1、列管換熱器失效的原因及其改進措施        摘要：本文針時換熱器失效造成非計劃停車的問題，從換熱管與管板接頭泄 漏、隔板與列管接觸處列管泄漏兩方面，分析了泄漏原因，在設計、制造和運行方面提出了相應的改進措施。        關鍵詞：列管式換熱器;換熱管;管 板;連接接頭;泄漏;改進        列管式換熱器是乙炔法生產聚氯乙烯的關鍵設備。由于

2、應力作用及腐蝕等問題而引起列管式換熱器換熱管與管板的連接失效，繼而造成非正常停車檢修，嚴重影響了正常生產。針對上述情況，筆者對換熱管與管板連接接頭失效原因進行了分析，在該設備結構設計和制造方面提出并實施了相應的改進措施。        一、列管式換熱器的基本結構及主要 技術參數        列管式換熱器的外形尺寸為2400mmx3000mm、換熱管57mmx3.5mm(圖1)，殼程有3塊折流板，分上下兩 層冷卻，冷

3、卻介質為90100軟水;管程溫度80220，物料介質為乙炔、氯化氫 和氯乙烯。                                二、換熱管與管板的連接接頭泄漏原 因分析      

4、60; 列管式換熱器換熱管與管板的連接形式主要有脹接和焊接兩種，其中脹接又分為機械脹接和液壓脹接。這三種連接形式的換熱器在生產中均發生過泄漏失效。        (一)機械脹接接頭泄漏原因分析        推進式機械脹管主要是通過控制電流的大小來控制脹管器滾錐的轉動，最終使換熱管產生變形而達到與管板連接的目的。這種脹管方法易使換熱管產生過脹或欠脹，換熱管內壁易產生加工硬化，如潤滑不好，還會磨損起毛。換熱管與管板的連接在整個長度上的應力

5、分布不均勻。在溫差變化和應力的作用下，只要加工過程中有微小的缺陷，如管孔縱向劃痕，腐蝕介質 的微量侵入就會使換熱管與管板的連接失效，如發現不及時，殼程冷卻水滲人管程后，會引起大片管子與管板的連接失效，此時修復也較為困難:若采用脹管修復，管孔的密封面已被腐蝕，很難完全脹緊，開車后，加上管板平面上的腐蝕凹坑中易積聚腐蝕介質而再次腐蝕引起連接失效;若采用焊接方式修復，易使附近其他換熱管受熱變形而松動。        (二)液壓脹接接頭泄漏情況分析     

6、60;  液壓脹接時換熱管不易產生過脹，脹接部位不產生竄動，換熱管與管板連接處在整個長度上的應力分布是均勻的，從理論上講，可靠性較機械脹接好。根據液壓脹接原理及GB151一1998有關條款，槽間距和槽寬為8一9mm。這樣，就使得管子與管板之間的脹接面積相對減少，管板的厚 度必須加大。而且，液壓脹接對管孔的精 度要求及開槽精度要求特別嚴格。由于管板孔加工是大批量生產，必須保證100%的 沒有缺陷才行。失效后采用脹管修復后，由于腐蝕凹坑的存在，易再次失效。        

7、;(三)焊接接頭泄漏失效的主要原因分析        焊接時，由于高溫產生熱影響區的附近組織出現塑性變形，加上焊接時未完全按工藝要求施焊，易形成較大的殘余應力和應力集中，這是產生腐蝕的主要原因。本設備管程主要介質是氯乙烯、氯化氫及乙炔等，特別是工藝上含水率偏高時，CI-、H+等這種腐蝕環境，發生應力腐蝕開裂造成換熱管與管板連接接頭處失效泄漏。另外焊接微氣孔、裂紋、夾渣等缺陷，也是造成腐蝕失效的重要因素。        三、結構設計上的改

8、進和制造過程中 的幾個關鍵問題        (一)結構設計上的改進        在殼程上層的冷卻水出口處前增設溢流擋板，保證冷卻水充滿整個空間，消除殼 程冷卻水空隙形成的空氣層，避免上管板 與換熱管連接處干濕變化引起腐蝕;換熱 管與管板的連接采用強度焊加貼脹的結構 (圖2)，貼脹消除管子與管板孔之間的間隙防止間隙腐蝕的產生，并增強抗疲勞破壞 的能力;采用液壓脹管;增加管板厚

