在各種換熱器中,鋼制管殼式換熱器以其結(jié)構(gòu)堅固、可靠性高、適應(yīng)性強等優(yōu)點在換熱器的生產(chǎn)和使用中一直占主導地位。但由于其結(jié)構(gòu)的復雜性和使用條件的多樣性,換熱器常出現(xiàn)多種形式的失效。可拆式板式換熱器廠家介紹怎樣解決管殼式換熱器失效的問題？

　　一、管子與管板的連接失效

　　根據(jù)換熱器使用條件的不同,管子與管板的連接接頭形式可分為脹接、焊接和脹焊并用三種。接頭形式不同,失效形式也有差異。

　　脹接

　　1.機械脹接

　　這種連接易使換熱管產(chǎn)生過脹或欠脹,換熱管內(nèi)壁易產(chǎn)生加工硬化,換熱管與管板的連接處在其整個連接的長度上應(yīng)力分布不均勻。在溫差變化和應(yīng)力的作用下,只要有微小的加工缺陷,如管孔縱向劃痕,腐蝕介質(zhì)的微量侵入就會使換熱管與管板的連接失效。若發(fā)現(xiàn)不及時,殼程冷卻水滲入管程后,會引起大片管子與管板的連接失效,此時修復就比較困難。

　　2.液壓脹接

　　液壓脹接時管子不易產(chǎn)生過脹,脹接部位不產(chǎn)生竄動,管子與管板連接處在整個長度上的應(yīng)力分布是均勻的。根據(jù)液壓脹接原理及GB151-1999規(guī)定,為保證脹接時管板與管束連接的可靠性,脹接時管板應(yīng)開槽,槽間距和槽寬為8～9mm。這樣,就使得管子與管板之間的脹接面積相對減少,管板的厚度必須加大才能保證連接可靠。而且,液壓脹接對管孔及開槽的精度要求特別嚴格。由于管板孔加工是大批量生產(chǎn),必須保證100%無缺陷才行。失效后若采用脹管修復,由于腐蝕凹坑的存在,易再次失效。

　　焊接接頭

　　開槽,槽間距和槽寬為8～9mm。這樣,就使得管子與管板之間的脹接面積相對減少,管板的厚度必須加大才能保證連接可靠。而且,液壓脹接對管孔及開槽的精度要求特別嚴格。由于管板孔加工是大批量生產(chǎn),必須保證100%無缺陷才行。失效后若采用脹管修復,由于腐蝕凹坑的存在,易再次失效。

　　這種連接方式實現(xiàn)了焊接和脹接的優(yōu)勢互補,具備抗反復熱沖擊及腐蝕、提高接頭的抗疲勞性能和消除間隙腐蝕等優(yōu)點。但是,脹焊并用時操作要求高,一般用于操作條件比較苛刻的場合。目前對常規(guī)的換熱器通常采用貼脹 強度焊的模式;而重要的或使用條件苛刻的換熱器則要求采用強度脹 強度焊的模式。

　　二、管束失效

　　1.管束腐蝕和腐蝕失效

　　換熱器的失效大多數(shù)是由腐蝕引起的。較常見的腐蝕部位是管子,其受腐蝕的主要原因有:流體為腐蝕性介質(zhì);管內(nèi)壁有異物積累而發(fā)生局部腐蝕;污垢腐蝕;管內(nèi)物料流速過大而發(fā)生磨蝕,流速過小則異物易附著管壁,造成電位差而導致腐蝕等。解決措施:合理選材,選擇對介質(zhì)適應(yīng)的材料;定期清洗管束;在流體中加入緩蝕劑;選擇適當流速;在流體入口設(shè)置過濾裝置和緩沖結(jié)構(gòu)等。

