熱交換器的定期檢驗(yàn)-全國(guó)壓力容器檢驗(yàn)員RQ-1

熱交換器的定期檢驗(yàn)江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院

王艷青davldfen@163.com2/3/20231熱交換器的定期檢驗(yàn)主要內(nèi)容一、換熱器的分類二、換熱器的結(jié)構(gòu)形式（例題1-4）三、結(jié)垢的危害和清洗四、換熱器缺陷問題及處理（例題5-13）五、檢驗(yàn)記錄&報(bào)告問題及處理（例題14-15）2/3/20232熱交換器的定期檢驗(yàn)一、換熱器的分類

A按作用原理分：

1.直接接觸式換熱器

2.蓄熱式換熱器(回流式換熱器、蓄熱器)

3.間壁式換熱器(表面式和間接式換熱器)

B按用途分：

1.加熱器 2.預(yù)熱器 3.過熱器 4.蒸發(fā)器

5.再沸器 6.冷卻器 7.冷凝器

C按傳熱面形狀和結(jié)構(gòu)分

1.管式換熱器 2.板式換熱器

3.特殊形式換熱器

D按作用材料分：

1.金屬材料換熱器 2.非金屬材料換熱器2/3/20233二、換熱器結(jié)構(gòu)形式（例題1）管殼式熱交換器按結(jié)構(gòu)形式可分a.固定管板式b.浮頭式c.U形管式d.釜式e.填料函式熱交換器的定期檢驗(yàn)

2/3/20234熱交換器的定期檢驗(yàn)

A.固定管板式熱交換器的結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)(例題2Q1)特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、沒有殼程密封的問題，而且往往是管板兼作法蘭。其適用于：a)管、殼程溫差較大，但壓力不高的場(chǎng)合(因?yàn)闇夭畲?，要加膨脹?jié)，而膨脹節(jié)耐壓能力差）；b)管、殼程溫差不大，而壓力較高的場(chǎng)合；c)殼程無法機(jī)械清洗，故要求殼程介質(zhì)干凈；或雖會(huì)結(jié)垢，但通過化學(xué)清而能去除的場(chǎng)合；

d)布管多，鍛件少，一次性投資低；但不可更換管束，整臺(tái)設(shè)備往往由換熱管損壞而更換，故設(shè)備運(yùn)行周期短。2/3/20235熱交換器的定期檢驗(yàn)2/3/20236熱交換器的定期檢驗(yàn)使用溫度和壓力的限制缺點(diǎn)：由于換熱管、管板和殼體焊在一起，故換熱管與殼體間的金屬壁溫差引起的溫差應(yīng)力是其致命的弱點(diǎn)，因?yàn)樵诠潭ü馨鍝Q熱器的管板溫差應(yīng)力計(jì)算中，要校核以下三個(gè)方面的應(yīng)力和力：①按有溫差的各種工況算出的殼體軸向應(yīng)力σc，②換熱管軸向應(yīng)力σt，③換熱管與管板之間連接拉脫力q當(dāng)殼體與換熱管金屬溫差(注意不是介質(zhì)溫差)高于50℃時(shí)一般應(yīng)設(shè)置膨脹節(jié)。2/3/20237熱交換器的定期檢驗(yàn)熱交換器劃線的零部件（1-6）名稱（Q2）1.折流板；2.管束；3.殼體；4.封頭；5.接管；6.管板。2/3/20238熱交換器的定期檢驗(yàn)BU型管式熱交換器的結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)（例題3Q1）U形管式換熱器在換熱器中是唯一適用于高溫、高壓和高溫差的換熱器,特點(diǎn)如下：以U形換熱管尾端的自由浮動(dòng)解決溫差應(yīng)力，可用于高溫差；只有一塊管板，加之法蘭的數(shù)量也少，故結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且泄漏點(diǎn)少；可以進(jìn)行抽芯清洗；由于彎管Rmin