9、度，保證脹接長度。                        (二)制造過程中的關健問題        制造過程中應注意以下幾點:        1、嚴格控制管孔的加工精度。金加工 中必

10、須保證劃線正確，管板應采用小40mm、57.5mm鉆頭鉆孔和擴孔，再加57? 8mm或57.9mm絞刀絞孔，以消除 管孔的縱向劃痕，并保證管孔尺寸精度的 一致性。管孔焊接倒角2x45，鉆孔時必須用乳化液冷卻，避免水冷卻而引起管 板孔銹蝕。管橋寬度偏差必須符合GB151 的規定。        2、折流板與管板必須固定在一起加工，最后拆開進行一次擴孔、倒角，以保證 所有管孔同心，并做好方位標記，避免穿管 困難。   &

11、#160;    3、換熱管外徑偏差必須符合國標。采用經退火處理過的換熱管，材質20# 鋼。兩端表面必須磨管除銹，去除氧化層，除銹長度大于7Omm，并及時穿管組 裝。換熱管長度一致，最好在車床上車削兩端并倒角，以確保換熱管管板兩端整齊一致。        4、穿管前必須將管孔清理干凈，穿管后要再次將留在管板孔中的鐵銹等清理干凈。        5、控制焊接工藝，防止大電流焊接引

12、起過熱，造成組織晶粒粗大及產生過大的 殘余應力。不允許有氣孔、裂紋及夾渣等缺陷。        6、貼脹采用液壓脹接的方法，保證管 板與管子的連接處脹度一致，整個長度上應力分布均勻。脹接采用的液壓大小要做小樣試驗，據經驗選擇一壓力，進行小批管子的脹接，實測脹前脹后管子內徑，用管子的內徑增大率來計算脹管率。最后，選擇一適當的液壓進行脹管。        7、設備制造完畢后，進行水壓試驗，保證時間適當加長，可以消除部分應

13、力。水壓試驗合格后，進行氣密性試驗。        8、設備安裝前，對兩端管板進行涂層防腐處理。防腐層一定要覆合緊密，不能脫殼，如產生脫殼易形成高濃度腐蝕環境，引起管子與管板連接接頭失效。建議選用耐高溫耐腐蝕的氟碳涂料。        (三)改進措施        1、設計、制造列管式換熱器時，盡量選用硬度較高的管材。   &#

14、160;    2、采用隔板移位法延長換熱器列管使用壽命，即在管壁磨損到最小壁厚前， 將隔板平移一位置，一般為200300mm，使磨損在新的位置上重新開始。通常，對干換熱器的隔板，如條件允許可移位3一4次，相應管的密封性就提高了3一4倍，泄漏發生的時間也延長了3一4倍，從而延長了列 管的使用壽命。        四、結束語        由干對列管式換熱器在結構設計、制

15、0;造、運行中采取了以上措施，延長了該設備的使用壽命，非正常停車檢修很少發生，生產更加穩定可靠油過熱器泄漏分析及改進    摘要：本文就固定管板式換熱器在設計計算時，根據換熱器在各種工況下的受力作一一分析，確定最危險的工況作為換熱器的設計依據。     關鍵詞: 換熱器 材料 連接接頭 泄漏 措施     換熱器是一種使兩種或多種過程流體之間能夠進行熱交換的傳熱設備，是石油、化工生產中應用很廣泛的單元設備之一，其質量的好壞直接影響石油化工企業的安全和經濟效益；管式換熱器是最常

16、用的一類換熱器。管式換熱器是根據介質特性、操作壓力和操作溫度、流體類型、熱負荷和經濟性來決定換熱器的材質和結構；管式換熱器的主要構件包括換熱管、管板、殼體、封頭、折流板、接管及它們的組合；換熱器的設計包括結構設計，溫差應力、流體振動等強度計算以及殼體、封頭、管板、支座、法蘭的強度計算。換熱器的材質、換熱管與管板的連接接頭質量，則是影響換熱器質量的重要因素。     本文就我廠醋酸乙烯裝置合成工段油過熱器（3E210）泄漏的原因進行分析，并提出相應的改進措施。         

