壳式热交换器是石油和化工生产中广泛使用的热交换设备。由于结构和使用条件的多样性，在使用过程中可能会出现多种类型的形式故障。针对管壳式换热器常见的故障形式，分析了发生故障的原因，提出了预防和解决措施，并提出了对管壳式换热器的设计，制造和使用的建议。 lt，BRgt，lt，BRgt，nbsp关键字壳管式换热器管板腐蚀失效lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt热交换器，钢壳和管式热交换器由于其坚固的结构，高的可靠性和很强的适应性一直在热交换器的生产和使用中占主导地位。然而，由于其结构的复杂性和使用条件的多样性，热交换器常常以许多形式失效。从结构分析来看，容易失效的部分是管子与管板之间的连接。从应力的角度来看，管体与管板之间的焊接很可能导致失效。根据使用条件，热应力或附加应力以及工作介质的分析，热交换器的腐蚀性，热交换管的振动等将导致热交换器的部分或全部故障。 lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp1管道和管板之间的连接失败lt，BRgt，blt，BRgt，nbsp到换热器的连接根据使用条件的不同，管道和管板之间有三种接头类型：膨胀接头，焊接和膨胀焊接。不同的接头形式具有不同的失效模式。 lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp1.1扩展lt，BRgt，lt，BRgt，nbsp（1）机械扩展lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp这种连接很容易引起热交换管及其内壁的膨胀或膨胀不足。热交换管易于生产加工硬化，热交换管与管板之间连接处的应力分布在连接的整个长度上不均匀。在温差和应力的作用下，只要管孔内有纵向的划痕等微小的加工缺陷，腐蚀性介质的微小侵入就会使热交换管与管板之间的连接失效。如果不能及时发现，则在壳侧冷却水渗入管侧后，会导致大块管与管板的连接失效，这时的维修难度更大。 lt，BRgt，lt，BRgt，nbsp（2）液压膨胀lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbspH管道的扩张容易产生过度膨胀，膨胀节不产生运动，管子和管板连接的应力分布在整个长度上是均匀的。根据水力膨胀原理和GB151-1999的规定，为保证膨胀过程中管板与管束之间的连接可靠性，应在膨胀时对管板开槽，并留有槽距和槽宽度是8-9mm。这样，管和管板之间的伸缩缝面积相对减小，并且管板的厚度必须增加以确保可靠的连接。此外，水力膨胀对管孔和开槽的精度有非常严格的要求。由于管板孔加工是批量生产，因此必须100％无缺陷。如果膨胀管在故障后用于维修，由于存在腐蚀坑，很容易再次发生故障。 lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp1.2焊接接头lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt， / DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbspslotting，插槽间距和插槽宽度为8-9mm。这样，管和管板之间的伸缩缝区域就不存在了。因此，必须增加管板的厚度以确保可靠的连接。此外，水力膨胀对管孔和开槽的精度有非常严格的要求。由于管板孔加工是批量生产，因此必须100％无缺陷。如果膨胀管在故障后用于维修，由于存在腐蚀坑，很容易再次发生故障。 lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp1.2焊接接头lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt， / DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp此连接方法实现了焊接和扩展的互补优势，并具有耐反复热冲击和腐蚀，提高接头抗疲劳性并消除缝隙腐蚀的优点。然而，膨胀和焊接要求较高的操作要求，并且通常在苛刻的操作条件下使用。 lt，BRgt，lt，BRgt，nbsp GB151-1999标准规定，对于设计压力小于或等于4MPa且设计温度小于300℃的热交换器，可以使用膨胀结构。对于振动较小且无缝隙腐蚀的场合，可以使用焊接结构，但对于高密封性能要求，振动或疲劳载荷，则存在缝隙腐蚀，并且使用复合管板时，应使用膨胀的焊接结构。可以看出，简单膨胀或焊接结构的连接方法的使用条件受到限制。因为组合的膨胀和焊接结构可以有效地减轻管束振动对焊缝的损害，避免缝隙腐蚀，并且比简单的膨胀或焊接结构具有更高的强度和密封性，因此被广泛使用。当前，常规的热交换器通常采用膨胀+强度焊接的方式，而重要的或严酷的热交换器则需要强度膨胀+强度焊接的方式。 lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp2管束破坏lt，BRgt，lt，BRgt，nbsp（1）管束腐蚀和腐蚀失效lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp换热器的失效主要是由腐蚀引起的。常见的腐蚀部分是管道。腐蚀的主要原因是：流体是腐蚀性介质，管道的内壁积聚了异物，导致局部腐蚀，结垢腐蚀，管道中的物料流速过高而发生磨损，并且流动比率太小，异物易于附着。