精密半岛(中国)换热器使用频率高的原因分析

在各类换热器的制作与运用中，管壳式换热器占据着中心的方位，原因在于其耐高温高压、传热系数高、装置便利、结构紧凑、出产成本低一级特色。一起，由于其结构的多样性以及使用要求的复杂性原因，然后引起换热器各种办法的失效情况。如：换热管与管板之间的衔接处简单呈现失效，筒体与管板之间的焊缝处也简单失效。换热管呈现振荡现象、热应力或是附加应力以及作业前言的腐蚀性等情况均会导致换热器部分或是整体性的失效结果。

一、换热管与管板之间的衔接

1.1机械滚胀法

机械滚胀法，一般会构成换热管呈现过胀或是欠胀的情况, 换热管的内壁简单呈现加工硬化现象。如下图1所示为胀接办法，首要使用在抗拉脱才能和密封性高的环境中，不可以在高温环境中作业。在呈现温差改变时，胀接方位的剩余应力会慢慢消失，下降了抗拉脱力和密封功能，然后构成换热管和管板之间衔接的失效。它的长处在于胀接的结构比较简单，有利于换热管的替换和修补，一般运用在规划压力不高于4.0 MPa以及规划温度不高于300 ℃的条件下。

图1  胀接办法示意图

1.2液压胀接

液压胀接法，使管板与换热管的衔接方位应力散布均匀，具有劳动强度低、出产效率高、密封性杰出等长处，可是关于管板的管孔以及开槽的精度要求特别高

1.3爆破胀管

爆破胀管，指的是使用爆破时发作的径向力，使得换热管胀紧，与此一起，使用爆破时发作的轴向力，将管内残渣甩出管外。胀接法适用于无剧烈振荡，无过大的温度动摇，无显着的应力腐蚀倾向的场合。

1.4焊接法

换热管与管板如选用焊接办法如下图2所示时, 换热管和管板焊缝衔接处发作剩余应力情况，然后构成应力腐蚀和腐蚀疲惫，换热管和管板的衔接处易发作失效走漏。因而在施焊时，需对管端加以打磨，铲除焊接范围的污染物。焊接法不适用于较大振荡、有缝隙腐蚀倾向的场合。

图2  焊接办法示意图

二、管壳式换热器失效与遭到损坏的成因剖析

腐蚀是管壳式换热器最常见的失效办法。腐蚀最常见的部位为换热管与管板衔接处，遭到腐蚀的成因如下：管壳程作业介质本身的酸碱性存在着腐蚀性，壳体或是换热管中的拉应力，换热管和管板之间存在着缝隙等情况。上述情况均会加快腐蚀的进展，然后构成换热器的失效。

2.1作业介质腐蚀

若作业介质内溶解必定含量的氧、氮、氢与硫等元素，一般会构成换热器的失效。挑选合理的前言决议着换热器的运用寿命，不同的腐蚀性介质要选用相对应的防止对策。如：运用收回硝酸尾气作为热量的废热锅炉，由于硝酸尾气中首要成份是氮化物， 当其处于必定的温度与压力环境中，氮和铁其他不少的合金元素会发僵硬且脆的氮化物，然后构成钢材呈现氮化的现象，终究下降力学功能趋弱。特别是高温气体的入口处，作业介质腐蚀会构成管板的外表、管板与换热管之间的衔接处以及管板外部的换热管端面由于氮化的原因而呈现走漏情况。海洋环境中运用的设备面临着愈加复杂的腐蚀情况，如：吸氧腐蚀、海生物腐蚀等。金属腐蚀还与海水的氧含量、温度、PH、溶液成份、海水的流速等要素有关。紫铜对海水流速腐蚀最灵敏，B10铜合金对加入海砂后的冲刷腐蚀也很灵敏。大部分铜合金在活动海水均存在临界流速。如：海水流速超过4.5米/秒,  B30铜合金腐蚀速度十分的快。铜合金在海水环境中还面临着脱成分腐蚀情况。

2.2应力腐蚀

应力腐蚀是最广泛最严峻的一种失效办法。其发作的基本条件有三点：（1）灵敏原料，发作应力腐蚀首要是合金，纯金属极少发作。（2）特定的介质，如酸碱盐溶液、海水、工业大气、水蒸汽等（3）满足的拉应力。管壳式换热器在热处理、焊接以及加工过程中呈现的剩余应力，设备在作业条件下接受外载荷而引起的作业应力，温差引起的热应力，设备、部件的装置和安装而引起的应力以及腐蚀产品体积效应而引起的应力等。因而，应及时地铲除应力腐蚀影响。

