高效换热器换热管失效分析.pdf

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1、364化工机械高效换热器换热管失效分析马十明‘书月超*目4【^}m**^}I&{＆■lAt#^#**；#^fmH￡gm#、*％q$、±“、x*＆*￡十x*《**等}自日e*日《7*^t∞i妻4目^＆女■H．日#”"^t＆±¨＆日*女7自＆∞H日*#一*■∞*^；#nf＆自**^＆》*÷∞#娄}TQ0515女t镕m日B2l■日02546094(20[I)03m364m3高螋管壳式换热器由于其结构特点．常发生多种形式的失效，主要表现为热应力或附加应力、工作介质的腐蚀性、换热管束的振动等因素造成换热器局部或档体失散。笔者所论述的失娥设备为E1501缩放管高效管壳式换热器，主要失效部位位于管板内

2、便l与换热管连接处，有20多条换热管发生泄漏，换热管外径为18mm，内径为】3mm．壁厚为25mm．换热管材料为奥氏悼不锈钢．设换热器崩于将温度为225℃．压力为06MPa的压缩空气冷却到40'U以下．其壳体直径为750ram，壁厚6mm．总传热面器}为6Sin‘。1理化检测与分析11宏观分析对失散试样进行客观观察．发现换热器恃板上的甘扎州有研姓的膺蚀癯迹。按热许断H表面有拽色辑“．大多数换热许的波纹段外表面有污垢覆盖．污垢样是泥土色泽．管内表面局部存在较J{的讦垢．选取古裂纹管样，f}}轴线削歼，观察到骨外存n贯穿性裂纹．蜘时也存靠求瓣穿裂纹，束嚣穿裂纹从换热管的山峰向外肇打腱宏观观察

3、显小换热管起袭干内崆呵并向外壁埘扩腱，12微啦分析作换热管断II附近用线切割切取试样进行电镜扫描脱察1，町看出裂纹沿换热竹内表而向外^哑延伸H古柯锨裂垃，姗幽l所示．断fj“鄢存在冰特辕状与解理特征其存的形兢，冰糖块状区域靠近换热管断El的内表面．如喇2所示。观察结果表明，裂纹起裂于管甓内袤耐．靠近内表面的裂纹具有典型的沿品应力腐蚀断裂特{【E。mⅢ，*I962≈6月，LⅢ#授r$#rHI“51054田2冰糖块状与解理彤挽共存彤眈3断l『袅面污垢的能噼分析对换热竹断口表面捌盖物R域进行能谱分析．能避琏域如塌3所月；．分析蚺果见^J从丧I中nr以再出断耐缸盖物t}一禽打t．1几索．i兑叫发

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6、仙川腐蚀痕渣州轱lL内蜓腓他仃A裂纹．挠热管外丧晰术圯裂纹aI幅蚀彤言兜，裂：j?豳}。。1”‘嘲曩l斯自微压材料能讲分析蛄幕％取换热瞥的管问垢样分别进行X射线符『舯许析和X射线荧光分析x射线衔射井析结果表明，垢样上蜚含CaCO、、SiO，、Y·IgP；0⋯Mg(OH)：、x自t荧光分析结*丧IW，垢样中caP、№岗千音量鞍高．M时也有cI离子．含骷为7x104．这娃奥氏体年锈锕盹～崩蚀的{盘感性彳卜质，j}体分析结粜见点2山表2-Ⅱ知．换热忤垢蟮巾古有删兀索．这址甍氏傩小锈铺懂力腐蚀的敏感性介质．袁2挟热管管同垢样x舯线黄克分析结果％14换热管材料的金棚升析分别埘换热

7、管不同酃伸的取样进=阡金_『组织分析‘．在抛光态F娃讲裂纹是由其内表面向外扩展．并掉在=趺裂纹(闭4)÷圈5显月；换热管母材金棚目【织为挛晶奥氏体．裂纹扩艘芏混品型试佯内表面冠示品间脚蚀形貌，}{内袅面腐蚀严重(嘲6)。随目【抽取部分换热符渡纹段井沿轴线剂歼．束发现明娃可见的宏观裂纹，埘取样进"盘相现察．田6换热骨泣纹段内曩i金相蛆22换热瞥的月I}接与应力分析21张接过程换热器巾换热管与管板的连接采川胀摧结构。胀接齄靠按热许的塑性变形和管板孔的弹性变形广：乍捌颦山采选到密封和紧附的目的”做热符承受某一定值的内压时其内表嘶首先外始屈暇．这时换热骨所能最受的内脏为弹性极限内脏P．．陆嚣内傩

8、P的不断增大(P’n)．换热竹内在州的飘性K范围也小断扩^．整十按热盱内．虾矗面先后达到屈服阶段．这时的内脏为换热符的糍性极限内fIip：。按搏管^J{别悱饭限内H：P：的作川下，内雎小变m】变形町以继续增大内JEp366l化工机械2011年将通过其外表面同时作用在管板孔上，换热管外径与管板孔之间将产生一定的接触压力P，，随着P增加P，也相应增加，达到某一数值时，管板孔的内表面由弹性状态开始进入屈服状态，此时管板孔的接触压力称为弹性极限接触压力P。，管板孔由于接触压力增大而全部进入塑性状态时的极限接触压力，称为极限塑性接触压力P，，管板孔在内压P。

9、板孑L失稳产生塑性变形，发生塑性流动。内压P卸除后，换热管与管板孔之间由于弹性变形产生残余接触压力P。，P。就是换热管和管板密封、紧固的预紧力。2．2应力分析由于换热管与管板采用胀接方式连接，因此换热管受到较高水平的残余应力。换热管中的介质为高温压缩空气，温度需从225℃冷却到40％以下，考虑材料的热胀冷缩性质，换热管高温端表现为拉应力，低温端表现为压应力，由于受管板的约束，在换热管和管板之间产生轴向上较大的内应力。换热管的残余应力