的限制，分程間距寬，故比固定管板換熱器排管略少。管程流速太高時(shí)，將會(huì)對(duì)U形彎管段產(chǎn)生嚴(yán)重的沖蝕，影響壽命，尤其R小的管子。換熱管泄漏時(shí)，除外圈U形管外，不能更換，只能堵管。2/3/20239熱交換器的定期檢驗(yàn)熱交換器劃線的零部件（1-8）名稱（例題3Q2）1.凸形封頭（管程）；2.中間擋板；3.U形換熱管；4.凸形封頭（殼程）；5.補(bǔ)強(qiáng)圈；6.鞍式支座；7.內(nèi)導(dǎo)流筒；8.殼體法蘭。2/3/202310熱交換器的定期檢驗(yàn)C浮頭式熱熱交換器的結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)（例題4Q1）浮頭式熱交換器管束膨脹不受殼體約束，管程可分為多程，能在較高溫度和壓力條件下工作，管束可以抽出。管殼式熱交換器最少具有兩個(gè)流程，通常為管程和殼程。管程流體所流經(jīng)的空間都屬于管程。屬于主要受壓元件的有管束、管板、浮頭、管箱和一部分殼體。管箱是可以是帶一段圓筒的封頭，也可以是圓筒加平蓋。優(yōu)點(diǎn)如下：2/3/202311熱交換器的定期檢驗(yàn)a)可抽式管束，當(dāng)換熱管為正方形或轉(zhuǎn)角正方形排列時(shí)，管束可抽出進(jìn)行管間機(jī)械清洗，適用于殼程易結(jié)焦及堵塞的工況；b)一端管板夾持，一端內(nèi)浮頭型式可自由浮動(dòng)，故無需考慮溫差應(yīng)力，可用于大溫差的場(chǎng)合；c)浮頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響排管數(shù)，加之處于殼程介質(zhì)內(nèi)的浮頭密封面操作中發(fā)生泄漏時(shí)很難采取措施；d)壓力試驗(yàn)時(shí)的試壓太具復(fù)雜。缺點(diǎn)如下：內(nèi)浮頭結(jié)構(gòu)限制了使用壓力和溫度,故一般情況其使用限制為Pmax≤6.4MPa;Tmax≤400℃（450℃）；對(duì)于大直徑（DN≥1200mm），而壓力又較高時(shí)，浮頭端密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造尤其是浮頭內(nèi)螺柱熱松弛始終是個(gè)難題，而對(duì)殼程為加熱介質(zhì)時(shí)，更為突出。2/3/202312熱交換器的定期檢驗(yàn)下圖所示熱交換器劃線的零部件（1-8）名稱（例題4Q2）1.固定管板；2.殼程圓筒；3.換熱管；4.浮頭法蘭；5.浮動(dòng)管板；6.管箱圓筒；7.分程隔板。2/3/202313熱交換器的定期檢驗(yàn)2/3/202314熱交換器的定期檢驗(yàn)2/3/202315熱交換器的定期檢驗(yàn)換熱器型號(hào)的表示方法2/3/202316熱交換器的定期檢驗(yàn)舉例1、浮頭式換熱器平蓋管箱，公稱直徑500mm，管程和殼程設(shè)計(jì)壓力均為1.6MPa，公稱換熱面積54㎡，較高級(jí)冷拔換熱管外徑25mm，管長(zhǎng)6m，4管程單殼程的浮頭式換熱器，其型號(hào)為：

AES500-1.6-54-6/25-4Ⅰ2、固定管板式換熱器封頭管箱，公稱直徑700mm，管程設(shè)計(jì)壓力2.5MPa，殼程設(shè)計(jì)壓力1.6MPa，公稱換熱面積200㎡，較高級(jí)冷拔換熱管外徑25mm,管長(zhǎng)9m，4管程單殼程的固定管板式換熱器，其型號(hào)為：

BEM700-2.5/1.6-200-9/25-4Ⅰ3、U型管式換熱器封頭管箱，公稱直徑500mm，管程設(shè)計(jì)壓力4.0MPa，殼程設(shè)計(jì)壓力1.6MPa，公稱換熱面積75㎡，較高級(jí)冷拔換熱管外徑19mm,管長(zhǎng)6m，2管程單殼程的U型管式換熱器，其型號(hào)為：

BIU500-4.0/1.6-75-6/19-2Ⅰ2/3/202317熱交換器的定期檢驗(yàn)管殼式換熱器的主要零部件（一）換熱管及在管板上的排列方式2/3/202318熱交換器的定期檢驗(yàn)（二）管板及換熱管的連接脹接焊接二者并用（脹焊并用）2/3/202319熱交換器的定期檢驗(yàn)2/3/202320熱交換器的定期檢驗(yàn)（三）殼體及管板的連接（四）管箱（五）折流板2/3/202321熱交換器的定期檢驗(yàn)（六）管程和殼程數(shù)2/3/202322熱交換器的定期檢驗(yàn)四、結(jié)垢的危害和清洗換熱器管束除垢的方法主要有下列三種。1、手工或機(jī)械方法2、沖洗法A逆流沖洗2/3/2023232/3/202324熱交換器的定期檢驗(yàn)B高壓水槍沖洗法2/3/202325熱交換器的定期檢驗(yàn)3、化學(xué)除垢2/3/202326熱交換器的定期檢驗(yàn)例題5目的：換熱器常見的缺陷和成因固定管板式熱交換器常見的缺陷有哪些？以及缺陷形成的可能原因？對(duì)于固定管板式熱交換器常見的缺陷失效模式：換熱管腐蝕、結(jié)垢、振動(dòng)引起的折流板處換熱管機(jī)械磨損、溫差應(yīng)力引起的孔橋和焊縫開裂、管板焊接接頭應(yīng)力腐蝕開裂、封頭隔板變形和開裂、管箱腐蝕和機(jī)械磨損、進(jìn)出口管減薄和不流動(dòng)或流速較慢區(qū)域換熱管氣蝕減薄。2/3/202327熱交換器的定期檢驗(yàn)換熱管腐蝕：在管內(nèi)為加熱介質(zhì),殼體為被加熱介質(zhì)時(shí)，冷熱介質(zhì)的熱交換是通過熱介質(zhì)的多回程流動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)介質(zhì)進(jìn)入熱交換器時(shí)，若壓力無變化，溫度降低，將會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)中飽和態(tài)的水蒸汽冷凝，腐蝕性介質(zhì)如H2S、CO2、HCL等溶解與水中形成酸性腐蝕環(huán)境導(dǎo)致減薄。換熱管冷凝酸性水腐蝕管板角焊縫腐蝕2/3/202328熱交換器的定期檢驗(yàn)結(jié)垢：介質(zhì)結(jié)垢將會(huì)導(dǎo)致垢下腐蝕，在循環(huán)水系統(tǒng)尤為突出。冷卻水出口溫度或工藝物料側(cè)入口溫度的升高會(huì)增加腐蝕速率和結(jié)垢傾向。工藝物料側(cè)的溫度高于60℃時(shí)淡水冷卻水存在結(jié)垢傾向，工藝物料側(cè)溫度繼續(xù)升高或冷卻水入口溫度升高時(shí)，這一傾向更明顯。垢層可由礦物沉淀（硬的）、淤泥、懸浮的有機(jī)材料、腐蝕產(chǎn)物、軋制氧化皮、海水和微生物生長(zhǎng)形成，造成垢下腐蝕。

