管殼式換熱器管束失效的原因分析
腐蝕：
換熱器多用碳鋼制造，冷卻水中溶解的氧所致的氧極化腐蝕極為嚴重，管束壽命往往只有幾個月或一二年，加之工作介質(zhì)又有許多是有腐蝕性的，如小氮肥的碳化塔冷卻水箱，在高濃度碳化氨水的腐蝕和碳酸氫氨結(jié)晶腐蝕雙重作用下，碳鋼冷卻水箱有時僅使用二三個月就發(fā)生泄漏。
結(jié)垢：
在換熱器操作中，管束內(nèi)外壁都可能會結(jié)垢，而污垢層的熱阻要比金屬管材大得多，從而導(dǎo)致?lián)Q熱能力迅速下降，嚴重時將會使換熱介質(zhì)的流道阻塞。
流體流動誘導(dǎo)振動：
為強化傳熱和減少污垢層，通常采用增大殼程流體流速的方法。而殼程流體流速增加，產(chǎn)生誘導(dǎo)振動的可能性也將大大增加，從而導(dǎo)致管束中管子的振動，最終致使管束破壞。常見的破壞形式有以下幾種：
1、碰撞破壞
當(dāng)管子的振幅足夠大時，將致使管子之間相互碰撞，位于管束外圍的管子還可能和換熱器殼體內(nèi)壁發(fā)生碰撞。在碰撞中，管壁磨損變薄，最終發(fā)生開裂。
2、折流板處管子切開
折流板孔和管子之間有徑向間隙，當(dāng)管子發(fā)生橫向振動的振幅較大時，就會引起管壁與折流板孔的內(nèi)表面間產(chǎn)生反復(fù)碰撞。由于折流板厚度不大，管壁多次、頻繁與其接觸，將承受很大的沖擊載荷，因而在不長的時間內(nèi)就可能發(fā)生管子被切開的局部性破壞。
3、管子與管板連接處破壞
該連接結(jié)構(gòu)可視為固定端約束，管子振動產(chǎn)生橫向撓曲時；連接處的應(yīng)力最大，因此，它是最容易產(chǎn)生管束失效的地區(qū)之一。
4、材料缺陷的擴展造成失效
管子材料本身存在缺陷(包括腐蝕和磨蝕產(chǎn)生的缺陷)，那么在振動引起的交變應(yīng)力作用下，位于主應(yīng)力方向上的缺陷裂紋就會迅速擴展，最終導(dǎo)致管子失效。
5、振動交變應(yīng)力場中的拉應(yīng)力還會成為應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力源
流動誘導(dǎo)振動引起管子破壞，易發(fā)生在撓度相對較大和殼程橫向流速較高的區(qū)域。此區(qū)域通常是U形彎頭、殼程進出口接管區(qū)、管板區(qū)、折流板缺口區(qū)和承受壓縮應(yīng)力的管子。
工程實踐中可采取以下具體的抗振方法:
a)制定合理的開停工程序,加強在線監(jiān)測,嚴格控制運行條件, 在流體入口前設(shè)置緩沖板或?qū)Я魍?既可以避免流體直接沖擊管束,降低流速,又可以減小流體脈沖;
b)降低殼程流體流速可以降低流體誘導(dǎo)振動的頻率,是防止管束振動最直接的方法,但同時傳熱效率也會隨之降低;
c)適當(dāng)減小折流板間距,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,可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計,增加管束固有頻率,使流體誘導(dǎo)振動頻率遠離管子固有頻率;
d)改變管束支撐形式,采用新型縱向流管束支撐,如折流桿式、空心環(huán)式及整圓形異形孔折流板等,可有效消除流體誘導(dǎo)振動,也可減小殼程壓力降。
