换热管与管板连接失效的原因及处理

第4 期 一 3 3一 换热管与管板连接失效的原因及处理 邵俊甫 张 强 天津渤天化 工有限责任公司 天津 3 0 0 4 8 0 摘要 分析 了列管式换热器换热管与管板连接失效原因 针对失效原因 在结构设计上做了改进 制造中控制了几个关 键问题 该设备使用寿命明显延长 保障了正常生产 关键词 换热管 管板 失效 处理 在 乙炔法 生产 聚氯 乙烯 的工 艺中 转 化器是 生产聚氯 乙烯 的关键设备 转化器采用 列管式换 热器结构 由于应力作用及腐蚀等 问题 引起 转化 器换热管与管板 的连接失效 从而造成 非正常停 车捡修 严重影响正常生产 针对换热 管与管板 连接接头失效原 因进行分析后 在该 设备 结构设 计和制造方面提 出并实施 了相应 改进措施 取得 较好 效果 l 基本结构及 主要技 术参数 列 管 式 换 热 器 外 型 尺 寸 2 4 0 0 m m X 3 0 0 0 mm 材 质 O2 3 5 一 A 换 热 管 5 7 mm 3 5 mm 材质1 0 钢 冷却介质为9 O 1 0 0 软水 管程温度 1 3 0 C 物料介质为氯 乙烯 氯化汞 活 性碳 见图1 冷 却 水 入 口 气体入口J l I I l L i 1 K X X X X X 气 体 出口l 冷却水 出口 图1 列管式换热器示意图 2换热管与管扳连接接头泄漏原因 列管式换热器换热 管与管板的连接形式分 为 胀接 胀接分 为机 械胀接和液压胀接 焊接 胀接加焊接 这3 种连接方式的列管式换热器均发 生 过 泄漏 失效 2 1液压胀接接头 泄漏原 因分析 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 机械胀接要好 根据液压胀接 原理及GB1 5 1 1 9 9 9 管壳 式 换热 器 有 关条 款 槽 间距 和 槽 宽为 8 9 mm 这样 管子 与管板之 间的胀接面积相对 减少 管板 的厚度必然加大 而且 液压胀接 对 管子 的精度 开槽精度均要求特 别严格 由于管 板孔加工是批量生产 必须保证1 0 0 无缺 陷 失 效后再采用胀管修复 由于腐蚀 凹坑 的存在 易 发生再次失效 2 2机械胀接接头泄漏原因分析 采用推进式机械 胀管器 通过控制 电流 的大 小来控 制胀 管器滚锥 的转动 使换热 管胀接接 头 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 若润滑 不 良 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 腐蚀介质微量侵入等 都会使换热管与 管板连接 失效 如发现不及时 壳程冷却水渗入 管程后 会 引起大部分管子与管 板 的连接 因酸腐蚀而 失效 此时修复较为 困难 若采用胀管修复 管孔 的密封 面 己被腐蚀 很难 完全胀紧 开车后 加上 管板 平面上的腐蚀凹坑 作者简介 邵俊甫 1 9 5 9 一 男 天津人 大专学历 化工 机械专业 工程师 现在天津渤夭化工有限责任公司从事基建工 程施工技术质量管理工作 一 3 4 一 技术交流 石 油 与 化 工 设 备 2 0 1 1 年 第1 4 卷 中易积聚腐蚀介质 而再次腐蚀 引起连接失效 若采用焊接方法修复 易使附近其它换热管受热 变形松动 最终使换热管产生变形 2 3焊接接头泄漏失效原因分析 焊接 时 由于高温产生热影响区附近 组织出 现塑性变形 如焊接 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为氯乙烯 氯化氢及 乙炔等 特别是工艺上含水率偏 高时 C r 2 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 3结构设计上 的改进和制造 中的几个关键 问题 3 1 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 档 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 于湿变化 引起 腐蚀 换热管与管板 的连接采用强 度焊加贴胀的结构 见 图2 贴胀消除管子与管 板孔之 间的问隙 防止 间隙腐蚀 的产生 并增强 抗疲劳破坏的能力 采用液压胀管 的方法 增加 管板厚度 保证胀接长度 3 2制造 中的几个关键 问题 制造过程中应注意以下几点 1 严格控 制管孔 的加工精度 机械加 工 中必 须保 证划 线 正确 管 板应 采用 4 0 mm H 5 7 5 mm钻头钻孔和扩孔 再加上用 5 7 8 mm或 5 7 9 mm绞刀绞孔 以消除管孔 的纵向划痕 并 保证管孔尺寸精度一致 管孔焊接倒角2 4 5 钻孔时必须用 乳化液冷却 避免水冷却而引起管 板孔锈蚀 管桥宽度偏差必须符 台GB 1 5 1 1 9 9 9 管 壳式换热器 的规定 2 换热管外径偏差必须符合 国标 采用经 退火处理的换热管 材质2 0 钢 两端面必须磨管 除锈 去除氧化层 除锈长度大于7 0 mm 并及时 穿管组装 换热管长度一致 最好在车床上车削 两端并倒角 以确保换热管管扳两端整齐一致 3 折流扳与管板必须固定在一起加工 最 后拆开进行一次扩孔 倒角 以保证所有管孔同 心 并做好方位标记 避免穿管 困难 4 控制焊接工艺 防止大 电流焊接引起过 图2 强度焊加贴胀示意图 热 造成组织晶粒粗大及产生过大的残 余应力 不允许有气孔 裂纹及夹渣等缺陷存在 5 穿管前必须将管孔清理干净 穿管后要 再次将留在管板孔中的铁锈等物清理干净 6 贴胀采用液压胀接 的方法 保证管板管 孔与管子 的外表面在整个 长度上应力分布均匀 胀接采用 的液压压力要做 小样试验 根据试验 结 果选择一合适 的压力 再进行小批管子 的胀接 实测胀前胀后管子 内径 用 管子 内径增大率来计 算胀管率 最后 选择一合适的液压进行胀管 7 设备制造完毕后 进行水压试验 保压 时间应适 当延长 可消除部分应力 水压试验合 格后 进行气密性试验 8 设备 安装 前 对 两端 管板进行 涂层防 腐处理 建议选用耐 高温耐腐蚀的氟碳涂料 防 腐层一定要覆合紧密 不 能脱壳 如产生