固定管板式换热器失效分析及检修.pdf

石油和化工设备
2013年第16卷
腐防护
固定管板式换热器失效分析及检修
孙亚娟,赵靓
(天津渤海化工築团有限责任公司天津化工厂,天津300480
摘要]介绍了固定管板式换热器的结构类型和特点,失效的原因及具体的检修方法;阐述了固定管板式换热器常用的压
力检验方法
关键词]固定管板式换热器;换热管;失效;腐蚀;检修;压力检验
换热器是用于完成各种传热过程的设备,是同可为胀接、焊接和胀焊并用。接头形式不同,
化工、石化、炼油、核电及众多工业部门广泛使失效形式各异。一种情况是因本身质量差或操作
用的通用工艺设备。在化工厂中,换热设备的投中冷热交变应力的影响,导致胀接处出现松弛而
资约占总投资的109%-20%,为保证换热器的安全发生泄漏。另一种情况是因封口焊缝的腐蚀而发
平稳运行,日常维护及定期检修非常重要。我厂生泄漏。管板与换热管的焊接接头受载较特殊,
换热设备中,使用最多的是固定管板式换热器
除管壳程压力外,还有因胀接、焊接的应力存
1固定管板式换热器的结构特点
在,极易在管板、胀焊区发生裂纹。另外还有因
换热管的塑性不好或者对换热管管头的热处理方
固定管板式换热器是两端管板与壳体连接成法不当而使换热管胀接后管头出现裂纹,在使用
一体。由外壳、管板、管東、封头等主要部件组中由于缺陷扩展而导致泄漏。
成。壳体中设置有管束,管束两端采用焊接、胀接
或胀焊并用的方法将管子固定在管板上,管板外周2.3换热管束的腐蚀失效
围和封头法兰用螺栓紧固。固定管板式换热器的优
换热器中,最常见的腐蚀部位是换热管。其
点是结构简单、紧湊,能承受较高的压力,造价腐蚀原因主要有三种情况:一是管内壁因异物积
低,管程清洗方便,管子损坏时易于堵管或更换:累导致的局部腐蚀;二是管内和管外流体对管壁
缺点是当管朿与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相的腐蚀,即应力腐蝕,造成整个管壁减薄;三是
差较大时,壳体和管束中会产生较大的热应力,当管端发生缝隙腐蚀。此外,因换热管本身质量不
流体温差较大时,应考虑热补偿。
达标存在着缺陷,使用后缺陷逐步暴露会加速腐
蚀,进而引起换热器失效。
固定管板式換热器的常见失效形式
换热器常见的失效形式是因腐蚀而泄漏、管3固定管板式换热器的检修
東堵塞等。腐蚀的部位主要在壳体、换热管与管3.1堵管技术
板的连接处及换热管。
在现场经试压试验检出泄漏的换热管,可采
2.1壳体失效
用堵管的方法作为应急修复措施,一般情况"下
换热器内的流质在与换热器表面接触时,通堵管总数不得超过换热管总数的10%,对于管口
常由于流速过大,冲刷壳体表面造成构件表面局比较规整的管子,管板与换热管的连接方式为焊
部腐蚀损坏,这类腐蚀为黁损腐蚀。当壳体材质接,可将堵头加工成圆柱形,这样管板与堵头焊
与其他元件长期接触时,在接触部位容易产生电接时产生的焊接变形主要集中在堵头上,从而减
化学腐蚀。另外,不锈钢材质的壳体焊接部位可
少了管板的焊接应力。管板与换热管的连接方式
能产生晶间腐蚀。由于焊接应力的存在,在有应为胀接的,可把堵头加工成有锥度的楔形。楔形
力腐蚀的介质中容易产生应力腐蚀。
堵头最好直接用力砸死,而不采取与管板焊接的
多号
2.2管板与换热管连接处的失效
作者简介:孙亚娟(1980-),女,山西文水人,太原理エ大
学毕业,本科,工程师。在天津渤海化工集团有限责任公司天津
管板与换热管的连接形式根据使用工况的不化工厂从事施工管理及质量检验工作。
第2期
孙亚娟等固定管板式换热器失效分析及检修
