管殼式換熱器、合成塔和廢熱鍋爐的管束是薄弱點(diǎn),更容易失靈。管束失靈的形式主要包括腐蝕開裂。傳熱水平快速降低、撞擊損壞、管子切開、管束泄漏等多種。比較常見的原因如下:
換熱器多使用碳鋼制作,冷卻水中溶解的氧所引起的氧極化腐蝕非常嚴(yán)重,管束壽命往往就那么幾個(gè)月或一二年,加上介質(zhì)又有很多都是有腐蝕性的,如小氮肥的碳化塔冷卻水箱,在高濃度碳化氨水的腐蝕和碳酸氫氨結(jié)晶腐蝕雙重作用下,碳鋼冷卻水箱有時(shí)候僅運(yùn)行二三個(gè)月就出現(xiàn)泄漏。
在換熱器操作過程中,管束里外壁都會(huì)積垢,而污垢層的熱阻要比金屬管材大很多,進(jìn)而導(dǎo)致?lián)Q熱水平快速降低,嚴(yán)重的話會(huì)使換熱介質(zhì)的流道阻塞。
為強(qiáng)化傳熱和減少污垢層,通常采用增大殼程流體流速的方法。而殼程流體流速增加,造成誘導(dǎo)振動(dòng)的概率也將會(huì)大大增加,進(jìn)而導(dǎo)致管束中管子的振動(dòng),最終致使管束損壞。比較常見的損壞形式有以下幾種:
1、撞擊損壞
當(dāng)管子的振幅夠大時(shí),將致使管子之間相互撞擊,處于管束外圍的管子還會(huì)和換熱器殼體內(nèi)壁發(fā)生碰撞。在撞擊中,管壁磨損變薄,最終發(fā)生開裂。
2、折流板處管子切開
折流板孔和管子之間有徑向間隙,當(dāng)管子發(fā)生橫向振動(dòng)的振幅較大時(shí),就會(huì)引發(fā)管壁與折流板孔的內(nèi)表面間造成反復(fù)撞擊。由于折流板厚度不太大,管壁多次、頻繁與其接觸,將承受很大的沖擊載荷,因此在不長(zhǎng)的時(shí)間里就可能發(fā)生管子被切開的局部性損壞。
3、管子與管板連接處損壞
該連接結(jié)構(gòu)可以看作固定端約束,管子振動(dòng)造成橫向撓曲時(shí);連接處的壓力較大,所以,它是比較容易造成管束失靈的區(qū)域之一。
4、材料缺陷的擴(kuò)展造成失靈
管子材料本身存在缺陷(包括腐蝕和磨蝕造成的缺陷),那么在振動(dòng)所引起的交變應(yīng)力作用下,處于主應(yīng)力方向中的缺陷裂紋會(huì)快速擴(kuò)展,從而造成管子失靈。
5、振動(dòng)交變應(yīng)力場(chǎng)中的拉應(yīng)力也會(huì)成為應(yīng)力腐蝕的壓力源
流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)引起管子損壞,易發(fā)生在撓度相對(duì)較大和殼程橫向流速較高的區(qū)域。此區(qū)域通常是U形彎頭、殼程進(jìn)出口接管區(qū)、管板區(qū)、折流板缺口區(qū)和承受壓縮應(yīng)力的管子。
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