殼程換熱管腐蝕隔板垢下腐蝕2/3/202329熱交換器的定期檢驗(yàn)機(jī)械磨損：兩相互接觸的表面產(chǎn)生相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)，接觸點(diǎn)形成的粘著與滑溜不斷相互交替，造成材料表面損傷的過程。由于許多熱交換器在檢修中都會(huì)將管束抽出，在抽出管束時(shí)比較容易在殼體上形成機(jī)械損傷。另外，折流板與孔板引起的振動(dòng)也容易引起換熱管的機(jī)械磨損。換熱器抽芯磨損折流板和換熱管振動(dòng)磨損2/3/202330熱交換器的定期檢驗(yàn)溫差應(yīng)力孔橋開裂：由于在各種復(fù)雜的工況下，考慮到殼體的軸向應(yīng)力和換熱管的軸向應(yīng)力以及管板與換熱管焊接接頭殘余應(yīng)力，當(dāng)軸向應(yīng)力大于拉脫力時(shí)，最可能引起失效的就是管板與換熱管的連接部位開裂。管板開裂管板角焊縫開裂2/3/202331熱交換器的定期檢驗(yàn)管板焊接接頭應(yīng)力腐蝕開裂：應(yīng)力腐蝕的發(fā)生的必要條件是拉應(yīng)力、腐蝕介質(zhì)和材料敏化溫度條件同時(shí)具備的情況下才可能發(fā)生。通常情況下，換熱器筒體、封頭和換熱管會(huì)分開進(jìn)行熱處理，而焊接接頭通常會(huì)局部熱處理，并且由于管板的厚度較大，焊接條件較差，熱處理效果較為不理想，焊接接頭的殘余應(yīng)力水平較高，在腐蝕介質(zhì)條件下，將會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。封頭隔板變形和開裂：由于熱交換器的工藝特性是兩種以上的介質(zhì)進(jìn)行熱量交換，因此在熱交換器中形成溫度差是不可避免的。另外，運(yùn)行壓力的波動(dòng)和換熱器進(jìn)、出口壓差的增大，也會(huì)導(dǎo)致隔板的開裂和變形。隔板變形2/3/202332熱交換器的定期檢驗(yàn)進(jìn)出口管沖蝕減薄：流體與金屬之間產(chǎn)生切應(yīng)力，能剝離金屬表面層或腐蝕產(chǎn)物，使新鮮的金屬表面暴露出來，形成快速腐蝕。換熱器進(jìn)出口管，由于流速較快，可以在很短的時(shí)間內(nèi)造成局部嚴(yán)重腐蝕，典型情況有腐蝕坑、溝、銳槽、蝕孔和波紋狀形貌，且具有一定的方向性。

