探討管殼式換熱器換熱失效的原因及應(yīng)對措施

管殼式換熱器被工業(yè)生產(chǎn)廣泛應(yīng)用，它可以單獨(dú)使用，也可以通過與各類壓縮機(jī)配合使用來發(fā)揮作用。為滿足工藝工況的需要并實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)，保持良好的管殼式換熱器換熱效果是相當(dāng)有必要的。本文對管殼式換熱器換熱效果失效的原因進(jìn)行分析，并根據(jù)失效原因提出相應(yīng)的解決措施。

一、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)

管殼式換熱器主要包括管束、管板、外殼、封頭以及折流板等部件，通過脹接、焊接、以及脹焊接等方式可以將管束與管板牢牢固定在一起，而與管板連接的是外殼。封頭上裝有流體的出、入口，需要進(jìn)行熱質(zhì)交換時(shí)，一種流體可通過管程流進(jìn)換熱器的管內(nèi)流動，而另外一種流體則通過殼接管流進(jìn)殼體與管束間隙內(nèi)流動。管束的換熱面積為管束的表面積，流進(jìn)換熱器的兩種流體溫差可通過管壁實(shí)現(xiàn)換熱。

二、換熱器失效的原因

管殼式換熱器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且使用條件多樣，造成多種形式的換熱器失效，本文主要從以下兩個(gè)方面介紹換熱器失效的原因：

1.換熱管與管板連接失效

換熱管與管板之間的連接可以根據(jù)使用條件的不同分為脹接、焊接以及脹焊接，不同的連接方法可能導(dǎo)致不同形式的失效：（1）脹接。機(jī)械脹接可能會導(dǎo)致?lián)Q熱管過脹或欠脹，致使換熱管內(nèi)壁加工硬化，且與管板連接處的應(yīng)力分布與其整個(gè)連接不一致。若是遇到應(yīng)力作用或溫差變化的情況，細(xì)微的加工缺陷都可能使換熱管與管板之間的連接失去效用。并且，要不及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械脹接引起的連接失效，可能導(dǎo)致整個(gè)連接都失去效用。（2）焊接。焊接接頭附近出現(xiàn)組織塑性變形會形成極大的殘余應(yīng)力以及應(yīng)力集中，可致使管板與換熱器連接失效。（3）脹焊接。脹焊接集中了脹接與焊接的優(yōu)勢，但其操作要求較高，操作條件也較為嚴(yán)苛，稍有不當(dāng)就可能導(dǎo)致連接失效。

2.管束失效

結(jié)垢為管束失效埋下隱患，基礎(chǔ)油流動引起管束振動加速了管束的失效，而管束腐蝕及應(yīng)力腐蝕直接導(dǎo)致管束失去效用。進(jìn)入管束內(nèi)壁的烘烤廢氣中灰粉以及未燃盡顆粒沉積結(jié)垢，污垢熱阻使得換熱器傳熱能力下降，致使原料基礎(chǔ)油的出口溫度不能滿足預(yù)訂需要，為管束失效埋下隱患。油泵將基礎(chǔ)油打入換熱器時(shí)流速過大會導(dǎo)致殼程流體沖涮管束而產(chǎn)生漩渦脫離，以至于管束處壓力與速度分布發(fā)生波動，直至波動頻率在達(dá)到管束原有頻率時(shí)引起共振造成機(jī)械磨損，并使管束橫向撓曲，加速了管束失效。而腐蝕則是促使管束失效的直接原因，管束腐蝕主要有流體的腐蝕性、管內(nèi)壁結(jié)垢腐蝕以及管壁異物造成的電位差腐蝕等原因，而應(yīng)力腐蝕主要是因?yàn)閾Q熱管冷彎塑性變形時(shí)殘余的拉應(yīng)力與溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力以及管束工作環(huán)境為應(yīng)力腐蝕創(chuàng)造了條件，而管束材料在拉應(yīng)力狀況下與腐蝕介質(zhì)接觸而是材料內(nèi)部裂紋擴(kuò)展直至成整個(gè)斷面，直接導(dǎo)致了管束失效。

