管殼式換熱器被工業(yè)生產(chǎn)廣泛應(yīng)用，它可以單獨(dú)使用，也可以通過(guò)與各類(lèi)壓縮機(jī)配合使用來(lái)發(fā)揮作用。為滿足工藝工況的需要并實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)，保持良好的管殼式換熱器換熱效果是相當(dāng)有必要的。本文對(duì)管殼式換熱器換熱效果失效的原因進(jìn)行分析，并根據(jù)失效原因提出相應(yīng)的解決措施。

一、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)

管殼式換熱器主要包括管束、管板、外殼、封頭以及折流板等部件，通過(guò)脹接、焊接、以及脹焊接等方式可以將管束與管板牢牢固定在一起，而與管板連接的是外殼。封頭上裝有流體的出、入口，需要進(jìn)行熱質(zhì)交換時(shí)，一種流體可通過(guò)管程流進(jìn)換熱器的管內(nèi)流動(dòng)，而另外一種流體則通過(guò)殼接管流進(jìn)殼體與管束間隙內(nèi)流動(dòng)。管束的換熱面積為管束的表面積，流進(jìn)換熱器的兩種流體溫差可通過(guò)管壁實(shí)現(xiàn)換熱。

二、換熱器失效的原因

管殼式換熱器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且使用條件多樣，造成多種形式的換熱器失效，本文主要從以下兩個(gè)方面介紹換熱器失效的原因：

1.換熱管與管板連接失效

換熱管與管板之間的連接可以根據(jù)使用條件的不同分為脹接、焊接以及脹焊接，不同的連接方法可能導(dǎo)致不同形式的失效：（1）脹接。機(jī)械脹接可能會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱管過(guò)脹或欠脹，致使換熱管內(nèi)壁加工硬化，且與管板連接處的應(yīng)力分布與其整個(gè)連接不一致。若是遇到應(yīng)力作用或溫差變化的情況，細(xì)微的加工缺陷都可能使換熱管與管板之間的連接失去效用。并且，要不及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械脹接引起的連接失效，可能導(dǎo)致整個(gè)連接都失去效用。（2）焊接。焊接接頭附近出現(xiàn)組織塑性變形會(huì)形成極大的殘余應(yīng)力以及應(yīng)力集中，可致使管板與換熱器連接失效。（3）脹焊接。脹焊接集中了脹接與焊接的優(yōu)勢(shì)，但其操作要求較高，操作條件也較為嚴(yán)苛，稍有不當(dāng)就可能導(dǎo)致連接失效。

2.管束失效

結(jié)垢為管束失效埋下隱患，基礎(chǔ)油流動(dòng)引起管束振動(dòng)加速了管束的失效，而管束腐蝕及應(yīng)力腐蝕直接導(dǎo)致管束失去效用。進(jìn)入管束內(nèi)壁的烘烤廢氣中灰粉以及未燃盡顆粒沉積結(jié)垢，污垢熱阻使得換熱器傳熱能力下降，致使原料基礎(chǔ)油的出口溫度不能滿足預(yù)訂需要，為管束失效埋下隱患。油泵將基礎(chǔ)油打入換熱器時(shí)流速過(guò)大會(huì)導(dǎo)致殼程流體沖涮管束而產(chǎn)生漩渦脫離，以至于管束處壓力與速度分布發(fā)生波動(dòng)，直至波動(dòng)頻率在達(dá)到管束原有頻率時(shí)引起共振造成機(jī)械磨損，并使管束橫向撓曲，加速了管束失效。而腐蝕則是促使管束失效的直接原因，管束腐蝕主要有流體的腐蝕性、管內(nèi)壁結(jié)垢腐蝕以及管壁異物造成的電位差腐蝕等原因，而應(yīng)力腐蝕主要是因?yàn)閾Q熱管冷彎塑性變形時(shí)殘余的拉應(yīng)力與溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力以及管束工作環(huán)境為應(yīng)力腐蝕創(chuàng)造了條件，而管束材料在拉應(yīng)力狀況下與腐蝕介質(zhì)接觸而是材料內(nèi)部裂紋擴(kuò)展直至成整個(gè)斷面，直接導(dǎo)致了管束失效。

