固定管板式換熱器失效分析及檢修

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1、固定管板式換熱器失效分析及檢修 　固定管板式換熱器是石油化工行業(yè)的重要使用設(shè)備，并廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。然而，固定管板式換熱器由于各種原因的影響，容易出現(xiàn)失效情況。因此，本文就其常見(jiàn)失效的形式進(jìn)行介紹，并提出檢修措施。 　　固定管板式換熱器；失效；檢修 　　中圖分類號(hào)：TQ051.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）16-0033-01 　　固定管板式換熱器憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、適應(yīng)性強(qiáng)與清洗方便等優(yōu)勢(shì)，得到各行業(yè)的廣泛應(yīng)用，對(duì)各行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高起著重要的促進(jìn)作用。特別是它能承受較高的操作壓力和溫度，能占更大的優(yōu)勢(shì)。但由于換熱器投入使用的環(huán)境與工作情況

2、不一，會(huì)產(chǎn)生各類問(wèn)題，造成機(jī)器失效，嚴(yán)重影響工作進(jìn)度。經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展帶動(dòng)能源等需求量不斷擴(kuò)大，提高換熱效率，減少換熱器失效情況的發(fā)生，能給企業(yè)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)企業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展。 　　一、固定管板式換熱器 　　換熱器的工作原理為將流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，具有熱能轉(zhuǎn)換的作用?？梢员ＷC工藝過(guò)程中的流體等介質(zhì)處于一個(gè)恒定的溫度，也可以提高熱能的利用率，減少能源的消耗。固定管板式換熱器是管殼式換熱器的一種典型機(jī)構(gòu)，是目前應(yīng)用最廣泛的換熱器。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空間小，適應(yīng)性廣，并且生產(chǎn)成本低，換洗簡(jiǎn)單便捷。管子損壞時(shí)易于堵塞或者更換。 　　固定管板式換熱器主要零部件包括殼體、接管、封頭、管

3、板、換熱管、折流元件等，溫差較大的換熱器還會(huì)有膨脹節(jié)，利用膨脹節(jié)法師緩慢的彈性變形來(lái)補(bǔ)償因?yàn)闇囟葢?yīng)力引起的熱膨脹。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要保證熱、冷兩種流體等介質(zhì)能走兩種不同的路徑，一般分走管程和殼程。管板不僅能固定管束，還可以將殼層和管層的流體能均勻匯集到換熱管中，最后送出換熱器。 　　二、固定管板式換熱器的失效分析 　　由于固定管板式換熱器使用環(huán)境與工作情況的不同，選用材質(zhì)不合格或者介質(zhì)特性等原因，會(huì)造成多種形式的失效，給生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的不便，甚至?xí)斐山?jīng)濟(jì)損失。下面將重點(diǎn)分析常見(jiàn)的失效原因： 　?。?）管板與換熱器連接處的失效 　　管板與換熱器的連接處屬于幾何圖形，本身容易變形，加上溫度

4、應(yīng)力的存在、連接方式不當(dāng)與焊接不合格（含有氣孔或者雜質(zhì)）等因素，導(dǎo)致兩者之間的連接處存在較大的殘余應(yīng)力。同時(shí)流體具有特殊性，可能含有腐蝕性，還存在被振動(dòng)的作用下，連接處容易斷裂、開(kāi)裂與腐蝕等不良現(xiàn)象，進(jìn)而影響換熱器效果的發(fā)揮。 　?。?）換熱管與折流板的配合處的失效 　　為了避免換熱器熱脹冷縮造成的不利影響，設(shè)計(jì)時(shí)需要在換熱器與折流板的配合處留下較大的空間，否則溫度過(guò)高時(shí)會(huì)因?yàn)闊崦浝淇s而開(kāi)裂。但由于流體的腐蝕性，配合處所留的空間導(dǎo)致殼程流體的流動(dòng)振動(dòng)更頻繁，振幅更大，高壓力的負(fù)荷還可能導(dǎo)致折流板變薄，切割換熱管而引起泄露失效，影響換熱器傳遞熱量的效率。 　　（3）管束失效 　　設(shè)備運(yùn)行

5、時(shí)，有腐蝕性活磨蝕性的液體、氣體、蒸汽等流體不斷對(duì)換熱器進(jìn)行腐蝕，或者換熱器內(nèi)壁因污垢物的積累造成腐蝕。發(fā)生腐蝕后的換熱管會(huì)變薄，產(chǎn)生細(xì)微的裂紋，在高強(qiáng)度的振動(dòng)與高壓應(yīng)力的作用下，裂紋會(huì)不斷擴(kuò)大甚至造成流體泄露，換熱器失效。此外，由于懸浮物質(zhì)與顆粒物導(dǎo)致?lián)Q熱管內(nèi)外壁嚴(yán)重結(jié)垢，厚度的增大會(huì)增大傳熱熱阻，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)玷污或者堵塞換熱器，降低換熱器的換熱能力。 　?。?）膨脹節(jié)處與封閉處的失效 　　設(shè)置膨脹節(jié)是為了避免溫度較大造成的熱膨脹，但由于工作情況、材質(zhì)選用與加工制造缺陷的因素，導(dǎo)致膨脹節(jié)面臨破壞，形成換熱器失效。封閉處是換熱器的重要部位，但由于組裝焊接的過(guò)程中，焊接順序不當(dāng)、參數(shù)選擇不合理