17、管式換熱器由于應力作用及腐蝕等問題引管式換熱器失效，殼程介質與管程介質混合，造成非計劃停車，嚴重影響了生產。 管式換熱器失效通常表現為兩方面：一是換熱管與管板的連接接頭失效，造成泄漏，換熱器的失效絕大多數集中在換熱管與管板的連接接頭上；二是折流板與換熱管接觸處，換熱管泄漏。     管式換熱器換熱管與管板的連接形式主要有脹接和焊接兩種；機械脹接主要是通過電流的大小來控制脹管器滾錐的轉動，最終使換熱管產生變形而達到與管板連接的目的。這種脹管方法結構簡單，投資少，對換熱管精度要求不高；但易使換熱管產生過脹或欠脹， 換熱管與管板的連接處整個長度上的應力分布不均

18、勻，在溫差變化和應力的作用下，只要加工過程中有微小缺陷如管孔劃痕、腐蝕介質的微量侵入就會使換熱管與管板的連接接頭失效，如發現不及時，則有可能引起大片換熱管與管板的連接接頭失效；液壓脹接時，換熱管不易產生過脹，脹接部位不產生竄動，換熱管與管板的連接整個長度上的應力分布均勻，但液壓脹接對換熱管、管孔及管孔開槽精度要求高。     為了防止換熱管與管板的連接接頭失效，我們應該在結構設計和制造工藝流程上采取措施。根據介質特性和操作工況，合理選擇安全可靠的連接接頭型式，如（1）換熱管與管板的連接采用強度焊加貼脹的結構，貼脹消除了換熱管與管板孔之間的間隙，防止間隙腐

19、蝕的產生，并增強抗疲勞破壞的能力；（2）采用液壓脹接，增加管板厚度，保證脹接長度；（3）提高管孔、換熱管接頭加工精度；（4）嚴格控制焊接工藝，防止焊接造成組織晶粒過大及產生過大的殘余應力，有條件的應作消除應力熱處理，Cr-Mo鋼則必須作消除應力熱處理。     折流板與換熱管接觸處，換熱管泄漏。一般是在溫度變化較大，殼程介質流速高而引起管束振動較大的情況下發生。為避免接觸處換熱管泄漏，折流板管孔應光滑、孔邊應倒圓； 降低殼程介質流速，介質脈動流向與內件自重一致或在殼程添加與介質脈動流向一致隔板，減小折流板間距等措施可避免產生振動現象，防止換熱管遭到碰撞而

20、泄漏。     我廠醋酸乙烯裝置合成工段油過熱器（3E210）為U型管式，其型號：BIU800-4.0/0.15-65-2.4/25-2I管程介質為S36蒸汽，工作溫度400，工作壓力4.0Mpa；殼程介質為導熱油，工作溫度200，工作壓力0.15Mpa；該設備按GB151-99鋼制管式殼式換熱器中級管束進行制造和驗收，管扳厚度為140mm，材質為16Mn級鍛件；換熱管材料為20#，規格25*2；管、殼程殼體材料為16MnR，換熱管與管扳連接采用強度脹+強度焊。     該設備是醋酸乙烯裝置的重要設備之一，它是否正

21、常運行，直接影響該裝置核心設備合成反應器安全、穩定、長周期運行。醋酸乙烯裝置生產工藝、技術和設備是由法國隆利公司引進的，裝置設計能力為9萬噸/年，隨著我廠開展了裝置達標、保標和超標等一系列上臺階活動，醋酸乙烯裝置生產規模已擴大，并將進一步擴大。該換熱器工作環境較苛刻，屬高溫、高壓的二類壓力容器，管程介質為36巴蒸汽，管程工作壓力為4Mpa，工作溫度為400，隨著我廠裝置上臺階活動，我廠S36蒸汽的實際工作溫度由400提高至430左右，但該換熱器在制造安裝過程中，都未發現泄漏，但該設備運行不久，就出現了接頭泄漏，油氣混合，蒸汽外泄等現象。后經停車堵管，修復管扳與管箱連接密封面，更換墊片等，都未達

