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不锈钢高频焊翅片管制作加工 失效分析

  为了强化壳程传热和减小结垢,常采用提高壳程流体流速的方法。但壳程流体流速的提高往往导致管束的诱导振动,换热器频繁开停也会导致管束的诱导振动。列管式换热器制造时,为了使管束安装方便,隔板上的孔内径比列管外径大,这就不可避免地产生管子与隔板孔边缘反复碰撞的现象。当管子材料硬度低于隔板材料硬度时,这种碰撞的结果就使得管子被磨损甚至被割断,终使管束失效。

  对于在线运行的换热器,当出入口的条件稳定时,由振动产生的管磨损速率也是一定的。振动磨损率随管子与隔板孔之间间隙的增加而增加,间隙与磨损率随时间增长而增大;同时,振动磨损量随管子振动频率及振幅的增加而增加,振动磨损量的增加使得管子管壁变薄,当壁厚无法满足强度要求时,就会出现泄漏现象。解决措施:在管壁磨损到小壁厚前,将隔板平移一定距离,一般为20~30mm,使得磨损在新的位置上重新开始。通常,对于换热器的隔板如果条件允许,可以移位3~4次,这样就大大延长了管束的使用寿命。此外,在流体入口前设置缓冲板,减少脉冲;适当缩短折流板间距,增大管壁厚度和折流板厚度;折流板上的管孔与管子采用紧密配合,间隙不要过大;相邻支撑板管孔有一定的偏心距等,都可有效消除流体诱导振动。

  对于奥氏体不锈钢管束,由于换热管冷弯时的塑性变形,在U形管弯管处外缘存在着较大的残余拉应力,同时U形管下直管段及弯管处存在着较大的因温差产生的拉应力,因此,U形管束在某些区域具备了产生应力腐蚀的必要条件之一(构件处于拉应力状态)。

  从管束的工作环境来看,一般水中的氯离子浓度小于0.1ppm,表面上看来并不具备产生应力腐蚀的条件,但是考虑到水被不断蒸发,其氯离子浓度会不断增加,这就存在了产生应力腐蚀的可能性。经验告诉我们,奥氏体不锈钢在含有2ppm的氯化物的水溶液中,在温度小于200℃的条件下,即会发生应力开裂。因此管束具备了产生应力腐蚀的另一个必要条件。当材料处于拉应力情况下,又与腐蚀介质相接触时,经过一段时间后,材料内部的微裂纹在拉应力及腐蚀介质的双重作用下扩展,并发展到整个断面,从而引起应力腐蚀开裂。

  对于因应力腐蚀开裂引起的管束失效,有如下几种预防及解决措施:通过热处理消除和减少拉应力;设计中选用低于临界应力腐蚀破裂强度的应力值;改进设计结构,避免应力集中;管束表面施加压应力;采用电化学保护、涂料或缓蚀剂等;采用对应力腐蚀不敏感的材料,如0Cr18Ni12Mo2Ti。

  目前,虽然管壳式换热器的发展取得了巨大进步,但制约管壳式换热器安全长周期使用的关键问题仍有待于进一步研究。例如:(1)长周期运行时的腐蚀与防腐问题以及防腐材料的研究。(2)强化传热技术与传热元件的研究开发,减少结垢、易于清洗,以及进一步提高传热性能、流体力学性能和抗振性能的研究。(3)研究更为可靠的制造方法,以有效保证换热管与管板连接的质量。

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