接管內(nèi)部腐蝕圖片2/3/202333熱交換器的定期檢驗(yàn)不流動(dòng)或流速較慢區(qū)域換熱管氣蝕減?。河捎跓峤粨Q器是一個(gè)熱交換的過程，伴隨著液體將會(huì)發(fā)生部分汽化，生成的氣泡聚積長(zhǎng)大，急劇收縮破裂，以至潰滅，氣泡周圍的液體以極高的速度沖向原氣泡所占空間，產(chǎn)生高強(qiáng)度的沖擊波，導(dǎo)致減薄。比如換熱器靠近管板側(cè)、U型換熱器U型部位和折流板根部。注：在折流板處，容易引起氣蝕和垢下腐蝕。2/3/202334熱交換器的定期檢驗(yàn)折流板既用來支撐換熱管，又使其產(chǎn)生理想的殼程流速，還可以減少換熱管無支撐跨距避免流體誘導(dǎo)振動(dòng)，因此折流板在換熱器殼程設(shè)計(jì)中無論是對(duì)傳熱還是對(duì)壓降都占有重要位置。折流板切口，可在殼體內(nèi)徑15%～45%之間變化，過大或過小的切口都會(huì)使殼程的傳熱效率下降，過大或過小及適宜的切口流體流動(dòng)的狀態(tài)見圖。不同切口的流動(dòng)狀態(tài)2/3/202335熱交換器的定期檢驗(yàn)a）型為過小的切口，B股流噴射似的穿入切口，隨后呈S形橫流過管束，會(huì)在折流板的頂部區(qū)域內(nèi)形成很大的流體循環(huán)旋流；而且過小的切口還會(huì)使漏流增加;b）型為過大的切口，物流主體越過折流板頂尖之間形成的縱向流（順流），此時(shí)壓降雖小，但傳熱影響很大，而且還會(huì)形成流體的循環(huán)漩渦；c）型為20%～35%Di的切口，是適宜的，物流主體為橫流（也包含一部分順流）。2/3/202336熱交換器的定期檢驗(yàn)例題6目的：換熱器常見的缺陷和成因管殼式釜式重沸器的常見的缺陷有哪些？以及缺陷形成的可能原因？釜式重沸器結(jié)構(gòu)圖2/3/202337熱交換器的定期檢驗(yàn)主要損傷模式：換熱管壁和容器內(nèi)壁的腐蝕、管板與換熱管之間的縫隙腐蝕、由于溫差應(yīng)力引起的分程隔板及焊縫和管板孔橋及管口裂紋。換熱管壁和容器內(nèi)壁的酸性水腐蝕：通常為管程熱介質(zhì)加熱殼程其冷介質(zhì)，所以管程常為高溫、高壓參數(shù)（通?！?.4MPa）。結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了其放熱管（管程）在其殼體內(nèi)可自由膨脹而不受限制。在殼程被加熱時(shí)，介質(zhì)物料中含有的腐蝕性介質(zhì)H2S、CO2和水分會(huì)被氣化進(jìn)入汽化空間，當(dāng)換熱器汽化能力不足或外部保溫破損時(shí)，將會(huì)在換熱管管壁、容器頂部和出口部位發(fā)生冷凝，形成酸性腐蝕環(huán)境，加速腐蝕。2/3/202338熱交換器的定期檢驗(yàn)注：重沸器是具有汽化空間的一種特殊換熱器。在重沸器中的物料液位和分餾塔液位在同一高度。塔底的液相物質(zhì)進(jìn)入到再沸器中，經(jīng)過管內(nèi)熱介質(zhì)（放熱）的加熱，約有25-30%的液相被汽化后被送回到分餾塔中。在重沸器內(nèi)，由于物料的汽化液位不斷降低，由于靜壓差的作用，分餾塔底部的比重較大的物料液將會(huì)不斷補(bǔ)充被蒸發(fā)的那部分空間，從而形成重沸器的熱虹吸循環(huán)。換熱器頂部腐蝕2/3/202339熱交換器的定期檢驗(yàn)管板管橋開裂：金屬材料受到急劇的加熱或冷卻時(shí)，其內(nèi)部將產(chǎn)生較大溫差，引起較大沖擊熱應(yīng)力，甚至可能超過材料的屈服極限，導(dǎo)致開裂或金屬部件損壞。常見情況如某一較冷液體與另一較熱金屬表面接觸時(shí)，易發(fā)生熱沖擊。并且由于管板焊接接頭殘余應(yīng)力較大、也是結(jié)構(gòu)不連續(xù)的部位，當(dāng)溫度波動(dòng)時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生較高熱應(yīng)力，導(dǎo)致在管板管橋處萌生裂紋，導(dǎo)致開裂?？p隙腐蝕：主要發(fā)生在管板與換熱管的縫隙處?？p隙腐蝕是由電介質(zhì)溶液存在，在金屬與金屬及金屬和非金屬之間構(gòu)成狹窄的縫隙內(nèi)，介質(zhì)的遷移受到阻滯時(shí)而產(chǎn)生的一種局部腐蝕形態(tài)，縫內(nèi)腐蝕產(chǎn)物的體積增大，形成局部應(yīng)力。2/3/202340熱交換器的定期檢驗(yàn)注：管接頭的質(zhì)量是管殼式換熱器質(zhì)量的最重要的標(biāo)志，換熱器的失效絕大多數(shù)集中在管接頭上，因此選用安全、可靠的管接頭型式，研制相應(yīng)的加工設(shè)備與技術(shù)是換熱器制造技術(shù)的關(guān)鍵課題。管接頭的型式有以下幾種：a）強(qiáng)度脹b）強(qiáng)度焊c）強(qiáng)度脹+密封焊d）強(qiáng)度焊+貼脹管接頭失效的原因有：a）管接頭因高溫應(yīng)力松弛失效（多半發(fā)生在強(qiáng)度脹中）。b）管接頭在高溫高壓下，因腐蝕而破壞；c）管束在橫流流體沖擊下產(chǎn)生振動(dòng)，管接頭疲勞破壞；d）制造工藝不合理，沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)和圖紙規(guī)定的要求，或接頭中的殘余應(yīng)力過大，在操作中引起應(yīng)力腐蝕和疲勞破壞。2/3/202341熱交換器的定期檢驗(yàn)例題7目的：換熱器管板角焊縫檢驗(yàn)?zāi)呈瘡S換熱器為固定管板式，在運(yùn)行2年后，發(fā)生管板焊接接頭泄漏，如下圖1。對(duì)其余的焊接接頭采用棒陽(yáng)極檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在焊縫根部存在明顯缺陷，見圖2。對(duì)管板進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣，解剖分析，在管板焊接接頭根部存在明顯缺陷，見圖3，焊縫焊接高度小于1.0mm。圖4為焊接接頭示意圖。2/3/202342熱交換器的定期檢驗(yàn)

