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    U形管式换热器管束失效分析及防范

    香港赛马会928282_com www.jonqp.tw ?48?化工设备与管道第40卷

    1前言

    管壳式换热器以其结构坚固、可靠性高、适应性强、材料范围广等优点,广泛地应用在炼油、化工和石油化工等行业。U形管式换热器具有管束可以自由伸缩,不会因为管子与壳体间的壁温差而产生温差应力;同时管束可以抽出,抽出部分重量轻,结构简单,造价便宜等优点在工业中应用较为广泛。

    在U形管式换热器中,管束是最关键,同时也是容易损坏的部件之一。

    在直管式换热器中,壳体与管子之间不同的热膨胀量是结构上发生问题的一大主要根源。在U形管式换热器中,由于壳体与管子之间不同的热膨胀量而引起的热应力问题已消除,但是在U形管结构中却产生了由于管束二直管段不同热膨胀量导致的热应力问题。

    在大多数的实际应用情况中,U形管的设计要具备足够的挠性,才能在温度变化不很大的情况下使二直管段间温差不致产生高应力。对于某些U形管式换热器,U形管束会有较大的温度梯度,这样就会在U形管的弯管处引起较大的热应力,从而导致管束失效。下面介绍我们在实际工作中遇到的二例U形管式换热器管束失效的实例。设计者必须知道如何通过改变某些设计参数来降低U形管中的热应力,以预防管束失效。

    2失效实例

    (1)某化工厂双壳程全逆程结构U形管式换热器(E301)其结构尺寸见图1,工艺参数见表1。

    使用情况:该换热器投用两年后,少数管束发生少量泄漏。厂家采用管堵将泄漏U形管堵住继续运行不到一月,大量管束发生泄漏,设备彻底损坏,造成停工。经检查发现泄漏点均发生在U形管弯管下半部及与其相连的直管段附近区域。由于管束表面结垢严重,无法观察其泄漏点的破坏情况。

    图1E301结构尺寸简图

    表1工艺参数表(某化工厂)

    管程

    U形管式换热器管束失效分析及防范

    U形管式换热器管束失效分析及防范

    壳程

    介质导热油甲醇、去离子水(Cl-<0.1pp m)

    操作压力0.6M Pa 2.2M Pa

    入口温度305o C125o C

    出口温度300o C290o C

    管束材质0Cr18Ni10Ti

    换热管规格<25×2
    .5

    换热管规格<25×2.5

    (2)某石化厂双壳程U形管式换热器(E302)其

    结构尺寸见图2,工艺参数见表2。

    使用情况:装置开车时,该设备使用2天后管束

    便发生多处泄漏,导致开工受挫。设备制造厂更换了

    管束后,再次发生泄漏。厂家更换设备制造厂商重新U形管式换热器管束失效分析及防范

    周葆红李言浩王志亮蒋霞薛兆军

    (齐鲁石化公司研究院,淄博255400)(齐鲁石化公司机械厂,淄博255400)

    摘要通过对两例U形管式换热器换热管管束失效的分析,指出了在热应力作用下的应力腐蚀和不良材料在热应力下的脆断分别是其失效的原因,以此为依据得出合理的处理措施。通过对U形管热应力的分析,指出了如何通过改变设备尺寸结构减小U形管的热应力以及用来优化设计中的指导意义;从材料脆性缺陷的探讨中认识到制造中选用优质材料的重要性。

    关键词U形管式换热器失效应力腐蚀脆化热应力分析

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