探讨管壳式换热器换热失效的原因及应对措施
时间：2020-12-01 20:08:01 来源：达达文档网 本文已影响 人 
管壳式换热器被工业生产广泛应用，它可以单独使用，也可以通过与各类压缩机配合使用来发挥作用。为满足工艺工况的需要并实现连续稳定的生产，保持良好的管壳式换热器换热效果是相当有必要的。本文对管壳式换热器换热效果失效的原因进行分析，并根据失效原因提出相应的解决措施。
一、管壳式换热器结构
管壳式换热器主要包括管束、管板、外壳、封头以及折流板等部件，通过胀接、焊接、以及胀焊接等方式可以将管束与管板牢牢固定在一起，而与管板连接的是外壳。封头上装有流体的出、入口，需要进行热质交换时，一种流体可通过管程流进换热器的管内流动，而另外一种流体则通过壳接管流进壳体与管束间隙内流动。管束的换热面积为管束的表面积，流进换热器的两种流体温差可通过管壁实现换热。
二、换热器失效的原因
管壳式换热器结构较为复杂，且使用条件多样，造成多种形式的换热器失效，本文主要从以下两个方面介绍换热器失效的原因：
1.换热管与管板连接失效
换热管与管板之间的连接可以根据使用条件的不同分为胀接、焊接以及胀焊接，不同的连接方法可能导致不同形式的失效：（1）胀接。机械胀接可能会导致换热管过胀或欠胀，致使换热管内壁加工硬化，且与管板连接处的应力分布与其整个连接不一致。若是遇到应力作用或温差变化的情况，细微的加工缺陷都可能使换热管与管板之间的连接失去效用。并且，要不及时发现机械胀接引起的连接失效，可能导致整个连接都失去效用。（2）焊接。焊接接头附近出现组织塑性变形会形成极大的残余应力以及应力集中，可致使管板与换热器连接失效。（3）胀焊接。胀焊接集中了胀接与焊接的优势，但其操作要求较高，操作条件也较为严苛，稍有不当就可能导致连接失效。
2.管束失效
结垢为管束失效埋下隐患，基础油流动引起管束振动加速了管束的失效，而管束腐蚀及应力腐蚀直接导致管束失去效用。进入管束内壁的烘烤废气中灰粉以及未燃尽颗粒沉积结垢，污垢热阻使得换热器传热能力下降，致使原料基础油的出口温度不能满足预订需要，为管束失效埋下隐患。油泵将基础油打入换热器时流速过大会导致壳程流体冲涮管束而产生漩涡脱离，以至于管束处压力与速度分布发生波动，直至波动频率在达到管束原有频率时引起共振造成机械磨损，并使管束横向挠曲，加速了管束失效。而腐蚀则是促使管束失效的直接原因，管束腐蚀主要有流体的腐蚀性、管内壁结垢腐蚀以及管壁异物造成的电位差腐蚀等原因，而应力腐蚀主要是因为换热管冷弯塑性变形时残余的拉应力与温差产生的拉应力以及管束工作环境为应力腐蚀创造了条件，而管束材料在拉应力状况下与腐蚀介质接触而是材料内部裂纹扩展直至成整个断面，直接导致了管束失效。
三、换热器失效的解决措施
了解了换热器失效的原因，就应当有针对性采取解决措施：
1.解决换热器与管板连接失效措施
由于连接失效导致换热器换热失效就应当注重换热器与管板之间的连接：（1）胀接。对于机械胀接导致的失效，可由液压胀接来解决，通过液压胀接连接的换热管与管板之间的连接通常不会产生过胀等现象，胀接处也不易窜动，其应力分布与整个连接的应力分布均匀一致。按照液压胀接原理，胀接时管板应开槽，有效减少了管板与换热管的胀接面积，并且为保证连接的可靠性应加大管板厚度。（2）焊接。为防止焊接引起的换热失效，焊接时应将管端打磨平整，并彻底清除焊接处的异物，在焊接时，应有效控制焊接过程以防烧穿及未焊透等现象的发生，并且为减小焊接处的间隙，可采取焊前预胀措施，同时为防止焊接变形或减小焊接时的残余应力，可按区域从焊接处中央呈放射形开始焊接。（3）胀焊接。胀焊接结合胀接与焊接的优势，操作得当的话，可抗腐蚀及反复热冲击，并有效提高了接头的抗疲劳性能，还可以消除间隙腐蚀。单纯的使用胀接或是焊接方式是有一定条件限制的，而胀焊接则由于其高强度、高密封性、可有效减少机械磨损并可避免间隙腐蚀等优势而达到较为广泛的应用。但是胀焊接的操作条件严苛，操作要求高，为有效防止胀焊接引起的换热失效，可以提高相关人员对胀焊接的操作水平。
2.解决管束失效措施
对于管束失效引起的换热器换热失效，应从管束着手采取相应措施。首先，可通过机械过滤法及时清理管束内外壁沉积的异物以防结垢，同时定期对管束进行检查和清理。并且保持管束清洁平整也可以减少基础油流动引起的管束振动，还可以通过选用合适的支撑板以及对换热管板与支撑板之间间距的有效控制来降低换热管下垂或振动造成的管束疲劳损坏以及机械磨损。而对腐蚀采取的措施，可通过选用抗腐蚀介质的管束材料、在流体介质中参入缓蚀剂以及在流体出入口安装过滤装置或是缓冲结构等来防止或降低管束腐蚀，而应力腐蚀则可以通过选用对应力腐蚀不反应的材料、热处理消减拉应力、优化设计结构以较少应力集中现象以及选取较临界应力腐蚀破裂强度低的应力值等措施来解决。
四、结语
总述，管壳式换热器换热失效严重影响着生产的连续稳定，分析其原因并采取相应的解决措施是有效控制换热器换热失效的方法和途径。
参考文献
[1]孙琼华，李玲.管壳式换热器失效分析与预防[J].科技信息，2009（13）.
[2]金慧.管壳式换热器换热失效的原因及应对措施[J].辽宁化工，2011（12）.
[3]钮建忠.管壳式换热器管束失效问题的分析[J].商品与质量？学术观察，2011（5）.
[4]曹凤玲，杨林，郑秀芳，蔡红梅，刘守奎.管壳式换热器失效分析及解决措施[J].辽宁化工，2010（11）.
作者简介：刘博，出生1986年8月12日，性别男，民族（汉族），籍贯：辽宁省大石桥市建一镇。2008年毕业于 沈阳化工大学 过程装备与控制工程专业，现供职单位全称及职称：南京蓝星化工新材料有限公司。学位：工科学士学位，研究方向：化机。