三、換熱器失效的解決措施

了解了換熱器失效的原因，就應(yīng)當(dāng)有針對性采取解決措施：

1.解決換熱器與管板連接失效措施

由于連接失效導(dǎo)致?lián)Q熱器換熱失效就應(yīng)當(dāng)注重?fù)Q熱器與管板之間的連接：（1）脹接。對于機(jī)械脹接導(dǎo)致的失效，可由液壓脹接來解決，通過液壓脹接連接的換熱管與管板之間的連接通常不會產(chǎn)生過脹等現(xiàn)象，脹接處也不易竄動，其應(yīng)力分布與整個(gè)連接的應(yīng)力分布均勻一致。按照液壓脹接原理，脹接時(shí)管板應(yīng)開槽，有效減少了管板與換熱管的脹接面積，并且為保證連接的可靠性應(yīng)加大管板厚度。（2）焊接。為防止焊接引起的換熱失效，焊接時(shí)應(yīng)將管端打磨平整，并徹底清除焊接處的異物，在焊接時(shí)，應(yīng)有效控制焊接過程以防燒穿及未焊透等現(xiàn)象的發(fā)生，并且為減小焊接處的間隙，可采取焊前預(yù)脹措施，同時(shí)為防止焊接變形或減小焊接時(shí)的殘余應(yīng)力，可按區(qū)域從焊接處中央呈放射形開始焊接。（3）脹焊接。脹焊接結(jié)合脹接與焊接的優(yōu)勢，操作得當(dāng)?shù)脑挘煽垢g及反復(fù)熱沖擊，并有效提高了接頭的抗疲勞性能，還可以消除間隙腐蝕。單純的使用脹接或是焊接方式是有一定條件限制的，而脹焊接則由于其高強(qiáng)度、高密封性、可有效減少機(jī)械磨損并可避免間隙腐蝕等優(yōu)勢而達(dá)到較為廣泛的應(yīng)用。但是脹焊接的操作條件嚴(yán)苛，操作要求高，為有效防止脹焊接引起的換熱失效，可以提高相關(guān)人員對脹焊接的操作水平。

2.解決管束失效措施

對于管束失效引起的換熱器換熱失效，應(yīng)從管束著手采取相應(yīng)措施。首先，可通過機(jī)械過濾法及時(shí)清理管束內(nèi)外壁沉積的異物以防結(jié)垢，同時(shí)定期對管束進(jìn)行檢查和清理。并且保持管束清潔平整也可以減少基礎(chǔ)油流動引起的管束振動，還可以通過選用合適的支撐板以及對換熱管板與支撐板之間間距的有效控制來降低換熱管下垂或振動造成的管束疲勞損壞以及機(jī)械磨損。而對腐蝕采取的措施，可通過選用抗腐蝕介質(zhì)的管束材料、在流體介質(zhì)中參入緩蝕劑以及在流體出入口安裝過濾裝置或是緩沖結(jié)構(gòu)等來防止或降低管束腐蝕，而應(yīng)力腐蝕則可以通過選用對應(yīng)力腐蝕不反應(yīng)的材料、熱處理消減拉應(yīng)力、優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以較少應(yīng)力集中現(xiàn)象以及選取較臨界應(yīng)力腐蝕破裂強(qiáng)度低的應(yīng)力值等措施來解決。

四、結(jié)語

總述，管殼式換熱器換熱失效嚴(yán)重影響著生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定，分析其原因并采取相應(yīng)的解決措施是有效控制換熱器換熱失效的方法和途徑。

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作者簡介：劉博，出生1986年8月12日，性別男，民族（漢族），籍貫：遼寧省大石橋市建一鎮(zhèn)。2008年畢業(yè)于 沈陽化工大學(xué) 過程裝備與控制工程專業(yè)，現(xiàn)供職單位全稱及職稱：南京藍(lán)星化工新材料有限公司。學(xué)位：工科學(xué)士學(xué)位，研究方向：化機(jī)。