圖1泄漏圖圖2檢測(cè)圖

圖3管板角焊縫缺陷圖4管板角焊縫焊接示意圖2/3/202343熱交換器的定期檢驗(yàn)問題1.請(qǐng)說明焊接接頭處是何種類型的缺陷？參考答案：焊縫根部未焊透。注：依據(jù)NB/T47014中附錄D的要求，焊縫根部不允許存在未熔合和裂紋缺陷。依據(jù)NB/T47014中附錄D的要求，應(yīng)進(jìn)行滲透檢驗(yàn)、金相檢驗(yàn)和角焊縫厚度測(cè)量。滲透檢驗(yàn)：對(duì)10個(gè)焊接接頭全部按NB/T47013規(guī)定進(jìn)行，無裂紋合格金相檢驗(yàn)：任取呈對(duì)角線位置的兩個(gè)管接頭切開，兩切口互相垂直，切口一側(cè)面應(yīng)通過換熱管中心線，該側(cè)面為金相檢驗(yàn)面，共8個(gè)，其中包括1個(gè)取自接弧處，焊縫根部不允許存在未熔合和裂紋缺陷。角焊縫厚度測(cè)量：在8個(gè)金相檢驗(yàn)面上測(cè)定。每個(gè)角焊縫厚度都應(yīng)大于或等于2/3b。2/3/202344熱交換器的定期檢驗(yàn)問題2.針對(duì)該類型的缺陷，換熱器管板焊接接頭應(yīng)進(jìn)行哪些檢驗(yàn)，并說明理由。參考答案：根據(jù)該換熱器失效形式，主要為管板焊接角焊縫根部存在未焊透缺陷，并且角焊縫的焊腳高度小于1.0mm。應(yīng)進(jìn)行目視檢查、管板表面滲透檢測(cè)和角焊縫棒陽(yáng)極檢測(cè)。目視檢查：主要是采用目視的方法（必要時(shí)利用內(nèi)窺鏡、放大鏡或者其他輔助儀器設(shè)備、測(cè)量工具）檢驗(yàn)壓力容器本體結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、表面情況（如裂紋、腐蝕、泄漏、變形），以及焊縫、隔熱層、襯里等。主要通過目視檢查發(fā)現(xiàn)換熱器管板表面腐蝕情況，管板角焊縫腐蝕、裂紋和泄漏情況和換熱管內(nèi)壁腐蝕情況，必要時(shí)可以借助卡尺等工具，測(cè)量換熱管內(nèi)徑的變化，確定腐蝕速率。管板表面滲透檢測(cè)：采用NB/T47013.5的方法，檢測(cè)換熱器管板角焊縫和管橋表面缺陷情況，比如裂紋、氣孔和腐蝕坑等。陽(yáng)極檢測(cè)RT：焊接接頭RT檢測(cè)由于焦距很短，采用小焦點(diǎn)、小能量的放射源，獲得較佳的透照像質(zhì),來評(píng)價(jià)焊接接頭的缺陷情況。2/3/202345熱交換器的定期檢驗(yàn)注：對(duì)換熱器管板與管束角焊縫內(nèi)部檢驗(yàn)時(shí)主要采用射線檢驗(yàn)。管束與管板連接的焊接接頭RT檢測(cè)由于焦距很短，所以必須采用小焦點(diǎn)、小能量的放射源，而且必須解決小尺寸底片的帖片問題，摸索出最佳的曝光時(shí)間，以便獲得較佳的透照像質(zhì)。所以使用的放射源為Ir192，焦點(diǎn)尺寸≤1×0．5mm，強(qiáng)度為0.5～3居里，焦距為30mm～4Omm，曝光時(shí)間應(yīng)≥30s，如圖3。通過大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，此種方法對(duì)檢測(cè)換熱器管束與管板連接的焊接接頭內(nèi)部缺陷有較高的檢出率，很好的解決這個(gè)檢驗(yàn)難題，提高了換熱器的安全性。管板角焊縫射線檢測(cè)示意圖2/3/202346熱交換器的定期檢驗(yàn)例題8目的：了解換熱器折流板引起的設(shè)備失效某石化廠酸性水汽提塔底重沸器，該換熱器為臥式固定管板式結(jié)構(gòu)，如下圖1。在運(yùn)行過程中，工藝發(fā)現(xiàn)換熱管泄漏，裝置停工對(duì)重沸器檢修，堵管處理。再次運(yùn)行半年，換熱管再次泄漏。停工檢修發(fā)現(xiàn)，換熱管泄漏部位位于折流板處，斷裂的換熱管見圖2，在折流板處，管壁明顯減薄。圖3為未取樣前折流板處斷裂形貌。2/3/202347熱交換器的定期檢驗(yàn)圖1重沸器結(jié)構(gòu)圖圖2斷裂管束圖3折流板部位斷裂形貌2/3/202348熱交換器的定期檢驗(yàn)問題1.根據(jù)換熱管的斷裂特征，屬于GB/T30579-2014的哪種損傷模式？請(qǐng)分析換熱管斷裂原因？參考答案：缺陷產(chǎn)生原因?yàn)楣苁駝?dòng)引起機(jī)械磨損。