随着现代化建设的步法不断的加快,作为石油企业化工领域的重用换热设备之一,管壳式换热器在发挥着重大的作用,并得到了广泛的运用。由于换热器选材的不同,加工制造不合理,使用不当等多方面的因素的影响,换热器失效的现象屡见不鲜。换热器的失效,可能会给企业带来不可估量的经济损失, 因此对管壳式换热器失效原因、形式、及处理故障的分析很重要。本文将通过对管壳式换热器在工程中的实际运用存在的问题进行分析,找出管壳式换热器最容易失效的敏感部位。
常见的换热器失效形式
敏感部位之一:换热器管板和换热管的连接处。 在换热器管板和换热管的连接处会出现几何形状的突变, 加上外因等因素比如:管板与换热管的连接不当、焊后处理不 及时合理、两者之间存在的温差应力、板管和换热管所选择材料之间存在的差异性等,都会成为管板和管口连接处存在残 余应力、焊接部位出现隐形缺陷(焊接部位出现气孔、及其他 杂质)的原因。一旦受到壳程流体腐蚀性影响和诱导振动,都 会使换热管和管板的连接处出现振动疲劳破坏、连接缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂等现象。这些问题交错连接,共同作用会对 连接处进一步的损坏,加快了连接处的损害速度,降低了连接处的使用寿命。
敏感部位之二:折流板和换热管配合使用处的损坏。
由于使用功能的需要,为了使换热管的热膨胀量能够被充分的吸收和使用,以及加工制造的方便,通常会在换热管和 折流板的配合使用处留下一定程度的空隙。由于壳流体长时间额冲击,配合处的缝隙会不断的增大,使折流板不断的切割
换热管,在折流板的切割作用下设备不但会产生强大的振动噪音,还会引起换热管的泄漏实效。同时配合处缝隙不断的增大促使壳程流体内部的流动过程变进一步的复杂化,对换热器的传热效率造成了重大的影响。
敏感部位之三:换热器壳体、管板连接处损坏。
在换热器的使用过程中,其壳体和管板都会受到较大的压力荷载和温差应力的长期作用。这将直接导致换热器壳体、 管板连接处局部应力的形成。分析局部应力出现的原因有:
(1)换热器壳体载荷的温度较高,且径向变形大。而管板恰恰
相反,不仅载荷温度低,变形小,同时由于管板的厚度较大对变形刚度的抵抗力较强,因此对与之相连接的换热器壳体约束力较大。
(2)由于换热器壳体受到限制,使高温载荷下的径向膨胀也受到了一定的限制。加上其他因素的影响,发生断裂损害的可能性很大。总体来说,对于上述结构局部应力形成的主要因素是:换热器壳体和管板之间的温度分布不均匀,管板较大刚度这一特征的存在。所以在日常的操作中,可根据实际的需要,在达到结构刚度要求的基础上,可对管板的厚度进行适当的降低。
敏感部位之四:u形弯管。
对不锈钢管束的使用中,u形管自身的形态特征决定了它的塑性变形,在对其进行运用时会产生残余拉应力。这是由于两个直管段热变形不均匀产生了温差应力,应力之间相互叠加,促使弯管处拉应力的形成。在腐蚀性介质的参与下,加上换热器工作过程中产生的扭曲振动和弯曲振动,很容易造成弯管处的疲劳腐蚀破坏,并且影响力很大。
敏感部位之五:小浮头垫片出现泄漏。
温差应力的存在是造成小浮头垫片内漏的主要原因。在小浮头垫片的使用过程中,由于温差应力的存在使螺栓预紧力降低,同时小浮头垫片自身不能进行自紧密闭,造成换热器的使用实效。总而言之,造成小浮头垫片发生泄漏的主要原因就是,预紧过程中和温差应力的作用下残余应力的存在。
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