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造成热泵换热器泄漏的原因是什么?为什么热泵换热器会泄漏?

2019-12-18

换热器广泛应用于石油化工行业。蒸汽发生器、再沸器、锅炉给水预热器等都是典型的换热设备。在大多数换热器的运行过程中,管壳内流体之间存在一定的温差,多管换热器换热管之间也存在较大的温差。侧壁与换热管之间产生温差应力。当温差应力达到一定值时,金属会发生塑性变形和蠕变。如果换热器的工作温度周期性变化,或者工作条件是一个反复加压、升温、泄压、降温的过程,则热应力的反复变化会引起设备的热疲劳。调查发现,许多炼油厂蒸汽发生器已经泄漏,并因此而失效。

垂直于管束的介质垂直流动是流体诱发振动的主要来源。如果气体流入壳侧,将在垂直于流动方向和管轴线的方向上形成声学驻波。当驻波频率与卡曼涡的主频和湍流颤振频率一致时,也会激发驻波振动。在运行过程中,管束振动会使管板与管之间熔敷金属中的气孔等缺陷膨胀或膨胀。当这些缺陷发展到一定程度时,这些缺陷将被穿透或导致疲劳开裂。振动与换热器管的固有频率有关,固有频率与管束的结构和尺寸有关。因此,换热器本身的设计缺陷是引起管束振动的原因。本次调查分析了多台再沸器,壳程中高压蒸汽、管程液体在运行后不久全部泄漏,修复后3个月定期泄漏。起初考虑了温差应力,但在重新设计的再沸器上增加膨胀节后,情况并没有改善。扬子石化芳烃厂和上海石化芳烃厂类似装置的再沸器也采用管侧中高压蒸汽和壳侧液体,但多年来生产中未发生泄漏,说明中高压蒸汽压力高。换热器流量大,设计缺陷引起的振动是造成换热器泄漏的主要原因。

焊接质量是换热器制造的关键。换热管与管板焊接时,焊缝两侧形成热影响区。这是焊接接头的薄弱环节,容易产生残余变形和残余应力,即应力腐蚀的基本条件。在H2S、OH-等腐蚀性环境(Cl-、OH-等腐蚀性环境中为奥氏体不锈钢)中,会发生应力腐蚀开裂,导致传热管接头处泄漏。管与管板间隙内无流动液体,与间隙外液体形成浓差电池,造成间隙腐蚀,也造成换热管接头处泄漏。管与管板的焊接结构特点是单根圆形单程焊缝排列紧密,管板较厚。如果焊接工艺不当,容易造成焊缝根部夹渣、熔合不良、裂纹、气孔等焊接缺陷。在运行过程中,这些缺陷会在交变应力的作用下扩展,从而扩展泄漏通道,造成泄漏。这已成为热交换器故障的常见原因。

对于采用强度膨胀节的换热器,管板和换热管应有适当的硬度差。否则,管子回弹超过管板,导致膨胀节不紧。另外,当管子外径与管板管孔间隙较大时,管子必须有较大的变形量才能达到膨胀的目的。同时随着管子膨胀变形的增加,其硬度也随之增加,使换热管的硬度大于管板的硬度,从而使膨胀连接变得更加紧密。

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