方式,应特别注意的是,对于那些采用胀接的换应符合下列要求:①碳素钢和低合金钢制设备
热管,绝不能采用焊接形式。否则容易给管子形气体温度不得低于15℃;②其它材质的设备,气
成拉托,造成周围其他胀接列管的松脱,以致造体温度应符合设计图样的要求。气压试验时,
成泄漏。
压力应缓慢上升,至试验压力的10%,且不超过
3.2补胀或补焊
0.05MPa,保压5min,对所有焊缝和连接处进行
对于管子或管板的连接失效可以进行重新补
初次泄漏检査,如有泄漏,应卸压修补后重新升
胀和补焊或胀焊并用的方法。一般采用手工补胀
压。初检合格后,再继续升压至试验压力的50%,
的方式,管子与管板封口焊缝发生泄漏时,可将
其后再按试验压力的10%的逐级升至试验压力,保
原焊缝打磨于净后再进行补焊。补焊时应局部进
压5min后,将压力降至设计压力,并保压足够时
行,不要影响其他处的焊口质量。
间,对设备进行详细检査,无漏气、无异常声响
3.3换管
为合格。如有泄漏,卸压后进行修补,再重新进
行试压。
对于管子泄漏数量超过106的換热器,应该換43氨滲漏试验
管。因堵管过多必然会影响其换热效果;更严重
的是,堵管后由于增大了温差应力,将加快换热
对于管程工作压力高于壳程工作压力或工作
管自身的应力腐蚀,管子会发生较严重的破坏,
压力较高且对气密性要求较严的换热器,可采用
可能导致换热管朿整体报废。当施工现场和设备充入10%~30%(体积)氨的方法进行氨渗漏试
均允许的情况下应尽量进行换管。
验检査。壳体内充氮气进行置换,氮气置换完毕
后,按照气密性试验要求进行气密检验,检査有
4换热器泄漏的檢查
无泄漏情况,若无泄漏,保压30min,保压后卸压
般规定,凡拆卸、检査、清扫过的换热0.1MPa。再根据试验压力、氨气浓度及保压关系
器,在回装后都必须进行试压,试验压力按照设的要求神入氨气。当充入氨气达到试验压力时,
计压力的1.25倍进行。试压工作应与回装工作同步需进行保压试验,保压时,要注意环境温度的变
进行,按照不同类型的换热器,边回装边试压。化,环境温度变化过大会引起设备内部压力不稳
对于不允许有微量残留液体或由于结构或支架等定,易出现危险情况。保压后,将湿的酚酞试纸
原因不允许用水进行试压的换热器,可采用气压紧贴在管板上,根据试纸上出现红色斑点的现象
试验,气压实验的压力为设计压力的1.15倍。
判断分析滲漏位置及渗漏情况。卸氨完毕后,若
4.1水压试验法
有漏点出现,应仔细记录漏点位置,进行修复。
试验时换热器顶部应设排气口,充液时应将
氨渗漏试验应注意:(1)充氮置换要达到要求
换热器内空气排尽。试验过程中,应当保持被试确保不在爆炸极限之内(氨气与空气的爆炸极限
容器表面的干燥。试验时压力应缓慢上升,达到
为15%~18%体积)。(2)试验完毕,仍要用氮气
规定试验压力后,压力保持应不少于30min,然后
置换合格,排出的氨需插入水中吸收,不能直接
将压力降至规定试验压力的80%,并保持足够长排入大气,以免造成环境污染和人员伤害。
的时间,然后对焊缝连接处进行检验,无渗漏
综上所述,换热器在化工行业中应用广泛,
无可见的异常变形及试压过程中无异常响声为合使用过程中会发生多种形式的失效。针对换热器
格。如有渗漏,修补后重新试验。水压试验结東
常见的失效形式,应认真分析引起失效的原因,
后,应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干。水制定预防失效及检修的方法,确保生产装置安全
压试验用水必须是清洁水,对于奥氏体不锈钢制平稳长周期运行。