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(diǎn)是利用兩種物料間大量的接觸面積進(jìn)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(zhì)的性質(zhì)、腐蝕速度和運(yùn)行周期決定了換熱器操作維護(hù)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(guān)鍵詞換熱器；失效原因；故障分析1換熱設(shè)備劣化和失效的主要形式及原因造成換熱設(shè)備劣化和失效的主要形式及原因有以下幾個(gè)方面：1.1腐蝕換熱設(shè)備管束受到的腐蝕取決于管束內(nèi)外側(cè)介質(zhì)的化學(xué)組分、濃度、壓力、流速以及管束本身的材質(zhì)性能。1）介質(zhì)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(dǎo)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(duì)金屬表面不能起保護(hù)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(zhì)中所含的氯化物遇到水時(shí)，形成鹽水，加熱到150-200°C以上時(shí)生成鹽酸，有十分強(qiáng)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(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，如尿素甲胺液、硫酸、醋酸等也會(huì)引起管束的均勻腐蝕。2）應(yīng)力腐蝕開裂?；ぱb置的換熱設(shè)備常出現(xiàn)的應(yīng)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(yīng)力腐蝕；另一種是銅管在氨環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕。3）冷卻水引起的各種腐蝕。水冷卻器占了換熱設(shè)備中相當(dāng)大的比例，在水冷卻器的水側(cè)，會(huì)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(yán)重的局部部位易發(fā)生這種腐蝕。②氣燭。當(dāng)設(shè)計(jì)不合理，或?qū)嶋H的運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)工況不一致，引起水測局部管束的表面發(fā)生水的汽化時(shí)，容易在水測的管外壁發(fā)生氣蝕。③結(jié)垢引起的坑蝕。冷卻水流速過低，水質(zhì)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(xué)均勻腐蝕。在對(duì)冷卻器的水側(cè)進(jìn)行化學(xué)清洗或正常運(yùn)行時(shí)，若水質(zhì)空置不好，使水側(cè)的PH值過低，易使碳鋼管束產(chǎn)生電化學(xué)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(jī)械及熱應(yīng)力損傷換熱設(shè)備會(huì)在使用中受到各種不同類型的機(jī)械損傷。1）管子與管板脹接處發(fā)生松動(dòng)。當(dāng)脹接的管端與管板間的溫差超過設(shè)計(jì)值時(shí)，會(huì)影響管子與管板的結(jié)合力。管子突然降溫時(shí)，會(huì)因?yàn)槊浗犹幍墓茏油鈴绞湛s而發(fā)生泄漏；管子溫度比管板溫度高得太多時(shí)，脹接處的管子會(huì)因此而發(fā)生塑性變形，當(dāng)管子溫度降至正常時(shí)，已塑性變形的管子由于外徑已減少，同樣會(huì)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(dāng)管子與殼體的溫差大于設(shè)計(jì)值時(shí)，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(yīng)力，使焊縫開裂或脹接處松脫，結(jié)果在連接處發(fā)生泄漏。有時(shí)，從整體上看管程和殼程兩測介質(zhì)的溫差符合設(shè)計(jì)要求，但由于個(gè)別管子結(jié)垢、堵死等原因，使個(gè)別、局部的管子與個(gè)體及周圍其他管子的溫差過大，同樣會(huì)使連接處出現(xiàn)開裂、松脫而失效。這種損傷形式，不僅對(duì)兩端固定管板的換熱器會(huì)發(fā)生．對(duì)浮頭式換熱器的管束也同樣會(huì)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(xué)清洗及機(jī)械清理引起的損傷。換熱器在停工期間進(jìn)行的機(jī)械或人工清除垢層時(shí)，常常會(huì)使管束受到包括表面刮傷、壓、彎等損傷。過度的噴砂或化學(xué)清洗也會(huì)減簿管子的有效壁厚。4）扳動(dòng)產(chǎn)生的疲勞損傷。與換熱器相連的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，如泵、壓縮機(jī)等設(shè)備的振動(dòng)，介質(zhì)的流動(dòng)及介質(zhì)壓力的脈動(dòng)，都會(huì)引起管束的振動(dòng)。過度的管束振動(dòng)會(huì)使管子受到疲勞損傷，其結(jié)果是產(chǎn)生疲勞開裂或腐蝕疲勞開裂。這種因管束振動(dòng)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(yīng)大于3mm）或夾緊螺栓松動(dòng)。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(cuò)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(shí)例：北京、青海和新疆等地的多個(gè)熱力站均采用飽和蒸汽作為一次側(cè)熱源供暖，由于蒸汽溫度較高，在設(shè)備運(yùn)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(shè)備，尺寸應(yīng)均勻一致，壓緊尺寸的偏差應(yīng)不大于土0.2N（mm）（N為板片總數(shù)），兩壓緊板間的平行度應(yīng)保持在2mm以內(nèi)。②在外漏部位上做好標(biāo)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(duì)板片變形部位進(jìn)行修理或者更換板片。在沒有板片備件時(shí)可將變形部位板片暫時(shí)拆除后重新組裝使用。④重新組裝拆開的板片時(shí)，應(yīng)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(dāng)導(dǎo)致板片腐蝕產(chǎn)生裂紋或穿孔。②操作條件不符合設(shè)計(jì)要求。③板片冷沖壓成型后的殘余應(yīng)力和裝配中夾緊尺寸過小造成應(yīng)力腐蝕。④板片泄漏槽處有輕微滲漏，造成介質(zhì)中有害物質(zhì)（如C1）濃縮腐蝕板片，形成串液。實(shí)例：某鋁業(yè)有限公司硫酸系統(tǒng)中1臺(tái)板片材料為254SMo的BR03板式換熱器，在運(yùn)行5個(gè)月后出現(xiàn)冷卻水側(cè)碳鋼接管腐蝕泄漏，酸液泄漏到了冷卻水側(cè)。檢查發(fā)現(xiàn)板片酸液進(jìn)口處和導(dǎo)流區(qū)域有嚴(yán)重的腐蝕及開裂現(xiàn)象。現(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)運(yùn)行溫度、流量和濃度等工藝參數(shù)均超出設(shè)計(jì)條件，使用溫度遠(yuǎn)超出材料的適用范圍。采用飽和蒸汽作為一次側(cè)熱源的板式換熱器在運(yùn)行過程中容易發(fā)生板片腐蝕，導(dǎo)致產(chǎn)品串液。這是由于蒸汽溫度較高，設(shè)備運(yùn)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(jìn)行，冷凝殘液越聚越多，局部形成cl質(zhì)量濃度較高區(qū)域，達(dá)到破壞板片表面鈍化層的腐蝕條件。同時(shí)，由于此區(qū)域板片冷沖壓形成的內(nèi)部應(yīng)力較大，在表面鈍化層被破壞的情況下，內(nèi)部應(yīng)力作用導(dǎo)致應(yīng)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