管殼式換熱器是目前應用最廣泛的一種換熱設備。與其它幾種間壁換熱器相比，單位體積設備所能提供的傳熱面積要大得多，傳熱效果也較好。由于設備結構緊湊、堅固，且能選用多種材料來制造，故適應性較強，尤其在大型裝置和高溫、高壓中得到廣泛應用。
多年來廠里給水換熱器各種故障中，管系泄漏所占比重最大。表面式回熱換熱器水側壓力大于汽側壓力，一旦管系泄漏，給水就會沖入殼體，引起汽側滿水。水將有可能沿著抽汽管道倒灌人汽輪機，造成汽輪機汽缸變形，脹差變化，機組振動，甚至葉片斷裂等事故。這類由于換熱器泄漏而引起整套裝置停車和汽輪機進水的事故在廠里發生過多起。因此分析換熱器泄漏原因，找出對策，以盡可能減少泄漏十分重要。
列管換熱器內部管系泄漏主要分為管子本身泄漏和端口泄漏。
管殼式換熱器在操作時，由于冷、熱流體溫度不同，使殼體和管壁的溫度互有差異。這種差異使殼體和管子的熱膨脹不同，當兩者溫差較大時可能將管子扭彎，或使管子從花板上拉松，甚至毀壞整個換熱器。對此，就必須結構上考慮熱膨脹的影響，采用各種補償的方法。
換熱器在啟停過程中溫升率、溫降率超過規定，使高加的管子和管板受到較大的熱應力，使管子和管板相聯接的焊縫或脹接處發生損壞，引起端口泄漏：調峰時負荷變化速度太快以及主機或換熱器故障而驟然停運換熱器時，如果汽側停止供汽過快，或汽側停止供汽后，水側仍繼續進入給水，因管子管壁薄，收縮快，管板厚，收縮慢，常導致管子與管板的焊縫或脹接處損壞。這就是規定的溫降率允許值只1.7℃／min- 2.0℃／min，比溫升率允許值2℃／min- 5℃／min 要嚴格的原因。 主要是管板的加工變形及加工時產生的變形，管子與管板相連，管板變形會使管子的端口發生泄漏。高加管板水側壓力高、溫度低，汽側則壓力低、溫度高，尤其有內置式疏水冷卻段者，溫差更大。如果管板的厚度不夠，則管板會有一定的變形。管板中心會向壓力低、溫度高的汽側鼓凸。在水側，管板發生中心凹陷。在主機負荷變化時，加汽側壓力和溫度相應變化。尤其在調峰幅度大，調峰速度過快或負荷突變時，在使用定速給水泵的條件下，水側壓力也會發生較大的變化，甚至可能超過高加給水的額定壓力：這些變化會使管板發生變形導致管子端口泄漏或管板發生永久變形。
如果高加的進汽門內漏，則在主機運行中停運高加后，會使高加水側被加熱而定容升壓，如水側無安全閥或安全閥失靈，壓力可能升得很高，也會使管板變形。 一般常用錐形塞焊接堵管。打入錐形塞時用力要適度；捶擊力量太大，引起管孔變形，影響鄰近管子與管板連處，會造成損壞而使之出現新的泄漏。焊接過程中，如預熱、焊縫位置及尺寸不合適，會造成鄰近管子與管板連接處的損壞。采用其他堵管方法，如脹管堵管、爆炸堵管等，如工藝不當，也會引起鄰近管口的泄漏。因此應遵循嚴格的堵管工藝。
2 管子本身泄漏原因
一種原因是當蒸汽的流動速度較高且汽流中含有大的水滴時，管子外壁受汽、水兩相流沖刷，變薄，發生穿孔或受給水壓力而鼓破。換熱器內部產生汽水兩相流的主要原因：一是過熱蒸汽冷卻段內部及其出口的蒸汽達不到設計要求的過熱度引起的；二是換熱器的疏水水位保持過低或無水位或疏水溫度遠高于設計值或疏水流動阻力較大或抽汽壓力突然降低等因素使疏水閃蒸，疏水進入下一級換熱器時就帶有蒸汽，沖刷換熱器管造成損壞；三是當高加內某根管子發生損壞泄漏時，高壓給水從泄漏處以極大的速度沖出會將鄰近的管子或隔板沖刷破壞。 另一種原因是受到蒸汽或疏水的直接沖擊。因防沖板材料和固定方式不合理。在運行中破碎或脫落，失去防沖刷保護作用；防沖板面積不夠大，水滴隨高速氣流運動，撞擊防沖板以外的管束；殼體與管束間的距離太小，使入口處的汽流速度很高。