機(jī)械磨損指兩相互接觸的表面產(chǎn)生相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)，接觸點(diǎn)形成的粘著與滑溜不斷相互交替，造成材料表面損傷的過程。當(dāng)換熱管與折流板孔，產(chǎn)生過大間隙，會(huì)產(chǎn)生沖擊，磨損速度急劇增加，出現(xiàn)異常噪聲和振動(dòng)，導(dǎo)致?lián)Q熱管減薄。另外，折流板的間距會(huì)影響誘導(dǎo)換熱管振動(dòng)，小間距會(huì)增加殼程的流速及壓降；無支撐跨距過大會(huì)誘導(dǎo)振動(dòng)。同時(shí)降低殼程進(jìn)出口處（設(shè)備、管束）的流速，緩解了局部沖蝕、流體誘導(dǎo)振動(dòng)。2/3/202349熱交換器的定期檢驗(yàn)注：折流板既用來支撐換熱管，又使其產(chǎn)生理想的殼程流速，還可以減少換熱管無支撐跨距避免流體誘導(dǎo)振動(dòng)，因此折流板在換熱器殼程設(shè)計(jì)中無論是對(duì)傳熱還是對(duì)壓降都占有重要位置，因?yàn)檎哿靼迨强梢哉{(diào)節(jié)的，合理的折流板設(shè)計(jì)將會(huì)在傳熱和壓降上都取得比較滿意的效果；在有相變的殼程中，一般設(shè)置支撐板起支承作用，與傳熱關(guān)系不大。折流板間距：a）TEMA和GB151都規(guī)定了最小折流板間距為殼體內(nèi)徑的1/5或50mm，取大者；小間距會(huì)增加殼程的流速及壓降，考慮到傳熱、壓降的均衡性，一般折流板間距宜不小于殼體內(nèi)徑的30%。b）折流板最大間距可等于殼體的內(nèi)徑，若再加大將可能使殼程流體縱向流（順流）大大增加，使傳熱效率大大下降，另外，無支撐跨距過大會(huì)誘導(dǎo)振動(dòng)，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)校核。c）殼程流動(dòng)為紊流時(shí)，傳熱系數(shù)變化范圍為流速的0.6～0.7次方，而壓降則與流速成正比，因此，隨著折流板間距減少，壓力降的增加比傳熱系數(shù)上升要快得多。2/3/202350熱交換器的定期檢驗(yàn)問題2.針對(duì)該類型缺陷，應(yīng)采取哪些檢驗(yàn)方法？并說明理由？參考答案：采用用目視檢測(cè)、內(nèi)窺鏡和渦流的方法。目視檢查：主要是采用目視的方法（必要時(shí)利用內(nèi)窺鏡、放大鏡或者其他輔助儀器設(shè)備、測(cè)量工具）檢驗(yàn)壓力容器本體結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、表面情況（如裂紋、腐蝕、泄漏、變形），以及焊縫、隔熱層、襯里等。主要通過目視檢查發(fā)現(xiàn)換熱管內(nèi)壁腐蝕情況，必要時(shí)可以借助工具，觀察管板附近換熱管的情況。內(nèi)窺鏡：內(nèi)窺鏡是宏觀檢查的一種手段，借助該設(shè)備，可以觀察換熱管內(nèi)的腐蝕情況，比如裂紋、腐蝕坑以及斷裂情況。2/3/202351熱交換器的定期檢驗(yàn)渦流檢測(cè)：是建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)之上的一種無損檢測(cè)方法，它適用于導(dǎo)電材料。當(dāng)把一塊導(dǎo)體置于交變磁場(chǎng)之中，在導(dǎo)體中就有感應(yīng)電流存在，即產(chǎn)生渦流。由于導(dǎo)體自身各種因素（如電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、形狀，尺寸和缺陷等）的變化，會(huì)導(dǎo)致渦流的變化，利用這種現(xiàn)象判定導(dǎo)體性質(zhì)，狀態(tài)的檢測(cè)方法，就稱為渦流檢測(cè)。通過制作對(duì)比試件（或標(biāo)準(zhǔn)試件）作為調(diào)節(jié)儀器和判廢標(biāo)準(zhǔn)的工具，能夠?qū)θ毕葸M(jìn)行定位，區(qū)分換熱管內(nèi)、外表面裂紋和確定管壁的厚度。注：TSG21-2016中8.3.2，宏觀檢驗(yàn)。2/3/202352熱交換器的定期檢驗(yàn)例題9目的：換熱器重點(diǎn)檢驗(yàn)部位某天然氣處理廠換熱器為中壓氣冷卻器，見圖1，在設(shè)備運(yùn)行3年后發(fā)生了泄漏。該換熱器基本參數(shù)見表1所示。管程介質(zhì)為含硫天然氣，介質(zhì)含量見下表2；殼程為脫硫脫水天然氣。

