煉廠換熱管失效分析及管板接頭殘余應(yīng)力研究.pdf

1、在煉油行業(yè)，總需要冷卻熱流體、加熱冷流體以及通過汽化和冷凝來分離物料，換熱設(shè)備不僅能保證這些流程的工藝條件，還是實(shí)現(xiàn)二次能源開發(fā)利用、完成熱回收、節(jié)約能源的重要設(shè)備。隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，換熱設(shè)備的適用領(lǐng)域越來越寬，人們對于換熱器的可靠性、服役壽命和質(zhì)量的要求越來越高。由于換熱器在各個(gè)領(lǐng)域中的服役工況越來越苛刻，使得換熱器故障不斷，尤其在煉化企業(yè)，因介質(zhì)的腐蝕、溫度高和壓力強(qiáng)等引起的破壞和接頭的失效最為常見。為了防止換熱器過早損壞，管

2、殼式換熱器的失效分析問題值得受到關(guān)注與研究，因此本文開展了對于換熱管腐蝕問題的失效分析以及管板接頭上殘余應(yīng)力的研究。
　　本文先從現(xiàn)場失效換熱器的調(diào)研工作開始做起，針對運(yùn)行中換熱器的換熱管上出現(xiàn)的泄漏現(xiàn)象進(jìn)行了分析研究。通過對發(fā)生泄露的換熱管的形貌、微觀組織、化學(xué)成分等的綜合分析，得出彎管的失效形式為Cl-所致應(yīng)力腐蝕，分析得出其內(nèi)表面的Cl-和S2-是應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)條件，而內(nèi)應(yīng)力是誘導(dǎo)彎管發(fā)生應(yīng)力腐蝕的外因。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室理想條

3、件下通過電化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M了20G鋼在介質(zhì)原液中的腐蝕，采用控制變量法測試腐蝕速率與介質(zhì)溫度、pH值和Cl-濃度的關(guān)系，探究這些因素對換熱管材料20G鋼腐蝕行為的影響規(guī)律，分析20G鋼的腐蝕機(jī)理。
　　管板接頭殘余應(yīng)力的失效分析采用了有限元分析中的熱應(yīng)力分析法與X射線衍射法測量法相結(jié)合。首先通過有限元分析軟件ABAQUS中的熱應(yīng)力分析對管板焊接接的溫度場和殘余應(yīng)力進(jìn)行預(yù)測。計(jì)算結(jié)果表明，最大徑向應(yīng)力出現(xiàn)在相鄰角焊縫之間管板表面的熱影響

4、區(qū)。環(huán)向應(yīng)力的最大值位于焊縫根部，管子與管板間的縫隙附近，而焊縫焊趾與介質(zhì)相接觸，因此是造成應(yīng)力腐蝕開裂、導(dǎo)致?lián)Q熱管與管板的連接失效的主要因素。管板接頭有多道焊縫，對于文中八道焊縫的接頭，所有已完成焊接的焊縫在下一個(gè)焊縫的焊接加熱過程中相當(dāng)于經(jīng)受了熱處理，其應(yīng)力值有所下降，這一點(diǎn)對于降低應(yīng)力腐蝕開裂敏感性非常有利。
　　其次，通過X射線衍射法測量管板接頭焊接、先焊后脹、熱處理后的環(huán)向殘余應(yīng)力，發(fā)現(xiàn)焊后殘余應(yīng)力值最大，且均為拉應(yīng)力。