2.3 缝隙腐蚀

缝隙腐蚀是因金属与非金属之间或金属与金属之间存缝隙，使缝隙内介质处于滞流情况而引起缝内金属腐蚀加快的一种部分腐蚀形状。缝隙腐蚀的条件是应具有必定的缝隙，其宽度有必要能使介质进入缝内，一起又有必要窄到能使介质在缝内阻滞。一般发作缝隙腐蚀最灵敏的缝宽为0.025mm~0.1mm。如换热管与管板选用如上图2所示焊接时，管板和换热管之间存在着缝隙往往就会发作缝隙腐蚀。因而，应及时地改进制作工艺尽量防止缝隙的存在。

2.4腐蚀疲惫

腐蚀和循环载荷协同效果下往往会发作腐蚀疲惫，腐蚀环境中运行的设备要常常接受交变载荷，很少有实践构件只接受单向静态负载，腐蚀疲惫其风险程度比单纯的腐蚀或疲惫要严峻得多。因而，剖析腐蚀疲惫损害发作开展的原因和速度，进而评估设备的运用寿命或找到有用的腐蚀疲惫开裂的操控措施，进步设备运行的牢靠程度。

2.5点腐蚀

腐蚀呈现在金属外表很小区域并逐步深化到金属内部，而其他大部分外表不发作腐蚀或腐蚀很轻微的形状。发作点蚀的条件：（1）多发作在外表生成钝化膜的金属和合金上或外表有阴极性镀层的金属上。（2）往往有侵蚀性卤素离子与氧化剂共存。（3）对给定的金属—介质体系，存在一特定的临界电位，高于此电位时才发作点蚀。

三、管壳式换热器失效的操控办法

3.1结垢

管壳式换热器在操作必定时刻之后，若管壁的结垢十分地显着，那么传热才能就会弱化，换热介质的出口温度无法与开始规划的工艺参数要求相吻合，尘垢构成管内径日益变小，流速则递加；压力受损递加。此时，应选用定时性的流量检测、压力与温度等多种操作办法来界定结垢的情况。

3.2腐蚀与磨损

尘垢、换热介质、流体速度偏大以及电化学等一系列原因均会构成换热器壳体、换热管以及外部呈现腐蚀与磨损。壳体一般选用超声波测厚设备或是其他的非损坏性测厚设备，由外部检测与评估的办法界定可以发作腐蚀与减薄等壳体具体部位。换热管在呈现决裂之前的腐蚀与磨损情况选用涡流探伤法进行剖析，详细剖析换热管壁厚减薄量，一起也对换热管缺点的深度进行剖析，提早防止并操控换热器的失效。

3.3走漏

换热管由于腐蚀以及诱导振荡等原因会呈现决裂的现象，管端由于腐蚀以及高温蠕变等，再加上疲惫损坏等原因然后构成换热管和管板之间的衔接处呈现走漏。有用的操控办法：在流体出口处取样，剖析它的色泽、粘度以及比重等目标来测验管制的走漏与损坏的程度。

3.4振荡

换热管制会和泵、压缩机发作共振的情况，反转机械会发作直接脉动的冲击，流领会发作必定的振荡，经过选用振荡测验设备或振荡动静的办法来揣度振荡的情况。

3.5内孔焊技能

有些换热器是作业在高温与腐蚀性应力环境中的，换热管与管板如选用上图2办法焊接时，管板和换热管内部会存在着空隙，一起焊缝遇到高温外界腐蚀性流体载荷冲击影响，很简单呈现腐蚀开裂的情况，然后在很大程度上缩短了设备的运用寿命。为了下降高温腐蚀性流体对管板焊缝所带来的损害，有必要改进焊接工艺来加以操控，优化管板和管制之间的衔接办法。可以挑选对接焊缝构成对接接头或锁底接头内孔焊结构。对接焊缝构成对接接头内孔焊办法如下图3所示。内孔焊接头技能可以有用地下降换热管和管板接头处所存在的应力腐蚀和空隙腐蚀等情况。

图3   管板办法示意图

四、定论

经过上述剖析，管壳式换热器的失效、损坏与作业介质、资料、设备结构、设备操作、流体载荷等多种要素存在着内涵的关联性，也是上述要素的一起效果。因而，在规划管壳式换热器时应考虑资料的选用、管板的强度、换热管强度和稳定性、制作工艺、设备结构、设备操作和运用环境情况及作业介质性质等各类影响要素，到达有用操控管壳式换热器失效目的。 

文章来源：精密半岛(中国)www.cg-afg.com