22、到理想效果，經過多次現場調研，車間、設計、制造廠等幾方人員分析、研究，提出了改進措施。     因為我廠工藝流程的變化，S36蒸汽實際工作溫度由400提高至430左右的，該設備管板材質為16Mn鍛件，換熱管材質為20#無縫鋼管。碳鋼及低合金鋼在高于425溫度下長期使用，鋼中的碳體會產生分解，使材料的強度及塑性均下降，從而使管板及換熱管與管板連接接頭強度降低，而產生泄漏。我們對3E210油過熱器管束材質進行了更換，換熱管材質改為0Cr18Ni9無縫鋼管，管板采用0Cr18Ni9，厚度為110mm。隨著裝置達標、保標和超標等一系列上臺階活動，裝置設備應隨工藝

23、流程變化作相應的變化或校核。     由于對3E210油過熱器在結構設計、制造、運行中采取了以上措施，延長了該設備的使用壽命，生產中沒有出現泄漏現象，該設備效果很好，非正常停車檢修很少發生，生產更加穩定可靠。保證了醋酸乙烯裝置的安全、穩定、長周期運行。該方法是成功的。換熱器接頭泄漏失效的主要原因分析天津不銹鋼管今日資訊：對殼程進行水壓試驗時，發現有多處換熱管與管板的連接接頭泄漏，經補脹后仍都沒有達到理想效果，其主要原因是：1 管板與換熱管沒有足夠的硬度差強度脹接時管板與換熱管應有適當的硬度差，否則管子回彈大于管板，造成脹接不緊。GB 151-1999 管

24、殼式換熱器對管板與換熱管硬度差值沒有明確的規定，只要求換熱管材料的硬度值一般須低于管板材料的硬度值。前蘇聯規定應大于 HB 30，日本規定應大于 HB 20。故現在各制造廠通常都將其控制在HB 30 以上，而在本換熱器中，按照 JB 47262000級鍛件規定，16 Mn 鍛件在正火狀態下的硬度為 HB 121178，我們實際測得其硬度為 HB 145155，也就是說換熱管硬度比管板硬度還高。在這種情況下，如果換熱管與管板的連接采用強度脹接，由于管子的回彈，造成脹接不緊。2 0Cr18Ni9 不銹鋼管屬于加工硬化傾向大的材料該換熱器屬于級換熱器，其管子外徑與管板管孔之間的最大間隙為 0.7 m

25、m，要達到脹緊目的，管子必須有較大的變形量。然而 0Cr18Ni9 管子在脹接變形量增加的同時，其硬度也隨之增加，從而使換熱管的硬度更加大于管板硬度，使得脹接更不緊。3 脹接工藝不合理該換熱器采用推進式機械脹接，這種脹接方法使得換熱管與管板的連接在整個長度上的應力分布不均勻。管殼式換熱器失效分析及其解決措施我要打印   IE收藏   放入公文包   我要留言 查看留言  文章來源：中國換熱設備網添加人：admin添加時間：2008-7-4 17:25:00  摘要：管殼式換熱器是石油、化工生產中廣泛使用的換熱設備,由于結構、使用條件的多樣性,在

26、使用過程中可能會發生多種形式的失效。針對管殼式換熱器常見的失效形式,分析引起失效的原因,提出預防及解決措施,并為管殼式換熱器的設計、制造和使用提出建議。  關鍵詞管殼式換熱器管子管板失效腐蝕   在各種換熱器中,鋼制管殼式換熱器以其結構堅固、可靠性高、適應性強等優點在換熱器的生產和使用中一直占主導地位。但由于其結構的復雜性和使用條件的多樣性,換熱器常出現多種形式的失效。從結構上分析,易發生失效的部位是管子和管板的連接處;從受力角度分析,筒體和管板的焊縫易引起失效;從使用條件分析,熱應力或附加應力、工作介質的腐蝕性、換熱管的振動等,都會造成換熱器局部或整體失效。&#

27、160;  1管子與管板的連接失效  根據換熱器使用條件的不同,管子與管板的連接接頭形式可分為脹接、焊接和脹焊并用三種。接頭形式不同,失效形式也有差異。   1.1脹接  (1)機械脹接   這種連接易使換熱管產生過脹或欠脹,換熱管內壁易產生加工硬化,換熱管與管板的連接處在其整個連接的長度上應力分布不均勻。在溫差變化和應力的作用下,只要有微小的加工缺陷,如管孔縱向劃痕,腐蝕介質的微量侵入就會使換熱管與管板的連接失效。若發現不及時,殼程冷卻水滲入管程后,會引起大片管子與管板的連接失效,此時修復就比較困難。  (2)液