6、等原因，導(dǎo)致封閉處的制造加工存在瑕疵，造成換熱器失效。 　?。?）其他 　　除了以上羅列的失效原因，此外，還可能由于制造加工不規(guī)范、材質(zhì)選用不符合標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備操作不當(dāng)、后期維護(hù)檢修工作不到位等原因，造成固定管板式換熱器失效。 　　三、固定管板式換熱器失效的檢修措施 　　針對(duì)以上造成固定管板式換熱器失效的原因，應(yīng)該對(duì)癥下藥，可以通過(guò)防腐技術(shù)、抗震技術(shù)與防結(jié)垢技術(shù)等手段來(lái)預(yù)防失效的再次發(fā)生。 　　（1）選用優(yōu)質(zhì)材料 　　換熱器需要承受高溫高壓的環(huán)境，還會(huì)與腐蝕性較強(qiáng)的流體進(jìn)行直接接觸，因此，在換熱器制造加工過(guò)程中，必須選用優(yōu)質(zhì)材料。首先，要求選用的材質(zhì)符合國(guó)家與相關(guān)行業(yè)的基本要求與規(guī)定標(biāo)

7、準(zhǔn)；其次，設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮介質(zhì)特性，合理選擇流體管的材質(zhì)；還要根據(jù)換熱器的部件來(lái)確定材質(zhì)，要保證各個(gè)元件之間能最好匹配，盡量消除不同材料接觸所形成的電勢(shì)差。需要注意的是，折流板材質(zhì)硬度盡量低于換熱器，降低在接觸過(guò)程中折流板對(duì)換熱管的磨損破壞。 　?。?）先進(jìn)的工藝技術(shù) 　　工藝技術(shù)是避免換熱器失效的關(guān)鍵手段。因此，需要根據(jù)部件工作情況等方面的因素，選擇正確的連接方式，才能避免連接處出現(xiàn)斷裂等現(xiàn)象。也可以適當(dāng)增加一些部件的厚度，提高抗切割能力。最常見(jiàn)的工藝即為焊接，首先，焊接前需要對(duì)焊接部位清理干凈，避免焊接部位存在污垢等雜質(zhì)，確保焊接的質(zhì)量；管板與殼體的連接處采用焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)販p

8、少管板的厚度；選用多個(gè)膨脹節(jié)，避免膨脹節(jié)運(yùn)行過(guò)程中波峰或波峰波谷過(guò)渡部位減薄開(kāi)裂破壞造成內(nèi)部泄漏，來(lái)提高膨脹節(jié)的使用壽命。 　?。?）做好防腐工作 　　腐蝕的主要原因在于換熱器內(nèi)部流體腐蝕性造成，因此，必須有針對(duì)性地做好防腐工作。一方面，在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮介質(zhì)特性選用合理的材質(zhì)，在流體進(jìn)出口設(shè)置過(guò)濾裝置、緩沖結(jié)構(gòu)，還可以在流體中加入腐蝕劑，采取滲鋅加涂層聯(lián)合防腐的方法，可以有效預(yù)防失效的發(fā)生。另一方面，增加涂料保護(hù)，涂料具有一定的彈性，能對(duì)周期性的振動(dòng)起到阻止作用，降低微振腐蝕造成連接處斷裂現(xiàn)象的發(fā)生。此外，還可以延長(zhǎng)換熱器的使用壽命，提高設(shè)備抗腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的概率。碳鋼滲鋅防腐也可以作為防腐手段

9、的選擇之一 　　（4）日常維護(hù)工作 　　對(duì)換熱器加強(qiáng)日常維護(hù)工作，是防治失效工作的重中之重。由于換熱器容易累積顆粒物、懸浮物等形成污垢層，這些污垢層不利于換熱器的暢通，還會(huì)降低傳熱熱阻。因此，應(yīng)該安排專門的人員負(fù)責(zé)換熱器日常維護(hù)工作，定期與檢查設(shè)備流量、壓力與溫度等操作記錄分析定結(jié)垢的情況，對(duì)出現(xiàn)失效的問(wèn)題要進(jìn)行徹底調(diào)查，分析原因，整理得出檢修方案，檢修后并時(shí)刻跟蹤檢修的結(jié)果。對(duì)由于操作不當(dāng)造成失效的情況，要及時(shí)開(kāi)展換熱器操作培訓(xùn)，杜絕違規(guī)操作與不當(dāng)操作的現(xiàn)象發(fā)生。 　　四、結(jié)論 　　總而言之，固定管板式換熱器失效的原因是多方面造成的，主要是因?yàn)椴馁|(zhì)選擇不好、工作情況與介質(zhì)的特性、防腐

10、工作不到位、焊接工藝不夠先進(jìn)等。因此，面對(duì)換熱器失效的問(wèn)題，應(yīng)該從設(shè)計(jì)、制造加工、安裝維修與操作等方面綜合考慮問(wèn)題的根源，才能真正起到檢修的作用。只有合理選用材質(zhì)、提升工藝技術(shù)、做好防止腐蝕工作、加強(qiáng)日常維護(hù)管理工作等，才能延長(zhǎng)換熱器的使用壽命，避免出現(xiàn)失效現(xiàn)象，確保換熱器能安全可靠高效的運(yùn)行。 　　參考文獻(xiàn)： 　　【1】 李玉艷，孔維榮.固定管板式換熱器管束腐蝕失效分析.石油化工腐蝕與防護(hù)， 2016， 33（1）：61-64. 　　【2】黃顏鋒，王文金，周立坤，等.固定管板式換熱器故障分析.中國(guó)化工貿(mào)易，2015，7（32）. 　　【3】楊星辰，張雅琴，段成紅.基于ASME Ⅷ-1的大直徑固定管板式換熱器管板的簡(jiǎn)化分析.壓力容器，2016（4）.