钢制管壳式换热器管束失效原因浅析.pdf

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第24卷第6期
化学业与T程技术
203年12月
I)ec,2003
钢制管壳式换热器管束失效原因浅析
戴路玲
南京化工业技术学院,江苏.南京210048
摘要:针对钢制管売式焕热器管東的失效原因、着重从蚀、热膨胀收缩、結垢、刷及磨损、堵
塞、内漏、振动等几方面进行分析探计、并提出相应对策
关键词:换热器;管柬;失效;揹施
中图分类号:TQ5.5文献标识码:A文章编号:1106
概述
为化工介质或工业水(水除含C外?还有一些其它
管束在使用过程中由完好遂步到失效,是钢材成分).或软化水(此水亦含有一定量的CI)设计
的使用功能逐步削弱、蜕变的过程。其失效形式主中ー般按介质考虑,而忽视水质对不锈钢的腐蚀
要有:腐蚀开裂、传热能力迅速下降、碰撞破坏、管子焊接叶,管与管板之间形成微小纳间隙、介质在间隙
切开、管束泄漏、管管板接头失效等多种。造成中富集和浓缩导致不锈钢产生应力腐蚀;对于胀口
这些失效的主要原因有腐蚀、结垢、冲刷及磨损使管结拘因管?有残余应カ?临界应力腐蚀值降低,在热
壁减薄、堵寨、内漏、振动等
应力作用下靠近管板扩口处薄膜已破坏、在介质中
2管束失效原因分析及措施
不能生成膜,在残余应力处和热应力处先破裂.最
腐蚀
终导致管東管与管板连接处脱开泄漏而失效
腐蚀是造成换热器管東失效最亡要的原因之
处
一,据国外有关资料介绍、管東失效有0%以上是
焊接口
多给
腐蚀造成的·、从腐蚀特征看,对于换热器管束,比
较重要的腐蚀主要有缝隙腐蚀、应力腐蚀及疲劳所
蚀等三种。
裂处
2.1.1缝隙腐蚀
口
多
当金属与金属或金属与非金属之间存在很小缝
裂处
隙(一般为0.02~0.1mm)时,缝内介质不易流动
而形成留状态,促使缝隙内的金属加速腐蚀,这种
图1管与管板连接方式
现象叫缝隙腐蚀。此类腐蚀多发生在管与管板连接
1.3疲芳腐蚀
处,主要是由于管孔加工、胀、焊缺陷等造成管与管
此类失效是管束金属在腐蚀介质和循环载荷共
板连接处存在缝隙,在腐蚀介质作用下,不可避免地同作用下而发生的一种腐蚀破坏形式。此时,腐蚀
发生缝隙腐伷·导致泄漏。如1995年大检修后扬子使管東金属表面局部损坏并促使疲劳裂纹的形成、
石化烯烃厂乙烯车间的EーFA462在使用不到
扩展;而循环载荷又破环金属表面的保护膜、促使表
个月的时间,抢修两次·堵死58根管子:hH1EA152面腐蚀的产生。因此,腐蚀和疲芳是互相促进的。
于1995年10月至1996年5月补焊23根换热管
循环载荷作用是指在压力循环、热循环和其它
均属此类失效。
循环所产生的载荷对管束抗疲芳性能的影响,尤其
2.1.2垃力腐蚀
以交变循环载荷(主要是交变拉应力)对疲芳的影响
形成应力腐蚀的有两个重要条件是存在应力和最大。从が年的扬子石化大檢修实际检验和事故分
特定的腐蚀性介质。应力腐蚀破裂仅发生在特定腐析看、承受交变载荷循环的管束,在几何不连续、存
蚀介质中如C,(IH-.N()或NH:的情况下
较容易发生力爾蚀的材料为不锈钢。不锈钢
收稿日期:2103-06-12修回1期:2003-11-22
作者简介:戴路玲(i970ー)?女?广东惠阳人、i99年毕业于
换热器管束与管板焊接及胀接结构见图1,管壳程扰石油学院化机专业、讲师.现从事机械化工的教学丁作
