管壳式换热器换热管断裂失效讲解.ppt

加工过程中换热管存在损伤，焊接部位，在应力作用下裂纹扩展，最终换热管断裂。 换热管内表面或外表面被腐蚀，出现裂纹， * 流体外掠过换热管时，换热管背向流体一侧漩涡以一定频率周期性脱落，俗称卡门涡街，一定频率的漩涡脱落会诱导管子振动。 * * 右上图将安装于换热器中的换热管简化为类似简支梁的模型，施加一定频率的振动，计算换热管各个位置的应力 * 换热管进口处应力随时间变化表明，在振动影响下，换热管各个位置存在交变应力，其中在换热管与折流板接触位置，以及换热管与管板连接位置应力较大，换热管容易发生断裂，断口较为齐整。 * * * * * 表面钝化膜有缺失的位置，管子金属材料构成阳极，大面积的氧化膜构成阴极，这种大阴极和小阳极的组合产生电化学腐蚀，腐蚀裂纹不断扩大，结合应力的作用，换热管开裂或断裂。 * 换热管与管板连接位置，间隙内腐蚀性离子聚集，换热管腐蚀，焊接位置存在热应力以及应力集中，在特定工况下换热管断裂。 * * * 2015年5月17日 断裂位置 断裂原因 主要原因： 1.高温高压工况引起热应力或附加应力； 2.湍流诱导管束振动，产生交变应力； 3.换热管腐蚀。 振动引起的断裂 换热器频繁开停机，紊流、漩涡脱落等会诱导换热管振动，从而产生周期性的交变应力，使换热管发生疲劳断裂。 振动引起的断裂 流体诱导振动：漩涡脱落 振动引起的断裂 流体诱导振动：漩涡脱落 振动引起的断裂 流体诱导振动： 振动引起的断裂 交变应力引起断裂 振动引起的断裂 振动导致换热管发生碰撞，使管壁磨损变薄，管子最终开裂。 振动引起的断裂 换热管振动时与折流板管孔内表面摩擦，折流板厚度较小，对换热管产生“锯切”作用。 振动引起的断裂 防止管束振动的方法： 1.制定合理的开停工程序，加强在线监测，严格控制运行条件，在流体入口前设置缓冲板，减少脉冲； 2.优化结构设计，适当减小折流板间距，增大管壁厚度和折流板厚度； 3.折流板上的管孔与管子采用紧密配合，间隙不要过大； 4.改变支撑物形式,如折流板改为折流杆式，可有效消除流体诱导振动。 另外，降低壳程流体流速是防止管束振动最直接的方法，但同时传热效率也会随之降低。 管束腐蚀和磨蚀断裂 腐蚀原因： 1.污垢腐蚀； 2.流体为腐蚀性介质； 3.管内壁有异物积累而发生局部腐蚀； 4.管内流速过大而发生磨蚀，流速过小则异物易附着管壁，造成电位 差而导致腐蚀； 5.管端发生缝隙腐蚀等。 管束腐蚀和磨蚀断裂 腐蚀导致的断裂是腐蚀与应力共同作用的结果，换热管内\外表面腐蚀产生裂纹，在各种应力作用下最终换热管断裂，称为应力腐蚀。 管束腐蚀和磨蚀断裂 腐蚀位置存在于各种狭小的间隙中以及换热管表面有损伤的位置。 管束腐蚀和磨蚀断裂 预防腐蚀措施： 1.定期清洗管束； 2.合理选材； 3.在流体中加入缓蚀剂； 4.选择适当流速； 5.在流体入口设置过滤装置和缓冲结构等。 参考文献 [1]吴金星,董其伍,刘敏珊,等.管壳式换热器失效分析、预防及在线检测[J].压力容器,2001,18(6). [2]陈刚. 304不锈钢换热器管断裂分析[J].化工机械,2012,39(3). [3]李东胜,张斌.航煤循环冷却器U形换热管断裂分析及对策[J].化工机械,2013,40(1). [4]金聚慧. 不锈钢换热器管束断裂原因初探[J]. 石油化工腐蚀与防护, 2005, 22(3). [5]王军政. 基于弱流固耦合方法的换热器流体诱导振动失效分析[D]. 上海:华东理工大学, 2011. [6]龚嶷. 石化、火电工业用换热管的腐蚀失效分析及其性能评价[D]. 上海:复旦大学, 2012. [7]赖文星. 换热器管束动态特性分析及流体诱导振动研究[D]. 南京:南京工业大学, 2006 [8]熊从贵. 船用冷凝器换热管的失效分析[J]. 机电过程, 2014, 31(6). 谢谢 最常见的断裂部位是各种构件的连接处，如管子与管板接头部分、管子与折流板接触位置、管子中部碰撞、U形管弧形部分。 * 最常见的断裂部位是各种构件的连接处，如管子与管板接头部分、管子与折流板接触位置、管子中部碰撞、U形管弧形部分。 * 加工过程中换热管存在损伤，焊接部位，在应力作用下裂纹扩展，最终换热管断裂。 换热管内表面或外表面被腐蚀，出现裂纹， * 流体外掠过换热管时，换热管背向流体一侧漩涡以一定频率周期性脱落，俗称卡门涡街，一定频率的漩涡脱落会诱导管子振动。 * * 右上图将安装于换热器中的换热管简化为类似简支梁的模型，施加一定频率的振动，计算换热管各个位置的应力 * 换热管进口处应力随时间变化表明，在振动影响下，换热管各个位置存在交变应力，其中在换热管与折流板接触位置，以及换热管与管板连接位置应力较大，换热管容易发生断裂，断口较为齐整。 * * * * *