圖1換熱器結(jié)構(gòu)圖2/3/202353熱交換器的定期檢驗(yàn)表1換熱器設(shè)計(jì)參數(shù)2/3/202354熱交換器的定期檢驗(yàn)在2016年檢修期間，檢驗(yàn)員發(fā)現(xiàn)換熱管的中間段及靠近原料氣入口段的管束內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)了嚴(yán)重的坑蝕現(xiàn)象，且管束下半部分比上半部分腐蝕更嚴(yán)重，靠近原料氣出口端的部分管束內(nèi)壁腐蝕較少,壁厚損失均大于60%。腐蝕形貌見下圖2、3。圖2換熱器管板缺陷分布圖(紅色)圖3換熱管內(nèi)部腐蝕形貌2/3/202355熱交換器的定期檢驗(yàn)問題1：根據(jù)出現(xiàn)的腐蝕情況，試說明該換熱器的重點(diǎn)檢驗(yàn)部位，并說明理由？參考答案：重點(diǎn)檢測(cè)部位集中在管程，主要部位為進(jìn)、出口封頭管箱內(nèi)部表面、進(jìn)出口接管、管板及其管板角焊縫表面、換熱器管束和法蘭密封面。筒體檢驗(yàn)主要集中在管板法蘭與筒體對(duì)接環(huán)焊縫。原因分析：根據(jù)已經(jīng)出現(xiàn)的腐蝕情況，換熱器的腐蝕主要集中在管程部位，結(jié)合介質(zhì)組分和含量，根據(jù)GB/T30579-2014中失效模式的判別，管程失效機(jī)理為Cl離子點(diǎn)腐蝕，介質(zhì)中含有的H2S和CO2溶解于水中降低了溶液的pH值（3.5），促進(jìn)了腐蝕。從工藝情況來看，含硫天然氣進(jìn)入換熱器后，在壓力不變的情況下，溫度降低，將會(huì)使得介質(zhì)中含有的游離水析出，在換熱器管程內(nèi)表面、法蘭密封面部位形成干、濕交替環(huán)境，氯化物具有自動(dòng)濃縮聚集的可能，形成高的氯化物環(huán)境，導(dǎo)致發(fā)生點(diǎn)腐蝕的可能性增加。2/3/202356熱交換器的定期檢驗(yàn)換熱器封頭內(nèi)表面、及其接管內(nèi)表面、管板表面、法蘭密封面和換熱管均為316L不銹鋼襯里，具有發(fā)生Cl離子點(diǎn)腐蝕的可能性，應(yīng)進(jìn)行目視檢查和表面滲透檢測(cè)。管板法蘭與筒體對(duì)接環(huán)焊縫的檢測(cè)主要是因?yàn)橐话闱闆r下，該環(huán)焊縫為容器的最后合攏焊縫，換熱管已經(jīng)安裝完畢，焊縫成型一般是單面坡口成型，并且一般進(jìn)行局部熱處理，焊縫質(zhì)量容易出現(xiàn)問題。應(yīng)進(jìn)行表面MT檢測(cè)、UT檢測(cè)以及必要的硬度抽查。2/3/202357熱交換器的定期檢驗(yàn)問題2:腐蝕形態(tài)為點(diǎn)腐蝕坑，分析其腐蝕坑產(chǎn)生的原因及機(jī)理。參考答案：對(duì)于不銹鋼材料，氯離子易吸附在奧氏體不銹鋼表面的鈍化膜上，取代氧原子后和鈍化膜中的陽(yáng)離子結(jié)合形成可溶性氯化物，導(dǎo)致鈍化膜破壞。破壞部位的新鮮金屬遭腐蝕形成一個(gè)小坑，小坑表面的鈍化膜繼續(xù)遭氯離子破壞生成氯化物。在坑里氯化物水解，使小坑內(nèi)pH值下降，局部溶液呈酸性，對(duì)金屬進(jìn)行腐蝕，造成多余的金屬離子，為平衡蝕坑內(nèi)的電中性，外部的氯離子不斷向坑內(nèi)遷移，使坑內(nèi)氯離子濃度升高，水解加劇，加快金屬的腐蝕。如此循環(huán)，形成自催化，向蝕坑的深度方向發(fā)展，形成深蝕孔，直至形成穿孔泄漏。2/3/202358熱交換器的定期檢驗(yàn)問題3：在此條件下，是否會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，說明理由。參考答案：在此條件下，不會(huì)發(fā)生Cl化物應(yīng)力腐蝕開裂。根據(jù)GB/T30579-2014中失效模式的判別，一般隨著溫度的升高，氯化物應(yīng)力腐蝕裂紋產(chǎn)生傾向增加，裂紋常見于金屬溫度60℃或更高的場(chǎng)合。另外，該換熱器管程為碳鋼（HIC鋼）不銹鋼襯里，封頭進(jìn)行了整體熱處理，焊縫殘余應(yīng)力水平較低。2/3/202359熱交換器的定期檢驗(yàn)注：氯化物應(yīng)力腐蝕開裂主要影響因素發(fā)生氯化物應(yīng)力腐蝕開裂三要素：敏感材料、特定環(huán)境、拉伸應(yīng)力a)溫度：隨著溫度的升高，氯化物應(yīng)力腐蝕裂紋產(chǎn)生傾向增加。裂紋常見于金屬溫度60℃或更高的場(chǎng)合；b)濃度：隨著氯化物濃度的升高，氯化物應(yīng)力腐蝕傾向增加。但在很多場(chǎng)合氯化物具有自動(dòng)濃縮聚集的可能，所以介質(zhì)中氯化物含量即使很低也未必一定不發(fā)生應(yīng)力腐蝕；c)伴熱或蒸發(fā)條件：如果存在伴熱或蒸發(fā)條件將可能導(dǎo)致氯化物局部濃縮聚集，顯著增加氯化物應(yīng)力腐蝕裂紋增加的傾向性。處于干—濕、水—汽交替的環(huán)境具有類似的傾向性；d)pH值：在堿性溶液中，應(yīng)力腐蝕裂紋傾向較低。e)應(yīng)力：對(duì)于加壓冷作制成的金屬構(gòu)件，具有較高的殘余應(yīng)力，開裂敏感性大，比如冷沖壓制成的奧氏體不銹鋼封頭。對(duì)于因載荷或結(jié)構(gòu)等造成的局部高應(yīng)力同樣可能導(dǎo)致開裂敏感性高；f)鎳含量：鎳含量在8%～12%（質(zhì)量比）間的材料易產(chǎn)生氯化物應(yīng)力腐蝕裂紋，材料鎳含量大于35%（質(zhì)量比）時(shí)具有較高的抗氯化物應(yīng)力腐蝕能力，材料鎳含量大于45%（質(zhì)量比）時(shí)，基本上不會(huì)產(chǎn)生氯化物應(yīng)力腐蝕裂紋；g)材質(zhì)或組織：鐵素體不銹鋼比奧氏體不銹鋼具有更高的抗氯化物應(yīng)力腐蝕能力，碳鋼、低合金鋼對(duì)氯化物應(yīng)力腐蝕開裂不敏感。2/3/202360熱交換器的定期檢驗(yàn)問題4：管殼式熱交換器不同部件的檢驗(yàn)重點(diǎn)、可能的損傷模式及檢驗(yàn)方法是什么有哪些。2/3/202361熱交換器的定期檢驗(yàn)例題10目的：了解失效損傷模式和換熱器殼體流動(dòng)特性某天然氣處理廠，換熱器為再生塔塔底重沸器，設(shè)備結(jié)構(gòu)圖見圖1。該容器按酸性環(huán)境使用設(shè)計(jì)，制造時(shí)進(jìn)行了593℃+10℃的消應(yīng)力熱處理，設(shè)備參數(shù)見表2。該設(shè)備運(yùn)行1年，發(fā)生換熱器泄漏，將換熱管抽芯檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)生腐蝕的部位主要在殼程折流板、介質(zhì)不流動(dòng)或流速較慢部位和氣相空間部位，發(fā)生較大面積的局部腐蝕坑，腐蝕形貌見圖2~5。圖1設(shè)備結(jié)構(gòu)圖2/3/202362熱交換器的定期檢驗(yàn)2/3/202363熱交換器的定期檢驗(yàn)圖2折流板部位圖3殼程出口接管局部腐蝕圖4管板法蘭部位圖5殼程筒體上部2/3/202364熱交換器的定期檢驗(yàn)注：對(duì)于胺液再生系統(tǒng)，當(dāng)溫度在40~50℃時(shí)，吸收能力較強(qiáng)；隨著溫度升高，吸收的H2S和CO2容易析出，形成酸性氣體。當(dāng)溫度達(dá)到100~110℃時(shí)，吸附的酸性氣體析出，在殼程流動(dòng)時(shí)，容易在折流板死區(qū)或流速較慢部位以及管板部位形成酸性環(huán)境，進(jìn)而加速腐蝕。2/3/202365熱交換器的定期檢驗(yàn)問題1.按照GB/T30579-2014損傷模式的識(shí)別，缺陷可能存在的損傷機(jī)理有哪些？并描述其機(jī)理？參考答案：潛在的損傷模式可能有，濕的H2S腐蝕、C02腐蝕和胺腐蝕等。濕的H2S腐蝕：含有硫化氫且pH值介于4.5和7.0之間的酸性水引起的金屬腐蝕，介質(zhì)中有時(shí)可能含有二氧化碳。損傷機(jī)理陽(yáng)極反應(yīng)：Me→Men++ne陰極反應(yīng)：

