換熱器失效的原因及常見故障分析

換熱器失效的原因及常見故障分析摘要換熱器的種類很多，操作方法大同小異，它們的共同點是利用兩種物料間大量的接觸面積進行熱交換，以完成冷卻、冷凝、加熱和蒸發(fā)等化工過程。而換熱器的操作條件、換熱介質的性質、腐蝕速度和運行周期決定了換熱器操作維護的內(nèi)容?，F(xiàn)以廣泛使用的板式換熱器為例，討論其失效原因及常見故障。關鍵詞換熱器；失效原因；故障分析1換熱設備劣化和失效的主要形式及原因造成換熱設備劣化和失效的主要形式及原因有以下幾個方面：1.1腐蝕換熱設備管束受到的腐蝕取決于管束內(nèi)外側介質的化學組分、濃度、壓力、流速以及管束本身的材質性能。1）介質引起的均勻腐蝕。①硫及硫化物引起的均勻腐蝕。硫及硫化物導致金屬表面直接形成一層金屬疏化物。這種硫化物較厚而疏松對金屬表面不能起保護作用。因此，這種腐蝕是以一定的速率使管壁減薄。②鹽酸產(chǎn)生的均勻腐蝕。介質中所含的氯化物遇到水時，形成鹽水，加熱到150-200°C以上時生成鹽酸，有十分強烈的腐蝕作用，是一種“低溫腐蝕”，主要發(fā)生在有冷凝產(chǎn)生的部位。腐蝕的形態(tài)是均勻腐蝕，也可能隨冷凝液的流向產(chǎn)生溝狀腐蝕。③其他強腐蝕性介質，如尿素甲胺液、硫酸、醋酸等也會引起管束的均勻腐蝕。2）應力腐蝕開裂。化工裝置的換熱設備常出現(xiàn)的應力腐蝕主要有兩種：一種是奧氏體不銹鋼管，由氯離子引起的應力腐蝕；另一種是銅管在氨環(huán)境下的應力腐蝕。3）冷卻水引起的各種腐蝕。水冷卻器占了換熱設備中相當大的比例，在水冷卻器的水側，會產(chǎn)生各種形態(tài)的腐蝕。①磨蝕與沖蝕。冷卻水流速高，并帶有泥砂之類的固體顧粒，則在流速高，水沖擊嚴重的局部部位易發(fā)生這種腐蝕。②氣燭。當設計不合理，或實際的運行工況與設計工況不一致，引起水測局部管束的表面發(fā)生水的汽化時，容易在水測的管外壁發(fā)生氣蝕。③結垢引起的坑蝕。冷卻水流速過低，水質不好、水中含油污、泥垢、pH值過高，以及水中的菌藻等，都能使管束表面產(chǎn)生沉積物的堆積，并使沉積物覆蓋下的管子金屬的表面氧化膜因缺氧而破壞。④pH值過低，使管束產(chǎn)生電化學均勻腐蝕。在對冷卻器的水側進行化學清洗或正常運行時，若水質空置不好，使水側的PH值過低，易使碳鋼管束產(chǎn)生電化學均勻腐蝕。4）其他形式的腐蝕。換熱器中還可能出現(xiàn)其他形式的破壞，如管子與管板間的縫隙腐蝕，脫碳、堿脆、氫侵蝕、等等。1.2機械及熱應力損傷換熱設備會在使用中受到各種不同類型的機械損傷。1）管子與管板脹接處發(fā)生松動。當脹接的管端與管板間的溫差超過設計值時，會影響管子與管板的結合力。管子突然降溫時，會因為脹接處的管子外徑收縮而發(fā)生泄漏；管子溫度比管板溫度高得太多時，脹接處的管子會因此而發(fā)生塑性變形，當管子溫度降至正常時，已塑性變形的管子由于外徑已減少，同樣會在管子與管板的脹接處發(fā)生泄漏。2）管子與管板大的溫差引起焊縫開裂、脹接松脫兩端為固定式管板的換熱器，當管子與殼體的溫差大于設計值時，管殼之間的熱膨脹量的差太大，在管子與管板的連接處產(chǎn)生較大的附加應力，使焊縫開裂或脹接處松脫，結果在連接處發(fā)生泄漏。有時，從整體上看管程和殼程兩測介質的溫差符合設計要求，但由于個別管子結垢、堵死等原因，使個別、局部的管子與個體及周圍其他管子的溫差過大，同樣會使連接處出現(xiàn)開裂、松脫而失效。