三、換熱器失效的解決措施

了解了換熱器失效的原因，就應(yīng)當(dāng)有針對(duì)性采取解決措施：

1.解決換熱器與管板連接失效措施

由于連接失效導(dǎo)致?lián)Q熱器換熱失效就應(yīng)當(dāng)注重?fù)Q熱器與管板之間的連接：（1）脹接。對(duì)于機(jī)械脹接導(dǎo)致的失效，可由液壓脹接來(lái)解決，通過(guò)液壓脹接連接的換熱管與管板之間的連接通常不會(huì)產(chǎn)生過(guò)脹等現(xiàn)象，脹接處也不易竄動(dòng)，其應(yīng)力分布與整個(gè)連接的應(yīng)力分布均勻一致。按照液壓脹接原理，脹接時(shí)管板應(yīng)開(kāi)槽，有效減少了管板與換熱管的脹接面積，并且為保證連接的可靠性應(yīng)加大管板厚度。（2）焊接。為防止焊接引起的換熱失效，焊接時(shí)應(yīng)將管端打磨平整，并徹底清除焊接處的異物，在焊接時(shí)，應(yīng)有效控制焊接過(guò)程以防燒穿及未焊透等現(xiàn)象的發(fā)生，并且為減小焊接處的間隙，可采取焊前預(yù)脹措施，同時(shí)為防止焊接變形或減小焊接時(shí)的殘余應(yīng)力，可按區(qū)域從焊接處中央呈放射形開(kāi)始焊接。（3）脹焊接。脹焊接結(jié)合脹接與焊接的優(yōu)勢(shì)，操作得當(dāng)?shù)脑?，可抗腐蝕及反復(fù)熱沖擊，并有效提高了接頭的抗疲勞性能，還可以消除間隙腐蝕。單純的使用脹接或是焊接方式是有一定條件限制的，而脹焊接則由于其高強(qiáng)度、高密封性、可有效減少機(jī)械磨損并可避免間隙腐蝕等優(yōu)勢(shì)而達(dá)到較為廣泛的應(yīng)用。但是脹焊接的操作條件嚴(yán)苛，操作要求高，為有效防止脹焊接引起的換熱失效，可以提高相關(guān)人員對(duì)脹焊接的操作水平。

2.解決管束失效措施

對(duì)于管束失效引起的換熱器換熱失效，應(yīng)從管束著手采取相應(yīng)措施。首先，可通過(guò)機(jī)械過(guò)濾法及時(shí)清理管束內(nèi)外壁沉積的異物以防結(jié)垢，同時(shí)定期對(duì)管束進(jìn)行檢查和清理。并且保持管束清潔平整也可以減少基礎(chǔ)油流動(dòng)引起的管束振動(dòng)，還可以通過(guò)選用合適的支撐板以及對(duì)換熱管板與支撐板之間間距的有效控制來(lái)降低換熱管下垂或振動(dòng)造成的管束疲勞損壞以及機(jī)械磨損。而對(duì)腐蝕采取的措施，可通過(guò)選用抗腐蝕介質(zhì)的管束材料、在流體介質(zhì)中參入緩蝕劑以及在流體出入口安裝過(guò)濾裝置或是緩沖結(jié)構(gòu)等來(lái)防止或降低管束腐蝕，而應(yīng)力腐蝕則可以通過(guò)選用對(duì)應(yīng)力腐蝕不反應(yīng)的材料、熱處理消減拉應(yīng)力、優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以較少應(yīng)力集中現(xiàn)象以及選取較臨界應(yīng)力腐蝕破裂強(qiáng)度低的應(yīng)力值等措施來(lái)解決。

四、結(jié)語(yǔ)

總述，管殼式換熱器換熱失效嚴(yán)重影響著生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定，分析其原因并采取相應(yīng)的解決措施是有效控制換熱器換熱失效的方法和途徑。

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作者簡(jiǎn)介：劉博，出生1986年8月12日，性別男，民族（漢族），籍貫：遼寧省大石橋市建一鎮(zhèn)。2008年畢業(yè)于 沈陽(yáng)化工大學(xué) 過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)供職單位全稱(chēng)及職稱(chēng)：南京藍(lán)星化工新材料有限公司。學(xué)位：工科學(xué)士學(xué)位，研究方向：化機(jī)。