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列管式换热器是石化行业广泛使用的热交换设备,其质量的好坏直接影响到石油化工企业的安全和经济效益。目前,由于各种原因产生的换热器泄漏,造成了物料的浪费和环境的污染,影响着生产装置的正常运行和工厂的经济效益,已成为生产中不可忽视的问题。了解换热器可能产生泄漏的部位和产生泄漏的普遍原因,并从设计、制造、使用三个环节着手加以控制,就能大大降低换热器的泄漏率。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。
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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,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。
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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。导致换热器发生泄漏的原因可能在设计、制造和使用三个环节中的某个环节,也可能是二个或三个环节共同作用的结果。
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