應力腐蝕破裂是指拉應力和特定腐蝕介質的共同作用而引起的金屬或合金的破裂。其特征是，大部分表面上并未遭破壞，只有一部分細裂紋穿透金屬或合金內部。應力腐蝕破裂能在常用的設計應力范圍之內產生，因此后果嚴重。引起應力腐蝕破裂的重要因素有溫度、溶液成分、金屬或合金的成分、應力和金屬結構。 給水溫度過低或機組超負荷等情況下，通過換熱器管子間蒸汽流量和流速超過設計值較多時，具有一定彈性的管束在殼側流體擾動力的作用下會產生振動，當激振力的頻率與管束自然振動頻率或其倍數相吻合時，將引起管束共振，使振幅大大的增加，導致管子與管板的連接處受到反復作用力造成管束損壞，管束振動損壞的機理一般有：①由于振動而使管子或管子與管板連接處的應力超過材料的疲勞持久極限，使管子疲勞斷裂；②振動的管子在支撐隔板的管孔中與隔板金屬發生摩擦，使管壁變薄，最后導致破裂；③當振動幅度較大時，在跨度的中間位置相鄰的管子會相互摩擦，使管子磨損或疲勞斷裂。
入口管端的侵蝕損壞只發生在碳鋼換熱器中，是一種侵蝕和腐蝕共同作用的損壞過程：其機理是管壁金屬在表面形成的氧化膜被高紊流度的給水破壞并帶走，金屬材料不斷損失。最終導致管子的破損。有時損壞面可以擴大到管端焊縫甚至管板：給水pH 值低（小于9.6）、含氧量高（大于7μg／L）、溫度低（小于260℃）、紊流度大的情況下，容易發生侵蝕。
當低壓換熱器的管材為銅，低加銅管常因泄漏嚴重而被迫更換。pH值8.5~8.8時，銅的腐蝕率最低．而碳鋼要求pH 值不小于9.5。鍋爐給水pH 值過高，導致了銅管的腐蝕。影響碳鋼管束腐蝕的主要因素有：含氧量和給水pH 值：當給水中的溶解氧過高或pH 值過低，會使高加管子的內壁受到腐蝕，故給水溶解氧的濃度不得超過7pg／L，pH 值維持在9.3~9.6 之間。如果殼側有氧氣存在，將會引起管束外壁的氧腐蝕。銅沉積：會引起點腐蝕，形成點蝕坑。溫度影響碳鋼表面Fe3O4氧化膜的形成：一般認為在260℃％以上時，Fe3O4氧化膜比較穩定． 低于這個溫度時，Fe3O4氧化膜的保護程度取決于給水的pH 值和其他環境因素。pH 值大于9.6 時，安全。 管子材質不良，管壁厚薄不均，組裝前管子有缺陷，脹口處過脹，管子外側有拉損傷痕等，在換熱器遇到異常工況時，會導致管子大量損壞。
泄漏發生時造成給水壓力降低，送至鍋爐的給水量減少。因此在發現換熱器管系泄漏時要立即停運換熱器，減少管子的損壞數量，減輕損壞程度。機組停運時，應檢查高加是否泄漏，并想辦法消除。對于端口泄漏，應刮去原有焊縫金屬再進行補焊，并進行適當的熱處理，消除熱應力：對于管子本身泄漏，應先查清管束泄漏的形式及位置，并選用合適的堵管工藝，堵塞管子的兩個端口。無論采用何種堵管工藝，為保證堵管的質量，被堵管的端頭部位一定要經過良好處理，使管板、管孔圓整、清潔，與堵頭有良好的接觸面。在管子與管板連接處有裂紋或沖蝕的情況下，一定要去除端部原管子材料及焊縫金屬，使堵頭與管板緊密接觸。
2 預防措施
