一、管子與管板的連接失效

　　根據冷卻器使用條件的不同,管子與管板的連接接頭形式可分為脹接、焊接和脹焊并用三種。接頭形式不同,失效形式也有差異。

　　脹接

　　1.機械脹接

　　這種連接易使換熱管產生過脹或欠脹,換熱管內壁易產生加工硬化,換熱管與管板的連接處在其整個連接的長度上應力分布不均勻。在溫差變化和應力的作用下,只要有微小的加工缺陷,如管孔縱向劃痕,腐蝕介質的微量侵入就會使換熱管與管板的連接失效。若發現不及時,殼程冷卻水滲入管程后,會引起大片管子與管板的連接失效,此時修復就比較困難。

　　2.液壓脹接

　　液壓脹接時管子不易產生過脹,脹接部位不產生竄動,管子與管板連接處在整個長度上的應力分布是均勻的。根據液壓脹接原理及GB151-1999規定,為保證脹接時管板與管束連接的可靠性,脹接時管板應開槽,槽間距和槽寬為8～9mm。這樣,就使得管子與管板之間的脹接面積相對減少,管板的厚度必須加大才能保證連接可靠。而且,液壓脹接對管孔及開槽的精度要求特別嚴格。由于管板孔加工是大批量生產,必須保證100%無缺陷才行。失效后若采用脹管修復,由于腐蝕凹坑的存在,易再次失效。

　　焊接接頭

　　開槽,槽間距和槽寬為8～9mm。這樣,就使得管子與管板之間的脹接面積相對減少,管板的厚度必須加大才能保證連接可靠。而且,液壓脹接對管孔及開槽的精度要求特別嚴格。由于管板孔加工是大批量生產,必須保證100%無缺陷才行。失效后若采用脹管修復,由于腐蝕凹坑的存在,易再次失效。

　　這種連接方式實現了焊接和脹接的優勢互補,具備抗反復熱沖擊及腐蝕、提高接頭的抗疲勞性能和消除間隙腐蝕等優點。但是,脹焊并用時操作要求高,一般用于操作條件比較苛刻的場合。目前對常規的冷卻器通常采用貼脹 強度焊的模式;而重要的或使用條件苛刻的冷卻器則要求采用強度脹 強度焊的模式。

　　二、管束失效

　　1.管束腐蝕和腐蝕失效

　　冷卻器的失效大多數是由腐蝕引起的。較常見的腐蝕部位是管子,其受腐蝕的主要原因有:流體為腐蝕性介質;管內壁有異物積累而發生局部腐蝕;污垢腐蝕;管內物料流速過大而發生磨蝕,流速過小則異物易附著管壁,造成電位差而導致腐蝕等。解決措施:合理選材,選擇對介質適應的材料;定期清洗管束;在流體中加入緩蝕劑;選擇適當流速;在流體入口設置過濾裝置和緩沖結構等。

　　2.傳熱能力下降

　　在冷卻器運行過程中,若工作介質(水)的硬度較高,或流體中含有顆粒物、懸浮物,冷卻水中有藻類、細菌、泥沙等,都會導致管束內、外壁嚴重結垢。隨著污垢層的增厚,傳熱熱阻很快增大,嚴重時污垢將會使工作介質的流道阻塞,從而導致換熱能力迅速降低。解決措施:充分掌握易污部位、致污物質及污垢程度等有關情況,進行定期檢查;當流體很容易結垢時,必須采用容易檢查、拆卸和清理的設備或結構。

　　3.列管式冷卻器

　　為了強化殼程傳熱和減小結垢,常采用提高殼程流體流速的方法。但殼程流體流速的提高往往導致管束的誘導振動,冷卻器頻繁開停也會導致管束的誘導振動。列管式冷卻器制造時,為了使管束安裝方便,隔板上的孔內徑比列管外徑大,這就不可避免地產生管子與隔板孔邊緣反復碰撞的現象。當管子材料硬度低于隔板材料硬度時,這種碰撞的結果就使得管子被磨損甚至被割斷,較終使管束失效。

　　對于在線運行的冷卻器,當出入口的條件穩定時,由振動產生的管磨損速率也是一定的。振動磨損率隨管子與隔板孔之間間隙的增加而增加,間隙與磨損率隨時間增長而增大;同時,振動磨損量隨管子振動頻率及振幅的增加而增加,振動磨損量的增加使得管子管壁變薄,當壁厚無法滿足強度要求時,就會出現泄漏現象。解決措施:在管壁磨損到較小壁厚前,將隔板平移一定距離,一般為20～30mm,使得磨損在新的位置上重新開始。通常,對于冷卻器的隔板如果條件允許,可以移位 3～4次,這樣就大大延長了管束的使用壽命。此外,在流體入口前設置緩沖板,減少脈沖;適當縮短折流板間距,增大管壁厚度和折流板厚度;折流板上的管孔與管子采用緊密配合,間隙不要過大;相鄰支撐板管孔有一定的偏心距等,都可有效消除流體誘導振動。

　　4.U形管式冷卻器

　　對于奧氏體不銹鋼管束,由于換熱管冷彎時的塑性變形,在U形管彎管處外緣存在著較大的殘余拉應力,同時U形管下直管段及彎管處存在著較大的因溫差產生的拉應力,因此,U形管束在某些區域具備了產生應力腐蝕的必要條件之一(構件處于拉應力狀態)。

　　從管束的工作環境來看,一般水中的氯離子濃度小于0.1ppm,表面上看來并不具備產生應力腐蝕的條件,但是考慮到水被不斷蒸發,其氯離子濃度會不斷增加,這就存在了產生應力腐蝕的可能性。經驗告訴我們,奧氏體不銹鋼在含有2ppm的氯化物的水溶液中,在溫度小于200℃的條件下,即會發生應力開裂。因此管束具備了產生應力腐蝕的另一個必要條件。當材料處于拉應力情況下,又與腐蝕介質相接觸時,經過一段時間后,材料內部的微裂紋在拉應力及腐蝕介質的雙重作用下擴展,并發展到整個斷面,從而引起應力腐蝕開裂。

　　對于因應力腐蝕開裂引起的管束失效,有如下幾種預防及解決措施:通過熱處理消除和減少拉應力;設計中選用低于臨界應力腐蝕破裂強度的應力值;改進設計結構,避免應力集中;管束表面施加壓應力;采用電化學保護、涂料或緩蝕劑等;采用對應力腐蝕不敏感的材料,如0Cr18Ni12Mo2Ti。
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