　　2.傳熱能力下降

　　在換熱器運行過程中,若工作介質(zhì)(水)的硬度較高,或流體中含有顆粒物、懸浮物,冷卻水中有藻類、細菌、泥沙等,都會導致管束內(nèi)、外壁嚴重結(jié)垢。隨著污垢層的增厚,傳熱熱阻很快增大,嚴重時污垢將會使工作介質(zhì)的流道阻塞,從而導致?lián)Q熱能力迅速降低。解決措施:充分掌握易污部位、致污物質(zhì)及污垢程度等有關(guān)情況,進行定期檢查;當流體很容易結(jié)垢時,必須采用容易檢查、拆卸和清理的設(shè)備或結(jié)構(gòu)。

　　3.列管式換熱器

　　為了強化殼程傳熱和減小結(jié)垢,常采用提高殼程流體流速的方法。但殼程流體流速的提高往往導致管束的誘導振動,換熱器頻繁開停也會導致管束的誘導振動。列管式換熱器制造時,為了使管束安裝方便,隔板上的孔內(nèi)徑比列管外徑大,這就不可避免地產(chǎn)生管子與隔板孔邊緣反復碰撞的現(xiàn)象。當管子材料硬度低于隔板材料硬度時,這種碰撞的結(jié)果就使得管子被磨損甚至被割斷,較終使管束失效。

　　對于在線運行的換熱器,當出入口的條件穩(wěn)定時,由振動產(chǎn)生的管磨損速率也是一定的。振動磨損率隨管子與隔板孔之間間隙的增加而增加,間隙與磨損率隨時間增長而增大;同時,振動磨損量隨管子振動頻率及振幅的增加而增加,振動磨損量的增加使得管子管壁變薄,當壁厚無法滿足強度要求時,就會出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。解決措施:在管壁磨損到較小壁厚前,將隔板平移一定距離,一般為20～30mm,使得磨損在新的位置上重新開始。通常,對于換熱器的隔板如果條件允許,可以移位 3～4次,這樣就大大延長了管束的使用壽命。此外,在流體入口前設(shè)置緩沖板,減少脈沖;適當縮短折流板間距,增大管壁厚度和折流板厚度;折流板上的管孔與管子采用緊密配合,間隙不要過大;相鄰支撐板管孔有一定的偏心距等,都可有效消除流體誘導振動。

　　4.U形管式換熱器

　　對于奧氏體不銹鋼管束,由于換熱管冷彎時的塑性變形,在U形管彎管處外緣存在著較大的殘余拉應(yīng)力,同時U形管下直管段及彎管處存在著較大的因溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力,因此,U形管束在某些區(qū)域具備了產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的必要條件之一(構(gòu)件處于拉應(yīng)力狀態(tài))。

　　從管束的工作環(huán)境來看,一般水中的氯離子濃度小于0.1ppm,表面上看來并不具備產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的條件,但是考慮到水被不斷蒸發(fā),其氯離子濃度會不斷增加,這就存在了產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的可能性。經(jīng)驗告訴我們,奧氏體不銹鋼在含有2ppm的氯化物的水溶液中,在溫度小于200℃的條件下,即會發(fā)生應(yīng)力開裂。因此管束具備了產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的另一個必要條件。當材料處于拉應(yīng)力情況下,又與腐蝕介質(zhì)相接觸時,經(jīng)過一段時間后,材料內(nèi)部的微裂紋在拉應(yīng)力及腐蝕介質(zhì)的雙重作用下擴展,并發(fā)展到整個斷面,從而引起應(yīng)力腐蝕開裂。

　　對于因應(yīng)力腐蝕開裂引起的管束失效,有如下幾種預防及解決措施:通過熱處理消除和減少拉應(yīng)力;設(shè)計中選用低于臨界應(yīng)力腐蝕破裂強度的應(yīng)力值;改進設(shè)計結(jié)構(gòu),避免應(yīng)力集中;管束表面施加壓應(yīng)力;采用電化學保護、涂料或緩蝕劑等;采用對應(yīng)力腐蝕不敏感的材料,如0Cr18Ni12Mo2Ti。