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戴路玲
1制管売式换热器管朿失效原浅析
在治金缺陷以及留有焊接缺陷处,常常是疲芳破坏
此时生的温差轴向力和温差应力一为:
的发生点。在此情況下.如果筲程、心程介质有腐独
B.)…a.(、-a.)_(1E,ma
性、将使管束金属耐腐蚀、抗疲劳能力下降?往往会
发生腐蚀疲劳现象
2.1.4解决蚀的措施
a)选材。选材主要考虑以下几方面:管束内外式中
介质的性质、温度和床力,管束及換热器的类型和结
P?-温差轴向力(P:0时,管束被压缩:P
构以及检修、制造和价格等因素:
时、管東被拉伸)
b)增加表面複盖层。扬子石化烯烃』从1995
管東与壳体材料的线膨胀系数
年起对EEA129换热器的管束采用闪防腐涂层
0..0.·管壁与売壁温度
在生产中取得了良好的防腐蚀效果;
0.安装时的温度
c)水处理工艺控制。在循环冷却淡水中,可添
2-一管子数量;
加缓蚀剂以降低腐蚀·如阻垢分散剂、杀菌火藻剂
a单根换热管管壁横截面积;
缓蚀剂等水质稳定剂,水处理方法还包括使用阴、阳
壳壁横截面积:
抑制剂、软化、除氧、除硫、控制水中的pH值等、在
管束或壳壁材料的弹性模数
实际应用中都取得了艮好的效果
な一一管東和壳体的温差应力
d)电化学保护。主要分为阳极保护和阴极保
当上式计算出的温差应力(实际工作中通常还
护。阳极保护是通过外加电流使金属电位向正向移立加よ介质压カ产生的应力)较大时,就可能导致该
动,促使金属钝化,可大大降低其腐蚀速度:阴极保换热器的管壳受到破坏而失效。这种失效主要出
抑主要与保护性涂戾联合使用、或与阳极保护联合现在固定管板式换热器中、主要原因是固定管板结
使用,效梨较好
构限制了管東与売体之间的自由热膨胀。这种热膨
e)加强制造过程的质量控制,减少腐蚀源的存胀有可能导致壳体破坏、管子曲,或使管子与管板
在,主要是避免各种裂缝(或缝隙)和复杂的结构,在接头处松脱、最终因泄漏而失效。虽然在壳体上采
管排系统中应避免锐角和死弯等
用膨胀节可缓解这种状况,但这种不可更换的部件
2.2热膨胀和收缩
本身也存在失效的危险,原因通常是忽视了如开停
热膨胀和收缩的影响发生在受热或冷却过程车、某种流程错乱或事故等恶劣工況条件。如1998
中.管束由于被约東和固定,不能自由地膨胀和收缩年扬子右化化工丿的JE?101换热器的膨胀节就
引起轴向应力和力矩:以及管東温度的急剧变化和出现了此类失效问题。另外,即使是浮头式换热器
温度分布不均匀而在管束中产生温差应力载荷。这也未能从根本上解决此问题?因为多管程布局的管
种现象以固定管板式换热器情况较为典型。由」其稈温度范围过宽,会造成类似破坏性应力或相邻管
管板与壳体之问为刚性连接?在工作时管壳程介质程之闻接头承受过大负载而失效,如分区型管程布
温度不同,导致管束与壳体的伸缩量不同。如图2局由于最冷和最热的管程紧靠在一起,更易出现这
所示,受热前后、壳体与管束的拉伸和压缩不同
方面的阿题
2.3冲刷及磨损减薄
管束內外流体的高速流动以及流体中所含腐
操作前
蚀介质,特别是当介质中含有较大的颗粒时、都会对
6
管東内、外壁产生严重的冲刷和磨损,尤其是管、壳
操作温度下
克体与常子F2
程物料入口处、与管板结合处及U形管式换热器
能自由伸
的弯管段等。其破坏表面通常呈条纹、麻坑和波纹
长
6
状?造成箐减薄以至張度不足而爆裂
染作温度下
充体与管子72
几年来在扬子石化烯烃厂E-