列管换热器失效的原因及其改进措施.doc

列管换热器失效的原因及其改进措施摘要:本文针时换热器失效造成非计划停车的问题,从换热管与管板接头泄漏、隔板与列管接触处列管泄漏两方面,分析了泄漏原因,在设计、制造和运行方面提出了相应的改进措施。关键词:列管式换热器; 换热管;管板; 连接接头; 泄漏; 改进列管式换热器是乙炔法生产聚氯乙烯的关键设备。由于应力作用及腐蚀等问题而引起列管式换热器换热管与管板的连接失效,继而造成非正常停车检修,严重影响了正常生产。针对上述情况,笔者对换热管与管板连接接头失效原因进行了分析,在该设备结构设计和制造方面提出并实施了相应的改进措施。一、列管式换热器的基本结构及主要技术参数列管式换热器的外形尺寸为Φ 2400mmx3000mm 、换热管Φ ( 图 1) ,壳程有 3 块折流板,分上下两层冷却,冷却介质为 90 — 100 ℃软水; 管程温度 80 — 220 ℃,物料介质为乙炔、氯化氢和氯乙烯。二、换热管与管板的连接接头泄漏原因分析列管式换热器换热管与管板的连接形式主要有胀接和焊接两种,其中胀接又分为机械胀接和液压胀接。这三种连接形式的换热器在生产中均发生过泄漏失效。(一) 机械胀接接头泄漏原因分析推进式机械胀管主要是通过控制电流的大小来控制胀管器滚锥的转动, 最终使换热管产生变形而达到与管板连接的目的。这种胀管方法易使换热管产生过胀或欠胀,换热管内壁易产生加工硬化,如润滑不好,还会磨损起毛。换热管与管板的连接在整个长度上的应力分布不均匀。在温差变化和应力的作用下,只要加工过程中有微小的缺陷, 如管孔纵向划痕, 腐蚀介质的微量侵入就会使换热管与管板的连接失效, 如发现不及时, 壳程冷却水渗人管程后, 会引起大片管子与管板的连接失效, 此时修复也较为困难: 若采用胀管修复, 管孔的密封面已被腐蚀,很难完全胀紧,开车后,加上管板平面上的腐蚀凹坑中易积聚腐蚀介质而再次腐蚀引起连接失效; 若采用焊接方式修复,易使附近其他换热管受热变形而松动。(二) 液压胀接接头泄漏情况分析液压胀接时换热管不易产生过胀, 胀接部位不产生窜动, 换热管与管板连接处在整个长度上的应力分布是均匀的, 从理论上讲, 可靠性较机械胀接好。根据液压胀接原理及 GB151 一 1998 有关条款, 槽间距和槽宽为 8一 9mm 。这样, 就使得管子与管板之间的胀接面积相对减少, 管板的厚度必须加大。而且, 液压胀接对管孔的精度要求及开槽精度要求特别严格。由于管板孔加工是大批量生产, 必须保证 100% 的没有缺陷才行。失效后采用胀管修复后,由于腐蚀凹坑的存在,易再次失效。(三) 焊接接头泄漏失效的主要原因分析焊接时, 由于高温产生热影响区的附近组织出现塑性变形, 加上焊接时未完全按工艺要求施焊, 易形成较大的残余应力和应力集中,这是产生腐蚀的主要原因。本设备管程主要介质是氯乙烯、氯化氢及乙炔等,特别是工艺上含水率偏高时, CI- 、 H+ 等这种腐蚀环境, 发生应力腐蚀开裂造成换热管与管板连接接头处失效泄漏。另外焊接微气孔、裂纹、夹渣等缺陷,也是造成腐蚀失效的重要因素。三、结构设计上的改进和制造过程中的几个关键问题(一) 结构设计上的改进在壳程上层的冷却水出口处前增设溢流挡板, 保证冷却水充满整个空间, 消除壳程冷却水空隙形成的空气层,避免上管板与换热管连接处干湿变化引起腐蚀; 换热