固定管板式换热器失效分析及检修

[摘 要]固定管板式换热器是石油化工行业的重要使用设备,并广泛应用于各个工业领域。然而,固定管板式换热器由于各种原因的影响,容易出现失效情况。因此,本文就其常见失效的形式进行介绍,并提出检修措施。 [关键词]固定管板式换热器;失效;检修 中图分类号:TQ051.
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 [摘 要]固定管板式换热器是石油化工行业的重要使用设备,并广泛应用于各个工业领域。然而,固定管板式换热器由于各种原因的影响,容易出现失效情况。因此,本文就其常见失效的形式进行介绍,并提出检修措施。
  [关键词]固定管板式换热器;失效;检修
  中图分类号:TQ051.5 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)16-0033-01
  固定管板式换热器凭借其结构简单、制造成本低、适应性强与清洗方便等优势,得到各行业的广泛应用,对各行业经济效益的提高起着重要的促进作用。特别是它能承受较高的操作压力和温度,能占更大的优势。但由于换热器投入使用的环境与工作情况不一,会产生各类问题,造成机器失效,严重影响工作进度。经济快速发展带动能源等需求量不断扩大,提高换热效率,减少换热器失效情况的发生,能给企业带来较大的经济效益,促进企业长期发展。
  一、固定管板式换热器
  换热器的工作原理为将流体的部分热量传递给冷流体的设备,具有热能转换的作用。可以保证工艺过程中的流体等介质处于一个恒定的温度,也可以提高热能的利用率,减少能源的消耗。固定管板式换热器是管壳式换热器的一种典型机构,是目前应用最广泛的换热器。它具有结构简单,空间小,适应性广,并且生产成本低,换洗简单便捷。管子损坏时易于堵塞或者更换。
  固定管板式换热器主要零部件包括壳体、接管、封头、管板、换热管、折流元件等,温差较大的换热器还会有膨胀节,利用膨胀节法师缓慢的弹性变形来补偿因为温度应力引起的热膨胀。这样的结构设计需要保证热、冷两种流体等介质能走两种不同的路径,一般分走管程和壳程。管板不仅能固定管束,还可以将壳层和管层的流体能均匀汇集到换热管中,最后送出换热器。
  二、固定管板式换热器的失效分析
  由于固定管板式换热器使用环境与工作情况的不同,选用材质不合格或者介质特性等原因,会造成多种形式的失效,给生产带来严重的不便,甚至会造成经济损失。下面将重点分析常见的失效原因:
  (1)管板与换热器连接处的失效
  管板与换热器的连接处属于几何图形,本身容易变形,加上温度应力的存在、连接方式不当与焊接不合格(含有气孔或者杂质)等因素,导致两者之间的连接处存在较大的残余应力。同时流体具有特殊性,可能含有腐蚀性,还存在被振动的作用下,连接处容易断裂、开裂与腐蚀等不良现象,进而影响换热器效果的发挥。
  (2)换热管与折流板的配合处的失效
  为了避免换热器热胀冷缩造成的不利影响,设计时需要在换热器与折流板的配合处留下较大的空间,否则温度过高时会因为热胀冷缩而开裂。但由于流体的腐蚀性,配合处所留的空间导致壳程流体的流动振动更频繁,振幅更大,高压力的负荷还可能导致折流板变薄,切割换热管而引起泄露失效,影响换热器传递热量的效率。
  (3)管束失效
  设备运行时,有腐蚀性活磨蚀性的液体、气体、蒸汽等流体不断对换热器进行腐蚀,或者换热器内壁因污垢物的积累造成腐蚀。发生腐蚀后的换热管会变薄,产生细微的裂纹,在高强度的振动与高压应力的作用下,裂纹会不断扩大甚至造成流体泄露,换热器失效。此外,由于悬浮物质与颗粒物导致换热管内外壁严重结垢,厚度的增大会增大传热热阻,严重时还会玷污或者堵塞换热器,降低换热器的换热能力。
  (4)膨胀节处与封闭处的失效
