管壳式换热器失效分析

管壳式换热器失效分析

刘建兵

阿克苏地区特种设备检验检测所阿克苏843000

摘要：管壳式换热器由于结构的复杂性和使用工况的多样性，常引发多种形式的失效。本文阐述了管壳式换热器常见的失效形式，分析了各种失效的原因，为管壳式换热器的检验提供有益借鉴。

关键词：管壳式换热器；失效分析；检验

1概述

管壳式换热器的主要零部件包括：筒体、封头、管束、管板、折流板、接管、法兰及膨胀节等，在不同的工况和介质环境下，可能会发生多种形式的失效。

2管壳式换热器典型的失效形式

腐蚀是管壳式换热器主要失效形式。就其原因，除了换热介质本身的酸碱性具有腐蚀性之外，工作介质中的氧、氮、氢、硫、氯等含量较高，以及壳体或管子存在拉应力，管子与管板之间存在缝隙等都会加速腐蚀，进而引起换热器失效。

2.1介质腐蚀

（1）氮化腐蚀

用于回收硝酸尾气热量的废热锅炉，由于尾气中含有氮气和氨气，在一定温度和压力下，氮与铁及其他很多合金元素可生成硬而脆的氮化物，使钢材氮化，致使其力学性能变差。

（2）氧腐蚀换热器多用碳钢制造，冷却水中溶解的氧所致的氧极化腐蚀非常严重，管束寿命短者几个月，长者也不过一两年。

（3）氢腐蚀在高温高压临氢环境下，金属中的碳（镶嵌于铁晶格中或与铁形成化合物）与氢发生化学反应，造成脱碳，生成的甲烷（CH4）气体体积增大而在金属表层形成鼓泡。另外，溶解在铁晶格中的氢原子在低温低压下易聚集形成氢分子，其体积比氢原子增大，也会在金属表层产生鼓泡，该过程为物理过程。如果生成的气体位于金属深层，就会造成氢致开裂。

（4）硫腐蚀硫主要以硫化氢的形式存在，干燥的硫化氢没有腐蚀性。硫化氢在有水分且浓度达到10ppm以上时，如果金属材料硬度低于250HB，，就可能产生硫化氢应力腐蚀，而析出氢气。因此，金属失效形式也是氢鼓泡或氢致开裂。

2.2应力腐蚀

应力腐蚀是金属材料在拉应力和特定的腐蚀环境共同作用下，以裂纹形式发生的腐蚀失效。产生应力腐蚀的条件主要有三个：1拉应力作用。2特定的介质环境；3特定成分组织的金属。应力腐蚀仅发生在特定腐蚀介质，合金的组合环境中。如奥氏体不锈钢的应力腐蚀在钢制管壳式换热器中是最常见的。其应力腐蚀的敏感元素是卤族元素，尤其是Cl-，其浓度应控制在25ppm以下。一般认为Cl-含量越高，就越易发生应力腐蚀；易发生应力腐蚀的温度范围一般是70℃~250℃，在50℃以下和300℃以上很少发生Cl-应力腐蚀。

2.3缝隙腐蚀

在换热器中，由于两构件接触面间存在很小的缝隙，壳程介质进入到缝隙死角之中，造成缝隙内外的介质产生浓度差，在电化学作用下而发生缝隙腐蚀。如管子与管板之间采用焊接的连接处，管子与折流板孔之间、法兰之间以及污垢的附着部位都会发生缝隙腐蚀。

3结语

由以上分析可见，管壳式换热器的失效与材料、结构、换热介质及工况等多种因素有关，有时是几种因素共同作用的结果。因此，在换热器检验过程中要综合考虑各种影响因素，有的放失，针对换热器易出现失效可能性的部位，重点检验，制定合理的检验方案，提高问题的检出率，及时消除安全隐患，有着很高的实际价值。

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