管壳式换热器管束失效形式预防措施及在线检验方法

颜焱

(福斯特惠勒(河北)工程设计有限公司， 河北 石家庄 050000)

管壳式换热器管束失效形式预防措施及在线检验方法

颜焱

(福斯特惠勒(河北)工程设计有限公司， 河北 石家庄 050000)

随着现代化建设步伐的不断加快，作为石油化工领域可重复使用的换热设备之一，管壳式换热器发挥重要作用，并得到了广泛的应用。但由于商品时代的快速增长，这种材料的特点影响，使换热器将因不同的材料选择，加工制造不合理，使用不当等诸多因素的影响，换热器效果现象并不少见。换热器的失效会给企业带来不可估量的经济损失，因此分析管壳式换热器的原因、形式及失效问题具有重要意义。本文介绍了管壳式换热器的常见故障模式，故障产生的原因及预防措施，并介绍了管壳式换热器的故障在线检测方法，为设计提供参考，制造和使用的管壳式换热器提供借鉴。

管壳式；换热器；管束失效；预防

1 管壳式换热器管束失效形式及预防措施

管壳式换热器的主要部件包括气缸、传热管、管、管板、挡板、头等，在不同的条件和介质环境中，可能会出现各种形式的故障。

(1)振动失效 壳程流体流速的提高及换热器经常开停会导致管束的诱导振动，最后管束失效。由于管束和挡板的支撑的大小和布置，流体引起的振动的程度各不相同，并且具体的失效模式是：①碰撞损坏。当管束的振幅足够大时，传热管相互碰撞，管束周围的传热管与壳体内壁发生碰撞，使壁面磨损变薄，最终开裂；②挡板处的传热管被切断。挡板孔与传热管之间有径向间隙。传热管的横向振动引起管外壁与挡板孔内表面的摩擦。如果挡板厚度小，加热器产生“锯切”效应，在短时间内传热管“切”局部故障；③疲劳失效。换热管本身材料有缺陷或因腐蚀而磨损缺陷，在交变应力引起的振动中，主应力方向在裂纹方向上会迅速膨胀，从而导致传热管的疲劳失效。

预防措施：①合理开停机。②优化结构设计，减少折流板间距，增加墙的厚度和隔板厚度；③管上的挡板和一个紧密配合的传热管，控制间隙。

(2)腐蚀磨损失效 腐蚀是壳管式换热器的主要失效形式。腐蚀的主要类型有：均匀腐蚀、点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、腐蚀、缝隙腐蚀、氢腐蚀、双金属腐蚀八种类型。常见的腐蚀部位是换热管、管板、换热器头和小直径接管。腐蚀和磨损失效的主要原因：①土壤腐蚀；②液的腐蚀性介质；在局部腐蚀发生③管壁积累的异物；④管流量过大和磨损；⑤管端缝隙腐蚀等。

预防措施：①工艺介质的酸和碱，在换热器的设计选型做了相应的考虑，所以一般只引起不均匀腐蚀，腐蚀失效的主要原因。②氧腐蚀。换热器大多由碳钢制成，溶解氧在冷却水中产生的氧极腐蚀极为严重。预防措施：冷却水尽可能的氧气；使用铬锰钢和其他钢的抗氧化腐蚀能力。③氢腐蚀。在高温高压氢环境中，金属中的碳与氢气发生反应生成甲烷气体。此外，在低温度和低压力下，溶解在铁晶格中的氢原子很容易聚集成氢分子。如果生成的气体位于金属深处，会引起氢裂解。注意事项：减少氢气浓度。④硫腐蚀。硫主要以硫化氢的形式，水中的硫化氢和10ppm或更高浓度，如果低于hb235金属材料的硬度，它可能产生硫化氢应力腐蚀，金属失效是氢或氢致开裂。预防措施：提高金属材料强度，降低硫化氢浓度。⑤应力腐蚀。应力腐蚀是指在拉应力和特定腐蚀环境共同作用下，金属材料以裂缝形式腐蚀的过程。应力腐蚀主要有三个条件：拉伸应力、特定介质环境、金属组织的特定成分。防止应力腐蚀的主要措施：消除拉应力，如装配应力可以通过热处理等方法消除；控制介质的浓度和温度；合理选择，如高纯度铁素体不锈钢和其他材料的传热管制造使用。

2 管壳式换热器故障在线检测方法

(1)结垢 换热器运行一段时间后，如果壁结垢严重，传热能力下降，传热介质出口温度不能满足设计工艺参数。通过定期检查流量和压力温度记录来确定结垢条件是可能的。

(2)腐蚀和磨损 传热介质、污垢、流体流速等都会使换热器壳与换热管、外表面的腐蚀磨损。外壳通常由超声波测厚仪或其他非破坏性的量具，测量从外部和估计产生腐蚀，变薄的外壳零件。对于非磁性换热管最有效的诊断方法是涡流检测的使用，可以测量换热器的壁厚减薄，而且还可以测量缺陷的厚度。

(3)泄漏 换热管中部由于腐蚀、诱导振动等原因发生破裂，管端由于腐蚀、高温蠕变、疲劳破坏等原因使换热管与管板的连接处泄漏，可通过低压流体出口取样分析其颜色、粘度、比重来检测管束的泄漏和破坏情况。如果低压介质为水或气体，则通常采取就地排液的方法加以直观判断。

(4)振动 传热管与泵、压缩机共振、旋转机所产生的直接脉动冲击、流体激振等，均可通过振动试验机或振动测量来确定振动。

3 结语

这些预防措施和处理方法，避免了换热器的有效性起着非常重要的作用，但由于该换热器内部操作的复杂性，使故障交错连接和一定的关系和影响有多种形式，产生了各种各样的实施措施无法在一个和谐的统一的方式进行。根据这种情况，我们应从各个方面考虑换热器的选择，对其加工、安装、使用、老化、维护等应采取及时有效的措施，确保换热器“安全稳定、高效运行”。

[1]赵石军，黄英，张越.国产首台超大型管壳式换热器设计[J].一重技术，2010,(05).

[2]展永亮，丛海.关于化工设备故障发生规律及预防策略研究[J].黑龙江科技信息，2011,(19).