常见问题

标题: 管壳式换热器管束失效的原因分析
发布时间 2019-03-29 13:38 浏览数
管壳式换热器管束失效的形式主要有腐蚀开裂、传热能力迅速下降、碰撞破坏、管子切开、管束泄漏等多种。常见的原因如下:
腐蚀:
换热器多用碳钢制造,冷却水中溶解的氧所致的氧极化腐蚀极为严重,管束寿命往往只有几个月或一二年,加之工作介质又有许多是有腐蚀性的,如小氮肥的碳化塔冷却水箱,在高浓度碳化氨水的腐蚀和碳酸氢氨结晶腐蚀双重作用下,碳钢冷却水箱有时仅使用二三个月就发生泄漏。

结垢:
在换热器操作中,管束内外壁都可能会结垢,而污垢层的热阻要比金属管材大得多,从而导致换热能力迅速下降,严重时将会使换热介质的流道阻塞。

流体流动诱导振动:

为强化传热和减少污垢层,通常采用增大壳程流体流速的方法。而壳程流体流速增加,产生诱导振动的可能性也将大大增加,从而导致管束中管子的振动,最终致使管束破坏。常见的破坏形式有以下几种:

1、碰撞破坏

当管子的振幅足够大时,将致使管子之间相互碰撞,位于管束外围的管子还可能和换热器壳体内壁发生碰撞。在碰撞中,管壁磨损变薄,最终发生开裂。

 

2、折流板处管子切开

折流板孔和管子之间有径向间隙,当管子发生横向振动的振幅较大时,就会引起管壁与折流板孔的内表面间产生反复碰撞。由于折流板厚度不大,管壁多次、频繁与其接触,将承受很大的冲击载荷,因而在不长的时间内就可能发生管子被切开的局部性破坏。

 

3、管子与管板连接处破坏

该连接结构可视为固定端约束,管子振动产生横向挠曲时;连接处的应力最大,因此,它是最容易产生管束失效的地区之一。

 

4、材料缺陷的扩展造成失效

管子材料本身存在缺陷(包括腐蚀和磨蚀产生的缺陷),那么在振动引起的交变应力作用下,位于主应力方向上的缺陷裂纹就会迅速扩展,最终导致管子失效。

 

5、振动交变应力场中的拉应力还会成为应力腐蚀的应力源

流动诱导振动引起管子破坏,易发生在挠度相对较大和壳程横向流速较高的区域。此区域通常是U形弯头、壳程进出口接管区、管板区、折流板缺口区和承受压缩应力的管子。


工程实践中可采取以下具体的抗振方法: 
a)制定合理的开停工程序,加强在线监测,严格控制运行条件, 在流体入口前设置缓冲板或导流筒,既可以避免流体直接冲击管束,降低流速,又可以减小流体脉冲;
b)降低壳程流体流速可以降低流体诱导振动的频率,是防止管束振动最直接的方法,但同时传热效率也会随之降低; 
c)适当减小折流板间距,增大管壁厚度和折流板厚度,折流板上的管孔与管子采用紧密配合,间隙不要过大,可以优化结构设计,增加管束固有频率,使流体诱导振动频率远离管子固有频率; 
d)改变管束支撑形式,采用新型纵向流管束支撑,如折流杆式、空心环式及整圆形异形孔折流板等,可有效消除流体诱导振动,也可减小壳程压力降。

Top