  设置膨胀节是为了避免温度较大造成的热膨胀,但由于工作情况、材质选用与加工制造缺陷的因素,导致膨胀节面临破坏,形成换热器失效。封闭处是换热器的重要部位,但由于组装焊接的过程中,焊接顺序不当、参数选择不合理等原因,导致封闭处的制造加工存在瑕疵,造成换热器失效。
  (5)其他
  除了以上罗列的失效原因,此外,还可能由于制造加工不规范、材质选用不符合标准、设备操作不当、后期维护检修工作不到位等原因,造成固定管板式换热器失效。
  三、固定管板式换热器失效的检修措施
  针对以上造成固定管板式换热器失效的原因,应该对症下药,可以通过防腐技术、抗震技术与防结垢技术等手段来预防失效的再次发生。
  (1)选用优质材料
  换热器需要承受高温高压的环境,还会与腐蚀性较强的流体进行直接接触,因此,在换热器制造加工过程中,必须选用优质材料。首先,要求选用的材质符合国家与相关行业的基本要求与规定标准;其次,设计过程中,充分考虑介质特性,合理选择流体管的材质;还要根据换热器的部件来确定材质,要保证各个元件之间能最好匹配,尽量消除不同材料接触所形成的电势差。需要注意的是,折流板材质硬度尽量低于换热器,降低在接触过程中折流板对换热管的磨损破坏。
  (2)先进的工艺技术
  工艺技术是避免换热器失效的关键手段。因此,需要根据部件工作情况等方面的因素,选择正确的连接方式,才能避免连接处出现断裂等现象。也可以适当增加一些部件的厚度,提高抗切割能力。最常见的工艺即为焊接,首先,焊接前需要对焊接部位清理干净,避免焊接部位存在污垢等杂质,确保焊接的质量;管板与壳体的连接处采用焊接结构,应当适当地减少管板的厚度;选用多个膨胀节,避免膨胀节运行过程中波峰或波峰波谷过渡部位减薄开裂破坏造成内部泄漏,来提高膨胀节的使用寿命。
  (3)做好防腐工作
  腐蚀的主要原因在于换热器内部流体腐蚀性造成,因此,必须有针对性地做好防腐工作。一方面,在设计过程中考虑介质特性选用合理的材质,在流体进出口设置过滤装置、缓冲结构,还可以在流体中加入腐蚀剂,采取渗锌加涂层联合防腐的方法,可以有效预防失效的发生。另一方面,增加涂料保护,涂料具有一定的弹性,能对周期性的振动起到阻止作用,降低微振腐蚀造成连接处断裂现象的发生。此外,还可以延长换热器的使用寿命,提高设备抗腐蚀风险的概率。碳钢渗锌防腐也可以作为防腐手段的选择之一
  (4)日常维护工作
  对换热器加强日常维护工作,是防治失效工作的重中之重。由于换热器容易累积颗粒物、悬浮物等形成污垢层,这些污垢层不利于换热器的畅通,还会降低传热热阻。因此,应该安排专门的人员负责换热器日常维护工作,定期与检查设备流量、压力与温度等操作记录分析定结垢的情况,对出现失效的问题要进行彻底调查,分析原因,整理得出检修方案,检修后并时刻跟踪检修的结果。对由于操作不当造成失效的情况,要及时开展换热器操作培训,杜绝违规操作与不当操作的现象发生。
  四、结论
  总而言之,固定管板式换热器失效的原因是多方面造成的,主要是因为材质选择不好、工作情况与介质的特性、防腐工作不到位、焊接工艺不够先进等。因此,面对换热器失效的问题,应该从设计、制造加工、安装维修与操作等方面综合考虑问题的根源,才能真正起到检修的作用。只有合理选用材质、提升工艺技术、做好防止腐蚀工作、加强日常维护管理工作等,才能延长换热器的使用寿命,避免出现失效现象,确保换热器能安全可靠高效的运行。
  参考文献
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  [3]杨星辰,张雅琴,段成红.基于ASME Ⅷ-1的大直径固定管板式换热器管板的简化分析[J].压力容器,2016(4).

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