28、壓脹接   液壓脹接時管子不易產生過脹,脹接部位不產生竄動,管子與管板連接處在整個長度上的應力分布是均勻的。根據液壓脹接原理及GB151-1999規定,為保證脹接時管板與管束連接的可靠性,脹接時管板應開槽,槽間距和槽寬為89mm。這樣,就使得管子與管板之間的脹接面積相對減少,管板的厚度必須加大才能保證連接可靠。而且,液壓脹接對管孔及開槽的精度要求特別嚴格。由于管板孔加工是大批量生產,必須保證100%無缺陷才行。失效后若采用脹管修復,由于腐蝕凹坑的存在,易再次失效。   1.2焊接接頭   開槽,槽間距和槽寬為89mm。這樣,就使得管子

29、與管板之間的脹接面積相對減少,管板的厚度必須加大才能保證連接可靠。而且,液壓脹接對管孔及開槽的精度要求特別嚴格。由于管板孔加工是大批量生產,必須保證100%無缺陷才行。失效后若采用脹管修復,由于腐蝕凹坑的存在,易再次失效。   1.2焊接接頭   這種連接方式實現了焊接和脹接的優勢互補,具備抗反復熱沖擊及腐蝕、提高接頭的抗疲勞性能和消除間隙腐蝕等優點。但是,脹焊并用時操作要求高,一般用于操作條件比較苛刻的場合。  GB151-1999標準中規定,對于設計壓力小于等于4MPa、設計溫度低于300的換熱器,可采用脹接結構;對于振動較小和無間隙腐蝕的

30、場合,可采用焊接結構;而對于密封性能要求較高,承受振動或疲勞載荷,有間隙腐蝕,采用復合管板的場合,應當采用脹焊結構。由此可見,單純脹接或焊接結構的連接方式使用條件受到限制。由于脹焊并用結構能有效地阻尼管束振動對焊口的損傷、避免間隙腐蝕,并且比單純脹接或焊接結構具有更高的強度和密封性,因而得到廣泛應用。目前對常規的換熱器通常采用貼脹+強度焊的模式;而重要的或使用條件苛刻的換熱器則要求采用強度脹+強度焊的模式。   2管束失效  (1)管束腐蝕和腐蝕失效   換熱器的失效大多數是由腐蝕引起的。最常見的腐蝕部位是管子,其受腐蝕的主要原因有:流體為腐蝕

31、性介質;管內壁有異物積累而發生局部腐蝕;污垢腐蝕;管內物料流速過大而發生磨蝕,流速過小則異物易附著管壁,造成電位差而導致腐蝕等。解決措施:合理選材,選擇對介質適應的材料;定期清洗管束;在流體中加入緩蝕劑;選擇適當流速;在流體入口設置過濾裝置和緩沖結構等。  (2)傳熱能力下降   在換熱器運行過程中,若工作介質(水)的硬度較高,或流體中含有顆粒物、懸浮物,冷卻水中有藻類、細菌、泥沙等,都會導致管束內、外壁嚴重結垢。隨著污垢層的增厚,傳熱熱阻很快增大,嚴重時污垢將會使工作介質的流道阻塞,從而導致換熱能力迅速降低。解決措施:充分掌握易污部位、致污物質及污垢程度等有關情況,進行定期檢查;當流體很容易結垢時,必須采用容易檢查、拆卸和清理的設備或結構。  (3)列管式換熱器   為了強化殼程傳熱和減小結垢,常采用提高殼程流體流速的方法。但殼程流體流速的提高往往導致管束的誘導振動,換熱器頻繁開停也會導致管束的誘導振動。列管式換熱器制造時,為了使管束安裝方便,隔板上的孔內徑比列管外徑大,這就不可避免地產生管子與隔板孔邊緣反復碰撞的現象。當管子材料硬度低于隔板材料硬度時,這種碰撞的結果就使得管子被磨損甚至被割斷,最終使管束失效。   對