管壳式换热器零部件失效形式及预防措施

　　【冷水机】一、管壳式换热器组成结构

管壳式换热器是一种传统的、应用广泛的换热设备。因为它结构坚固，可以用各种材料制作，适应性强。管壳式换热器广泛应用于各种行业。常用于设备油站的油冷却器和水泥生产企业的车用机油冷却器。长期以来，钢制管壳式换热器以其结构坚固、可靠性高、适应性强、选材广泛等优点，在换热器的生产和使用中一直占据主导地位。随着强化传热等技术的发展，管壳式换热器的制造技术和传热性能也在不断提高。然而，由于结构的复杂性和使用条件的多样性，换热器经常发生局部失效甚至整体报废。

管壳式换热器结构图



管壳式换热器工作原理


管壳式换热器工作原理
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管壳式换热器的主要部件包括:筒体、封头、管束、管板、挡板、喷嘴、法兰等。在不同的工作条件和介质环境下，可能会出现各种形式的故障。从结构分析来看，容易发生故障的部位是部件之间的接头，如管子与管板之间的接头。从应力角度来看，结构曲面上的不连续性，特别是应力的突变，往往由于附加应力的存在而导致失效，如筒体与管板之间的焊缝；根据使用条件分析，高温高压引起的热应力或附加应力、工作介质腐蚀性、频繁启停引起的换热管流体诱发振动等。，会全部导致气缸、换热管甚至整机的故障。

二。管壳式换热器的原因。

1.管束腐蚀磨损失效。

换热器的大多数故障是由腐蚀引起的。Z*常见的腐蚀部位是换热管，其次是管板、换热器封头和小直径喷嘴。

管束腐蚀和磨损失效的主要原因是:

(1)污垢腐蚀；

②流体具有腐蚀性；

③管道内壁异物堆积，发生局部腐蚀；

④管端发生缝隙腐蚀。

预防措施包括:

①定期清洗管束；

②合理选材；

③向流体中加入缓蚀剂；

(4)流体进口处设有过滤装置和缓冲结构；

2.传热能力下降。

换热器运行过程中，工作介质硬度较高，或流体中含有颗粒和悬浮固体，会导致管束内外壁结垢严重。随着污垢层的增厚，传热阻力迅速增加。在严重的情况下，污垢会堵塞工作介质的流动通道，导致传热能力迅速下降。

预防方法是:

(1)充分掌握易脏部位、致脏物质和污垢程度，并定期检查；

②流体易结垢时，必须采用易检查、易拆卸、易清洗的设备或结构；

3.管束泄漏。

在换热介质腐蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀或碰撞、磨损等条件下，管道会出现微观裂纹。如果存在高拉伸应力或交变应力，裂纹会迅速扩展并泄漏。此时，通常采用堵管的方法作为紧急修复措施。实际上，由于堵管后温差应力增大，自身本体的应力腐蚀加速，使得管道很快就会损坏更严重，甚至整个管束都会报废。防止管束泄漏的方法应从选材、防腐蚀、防损伤、降低拉应力、防振动等方面考虑。运行中如发现管束泄漏，应尽可能将管子拆除更换，而不是堵塞管子。

4.管束与管板连接失效。

根据换热器使用条件的不同，管束与管板的连接形式可分为焊接、膨胀节和膨胀节三种。不同的接头形式有不同的失效形式。对于焊接时采用常规方法焊接的产品，在检修时可改变焊接方法，以加强换热管与管板之间的焊接强度。

(1)将单面焊改为双面焊；

②将管板与管束前端之间的平焊结构改为管束延伸一定长度的角焊结构，通过制造专用工装将管束与管板由平位置改为垂直位置，热管与管板前侧之间的垂直焊接形式改为水平焊接形式，以满足角焊的焊接要求。

通过以上两种方法改进焊接工艺，可以获得良好的效果。失效壳体和管束的工作环境基本相同，因此壳体的失效形式和预防措施可以参考管束。

腐蚀是管壳式换热器的主要失效形式。除了换热介质本身的酸碱腐蚀性外，工作介质的腐蚀、壳体或管子的拉应力、管子与管板之间的间隙都会加速腐蚀，导致换热器失效。预防措施主要包括:缩小间隙，选用耐腐蚀材料，提高焊缝质量，定期清洗，向流体中加入缓蚀剂，控制系统温度波动，减少法兰连接。

三。管壳式换热器故障在线检测方法

1.结垢:换热器运行一段时间后，如果管壁结垢严重，传热能力下降，换热介质出口温度达不到设计工艺参数；使管子的内径变小；流量相应增加；压力损失增加。此时，可以通过查看流量、压力和温度的运行记录来判断结垢。

2.腐蚀和磨损:热交换介质和污垢会对热交换器的壳和管的内外表面造成腐蚀和磨损。外壳通常使用测厚仪来测量和估计外壳中会从外部引起腐蚀和变薄的部分。

3.泄漏:管道中部因腐蚀和诱发振动而开裂，管道与管板连接处因腐蚀和疲劳损伤而泄漏。管束的泄漏和损坏可以通过流体取样来检查。

从以上分析可以看出，管壳式换热器的失效与材料结构、传热介质、工况等多种因素有关，有时是几种因素共同作用的结果。因此，在换热器的选材、设计、制造、装配和使用过程中，应综合考虑各种影响因素，防患于未然。