管壁会产生电位差并导致腐蚀。解决方案：合理选择材料，选择适合介质的材料，定期清洁管束，在流体中添加腐蚀抑制剂，选择合适的流速，并在流体入口处设置过滤器设备和缓冲结构。 lt，BRgt，lt，BRgt，nbsp（2）传热能力降低lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp在操作过程中，如果工作介质（水）的硬度很高，或者流体中含有颗粒或悬浮物，并且冷却水中有藻类，细菌和沙子，将会导致内壁和外壁严重结垢管束的随着结垢层的增厚，传热阻力迅速增加。在严重的情况下，结垢会阻塞工作介质的流动通道，这将导致传热能力迅速下降。解决方案：充分掌握污垢部位，污染物和污垢程度等，并进行定期检查。当流体容易结垢时，必须使用易于检查，拆卸和清洁的设备或结构。 lt，BRgt，lt，BRgt，nbsp（3）管状热交换器lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp用于加强传热壳侧和减少结垢通常用于增加壳侧的流体速度。但是，壳侧流体速度的增加通常会引起管束的振动，并且热交换器的频繁打开和停止将导致也会引起管束的感应振动。在管式热交换器的制造中，为了便于管束的安装，隔板中的孔的内径大于管的外径，这不可避免地引起管与管之间的反复碰撞。分隔孔的边缘。当管道材料的硬度低于隔板材料的硬度时，这种碰撞的结果将使管道磨损甚至被割断，最终使管束失效。 lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp对于在线热交换器，当入口和出口条件稳定时，管会因振动而产生磨损率也是恒定的。振动磨损率随着管与隔膜孔之间的间隙的增加而增加。间隙和磨损率随时间增加。同时，振动磨损率随着管道振动频率和振幅的增加而增加。振动磨损率的增加使管壁变薄，并且当壁厚不能满足强度要求时，会发生泄漏。解决方案：在将管壁磨损到较小的壁厚之前，将挡板移动一定距离（通常为20-30mm），以便在新的位置重新开始磨损。通常，在条件允许的情况下，热交换器的挡板可以移动3至4次，从而大大延长了管束的使用寿命。另外，在进液口的前面设置一块缓冲板，以减少脉冲，适当缩短挡板间距，增加管壁厚度和挡板厚度，并且挡板和管子上的管孔应紧密匹配，并且间隙不应太大。与支撑板相邻的管孔具有一定的偏心度等，可以有效消除流体引起的振动。 lt，BRgt，lt，BRgt，nbsp（4）U形管式热交换器lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTface = Verdanagt，nbsp对于奥氏体不锈钢管束，由于热交换管在冷弯时发生塑性变形，因此在U形管弯头的外边缘处存在较大的残余拉应力，而在弯曲处则存在较大的残余应力。直管段和U形管下方的弯头。由于温差引起的拉应力，U形管束成为某些区域应力腐蚀的必要条件之一（组件处于拉应力状态）。 lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp从管束的工作环境来看，一般水中的氯离子浓度小于0.1ppm表面上似乎没有产生应力腐蚀的条件，但考虑到水不断蒸发，其氯离子浓度将继续增加，这可能会导致应力腐蚀。经验告诉我们，在含2ppm氯化物的水溶液中，奥氏体不锈钢在低于200℃的温度下会发生应力开裂。因此，管束具有应力腐蚀的另一个必要条件。当材料承受拉应力并与腐蚀性介质接触时，经过一段时间，材料内部的微裂纹在拉应力和腐蚀性介质的双重作用下膨胀，并扩展到整个截面，从而导致应力腐蚀开裂。 lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp对于由应力腐蚀开裂引起的管束故障，有以下预防和解决措施：热处理消除并降低了张应力，在设计中选择了低于临界应力腐蚀开裂强度的应力值，改善了设计结构，避免了应力集中，在管束表面施加了压缩应力，使用了电化学保护，涂层或缓蚀剂等采用应力不敏感的材料，例如0Cr18Ni12Mo2Ti。 lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp目前，尽管管壳式热交换器的开发取得了很大进展，但它外壳和管子长期安全使用热交换器的关键问题仍需进一步研究。例如：（1）长期运行中的腐蚀与防腐问题以及防腐材料的研究。 （2）加强传热技术和传热元件的研究开发，减少结垢，易于清洗，进一步提高对传热性能，流体力学性能和抗振性的研究。 （3）研究更可靠的制造方法，以有效地保证换热管与管板之间的连接质量。 lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp参考lt，BRgt，nbsp1GB151-1999壳管式热交换器。 lt，BRgt，nbsp2朱有廷，屈文海，主编于普义。化学设备设计手册。北京：化学工业出版社，2004。lt，BRgt，nbsp3阎惠庚，石廷瑞。液袋液压膨胀技术及其在热交换器中的应用。化工机械，1998（6）：31〜33 lt，BRgt，nbsp4郝俊文，李培宁，胡振伦。研究换热管板均匀膨胀的合适槽宽。压力容器，2001，18（4）：26〜30lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp本文来自：中国热交换器网lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，