換熱器制造上應有足夠厚度的管板，有良好的管孔加工、堆焊、管子脹接、焊接工藝外，運行上要使換熱器在啟停時的溫升率、溫降率不超過規定，水側要有安全閥防止超壓，檢修上要有正確的堵管工藝。 限制殼側蒸汽或疏水的流速及防止疏冷段內閃蒸；蒸汽冷卻段出口蒸汽要有足夠的剩余過熱度；防沖板的固定要牢固，面積足夠，材質要好；保持殼側水位正常，禁止低水位或無水位運行。 在高加汽側安裝汽側安全門；限制殼側蒸汽或疏水的流速；管子間距要足夠大，這一方面降低了殼側流速，另一方面減小了管子互相碰撞摩擦損壞的可能性：限制管束自由段長度。 流體在管程或管程中的流速，不僅影響對流傳熱系數的數值，而且影響污垢熱阻，從而影響總傳熱系數的大小。特別對于含有泥沙等較易沉積顆粒的流體，流速過低甚至可能導致管路賭塞，嚴重影響設備的使用。但增加流速又會使壓力損失顯著增大。因此，選擇適宜的流速十分重要。限制給水流速，停用一列換熱器或換熱器堵管數量較多時，都會使管內流速明顯增大，這時應讓一部分給水經旁路進入鍋爐或降低機組負荷；控制給水含氧量小7μg/L，控制給水pH 值在9.2- 9.6。
消除應力，應力可以有各種來源，如外加應力、殘余應力、焊接應力以及腐蝕產物產生的應力。材料選擇時，使機組變成為無銅系統，這對整個機組的防腐和汽水晶質控制都有利；要有完善的放空氣系統，在管道連接上一般建議不采用逐級串聯的方式，以防不凝結氣體在壓力較低的換熱器中積聚；保證放空氣系統的正常工作，在啟動時，水側、汽側應排凈空氣，給水水質要合格；出廠時要有良好的防腐措施，防止貯運過程中的腐蝕，對碳鋼管換熱器，通常對汽側和水側均采取充氮防腐的辦法；換熱器停用時，通常根據停用時間的長短，分別采用充水、充汽或充氮的防腐措施，在水側適當調節除氧水的pH 值，以起保護作用。 管壁至少應在2.0mm 以上以提高抗沖刷能力。組裝前要對每根管子探傷、水壓試驗等檢驗；管束應熱處理、無直觀缺陷；管板管孔應保持一定的粗糙度、公差和同心度，管孔倒角或倒圓應光滑無毛刺。 進行預防性堵管。建議在堵一部分管的同時在管板上開一定大小的旁路孔，以降低給水流速，減輕腐蝕，此方法在國內外多家電廠采用過，證明可以適當延長換熱器壽命，減少泄漏次數。
在換熱器中，哪一種流體流經管程，哪一種流經殼程，可考慮下列幾點做為選擇的一般原則：a）不潔凈或易于分解結垢的物料應當流經易于清洗的一側。對于直管管束，上述物料一般應走管內，但當管束可以拆出清洗時，也可以走管外。 b）需要提高流速以增大其對流傳熱系數的流體應當走管內，因為管內截面積通常比管間的截面積小，而且易于采用多管程以增大流速。 c）具有腐蝕性的物料應走管內，這樣可以用普通材料制造殼體，僅僅管子，管板和封頭要采用耐蝕材料。 e）溫度很高或很低的物料應走管內以減少熱量的散失。當然，如果為了更好的散熱，也可以讓高溫的物料走殼程。 f）蒸汽一般通入殼程，因為這樣便于排出冷凝液，而且蒸汽較清潔，其對流傳熱系數又與流速關系小。 g）粘度大的流體，一般在殼程空間流過，因在設有擋板的殼程中流動時，流道截面和流向都在不斷改變，在低Re數下（Re大于100）即可達到喘流，有利于提高管外流體的對流傳熱系數。 以上各點不可能同時滿足，而且有時還會互相矛盾、故應根據具體情況，抓住主要方面，作出適宜的決定。
2023-06-03 本文被閱讀 115 次
