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热泵换热器泄漏的原因有哪些呢

创建时间:2019-08-23 13:31
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换热器在石化行业中应用非常广泛,蒸汽发生器、再沸器、锅炉给水预热器等都是典型的换热设备。大多数换热器在运行过程中,管壳程流体之间都存在着一定的温差,多管程的换热器各程换热管之间也存在着较大的温差,温差导致管板两侧和换热管之间产生温差应力。当温差应力达到一定数值时,金属便会产生塑性变形和蠕变。如果换热器的操作温度周期性地变化,或者操作工况为反复加压、升温和卸压、降温的过程,那么热应力反复变化会使设备产生热疲劳。调查发现,很多炼油厂的蒸汽发生器都是由于这种原因而泄漏失效的。
  介质垂直于管束横向流动是流体诱发振动的主要根源,如果流入壳程的是气体,在与流动方向及管子轴线都垂直的方向上将形成声学驻波。当声学驻波的频率与卡曼旋涡频率和紊流抖振主频率一致时,还会激发产生声学驻波振动。在操作过程中,管束振动将引起管板与管子之间的熔敷金属中存在的气孔和其他缺陷扩大或扩展,发展到一定程度时这些缺陷就会被击穿或导致疲劳开裂。振动与换热器管子的固有频率有关,而固有频率与管束的结构、尺寸有关,因此换热器本身的设计缺陷是导致管束振动的原因。本次调查分析的多台再沸器[2,3],其壳程走中、高压蒸汽,管程走液体,都是在运行不久后就产生泄漏,修复后又规律性地隔三个月就漏。起初考虑了温差应力,但重新设计制造的再沸器加了膨胀节后,情况仍未改善。而扬子石化芳烃厂和上海石化芳烃厂的同类装置中的再沸器也是采取管程走中、高压蒸汽,壳程走液体,但投产多年来没有出现过泄漏,这说明中、高压蒸汽压力高、流速大,设计方面的缺陷引起的诱导振动才是换热器泄漏的主要原因。
  焊接质量是换热器制造上的关键。换热器管子与管板焊接时[4],在焊缝两侧形成热影响区,这是焊接接头的薄弱部位,容易产生残余变形和残余应力,即容易形成应力腐蚀的基本条件。若遇到腐蚀环境的影响,例如在H2S、OH-等环境中(奥氏体不锈钢在Cl-、OH-等环境中),就会发生应力腐蚀开裂,造成换热管接头处泄漏。管子与管板之间的缝隙处存在不流动液体,与缝隙外液体形成浓差电池,引起缝隙腐蚀,也会造成换热管接头处泄漏。管子与管板焊接结构的特点是具有排列紧密的小圆形单道焊缝,管板较厚,如果焊接工艺不当,就易造成焊缝根部夹渣、熔合不良、裂纹、气孔等焊接缺陷。在运行过程中这些缺陷受到交变应力的影响便会扩展,使泄漏通道扩大,导致泄漏。这已成为换热器失效的普遍原因。
  采用强度胀接的换热器在胀接时,管板与换热管应有适当的硬度差,否则管子回弹大于管板,造成胀接不紧。另外,当管子外径与管板管孔之间的间隙较大时,要达到胀紧目的,管子就必须有较大的变形量。管子在胀接变形量增加的同时,其硬度也随之增加,从而使换热管的硬度更加大于管板硬度,导致胀接更加不紧]。
  换热器在运行过程中,由于生产工艺本身的特点或者由于工艺操作不规范导致介质压力不稳,温度骤变引起冲击热应力。这种操作压力和温度的瞬间波动将导致管板法兰密封面上垫片的压紧力发生变化,反复循环,致使法兰螺栓松动,密封失效。热冲击是以极大的速度和冲击形式施加的,造成比热疲劳更大的温度梯度,可以使材料失去延性,发生脆断。

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