這種損傷形式，不僅對兩端固定管板的換熱器會發(fā)生．對浮頭式換熱器的管束也同樣會存在：溫差越大，管束越長，管束從殼體的剛性越大，這種損壞越易產(chǎn)生。3）化學清洗及機械清理引起的損傷。換熱器在停工期間進行的機械或人工清除垢層時，常常會使管束受到包括表面刮傷、壓、彎等損傷。過度的噴砂或化學清洗也會減簿管子的有效壁厚。4）扳動產(chǎn)生的疲勞損傷。與換熱器相連的轉動機械，如泵、壓縮機等設備的振動，介質的流動及介質壓力的脈動，都會引起管束的振動。過度的管束振動會使管子受到疲勞損傷，其結果是產(chǎn)生疲勞開裂或腐蝕疲勞開裂。這種因管束振動而產(chǎn)生的疲勞裂紋一般都是環(huán)向裂紋。環(huán)向裂紋一般出現(xiàn)在管子的中間。2原因分析及處理方法2.1外漏1）產(chǎn)生原因。①夾緊尺寸不到位、各處尺寸不均勻（各處尺寸偏差不應大于3mm）或夾緊螺栓松動。②部分密封墊脫離密封槽，密封墊主密封面有臟物，密封墊損壞或墊片老化。③板片發(fā)生變形，組裝錯位引起跑墊。④在板片密封槽部位或二道密封區(qū)域有裂紋。實例：北京、青海和新疆等地的多個熱力站均采用飽和蒸汽作為一次側熱源供暖，由于蒸汽溫度較高，在設備運行初期系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況下，橡膠密封墊在高溫下失效，引起蒸汽外漏。2）處理方法。①在無壓狀態(tài)，按制造廠提供的夾緊尺寸重新夾緊設備，尺寸應均勻一致，壓緊尺寸的偏差應不大于土0.2N（mm）（N為板片總數(shù)），兩壓緊板間的平行度應保持在2mm以內(nèi)。②在外漏部位上做好標記，然后換熱器解體逐一排查解決，重新裝配或更換墊片和板片。③將開換熱器解體，對板片變形部位進行修理或者更換板片。在沒有板片備件時可將變形部位板片暫時拆除后重新組裝使用。④重新組裝拆開的板片時，應清潔板面，防止污物粘附著于墊片密封面。2.2串液1）產(chǎn)生原因。①由于板材選擇不當導致板片腐蝕產(chǎn)生裂紋或穿孔。②操作條件不符合設計要求。③板片冷沖壓成型后的殘余應力和裝配中夾緊尺寸過小造成應力腐蝕。④板片泄漏槽處有輕微滲漏，造成介質中有害物質（如C1）濃縮腐蝕板片，形成串液。實例：某鋁業(yè)有限公司硫酸系統(tǒng)中1臺板片材料為254SMo的BR03板式換熱器，在運行5個月后出現(xiàn)冷卻水側碳鋼接管腐蝕泄漏，酸液泄漏到了冷卻水側。檢查發(fā)現(xiàn)板片酸液進口處和導流區(qū)域有嚴重的腐蝕及開裂現(xiàn)象。現(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)運行溫度、流量和濃度等工藝參數(shù)均超出設計條件，使用溫度遠超出材料的適用范圍。采用飽和蒸汽作為一次側熱源的板式換熱器在運行過程中容易發(fā)生板片腐蝕，導致產(chǎn)品串液。這是由于蒸汽溫度較高，設備運行中很容易造成橡膠密封墊在高溫下失效，引起蒸汽外漏并在二道密封區(qū)域急速冷凝。隨著外漏的不斷進行，冷凝殘液越聚越多，局部形成cl質量濃度較高區(qū)域，達到破壞板片表面鈍化層的腐蝕條件。同時，由于此區(qū)域板片冷沖壓形成的內(nèi)部應力較大，在表面鈍化層被破壞的情況下，內(nèi)部應力作用導致應力腐蝕的發(fā)生。幾種常用板片材料耐Cl腐蝕的能力2）處理方法。①