2H＋+2e→H2損傷形態(tài)碳鋼的酸性水腐蝕一般為均勻減薄，有氧存在時(shí)易發(fā)生局部腐蝕，形成沉積垢時(shí)可能發(fā)生垢下局部侵蝕，含CO2的環(huán)境可能伴有碳酸鹽應(yīng)力腐蝕；奧氏體不銹鋼易發(fā)生點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕，有時(shí)伴有氯化物應(yīng)力腐蝕。敏感材料碳鋼耐酸性水腐蝕能力較低；奧氏體不銹鋼、銅合金和鎳基合金耐腐蝕能力較好。2/3/202366熱交換器的定期檢驗(yàn)主要影響因素H2S濃度：腐蝕速率隨酸性水中H2S濃度的升高而增大，酸性水中H2S濃度取決于氣相中H2S分壓、溫度和pH值，在一定的壓力下，酸性水中的H2S濃度隨溫度增加而降低；pH值：H2S濃度增加會(huì)降低溶液的pH值，最低可達(dá)4.5，形成較強(qiáng)的酸性環(huán)境，腐蝕加劇。pH高于4.5時(shí)會(huì)形成硫化亞鐵保護(hù)膜，降低腐蝕速率。有些場(chǎng)合則可能形成一個(gè)多孔的硫化物厚膜，不僅不能降低均勻腐蝕速率，甚至?xí)觿」赶赂g；雜質(zhì)：HCl和CO2會(huì)降低pH值（酸性更強(qiáng)），氨會(huì)增加pH值且可能形成堿性酸性水，即硫氫化銨腐蝕。空氣或氧化劑的存在會(huì)增加腐蝕，并導(dǎo)致點(diǎn)蝕或垢下腐蝕；流速：高流速?zèng)_刷易致硫化亞鐵保護(hù)膜被破壞，腐蝕速率增大。2/3/202367熱交換器的定期檢驗(yàn)C02腐蝕：損傷機(jī)理-金屬在潮濕的二氧化碳環(huán)境（碳酸）中遭受的腐蝕。

H2O+CO2+Fe→FeCO3+H2損傷形態(tài)腐蝕多發(fā)生于氣液相界面和液相系統(tǒng)內(nèi)，以及可能產(chǎn)生冷凝液的氣相系統(tǒng)冷凝液部位；腐蝕區(qū)域壁厚局部減薄，可能形成蝕坑或蝕孔；介質(zhì)流動(dòng)沖刷或沖擊作用的部位可能形成腐蝕溝槽。主要影響因素濃度（pH值）：CO2濃度增高，pH值降低，腐蝕性增強(qiáng)；溫度：溫度低于60℃，主要發(fā)生均勻腐蝕，腐蝕速率較低；溫度升高至60~110℃范圍內(nèi)，金屬表面可生成具有一定保護(hù)性的腐蝕產(chǎn)物膜，未得到保護(hù)部位發(fā)生局部腐蝕，腐蝕速率較大；溫度繼續(xù)升高至110~150℃范圍內(nèi)，均勻腐蝕速率高，且局部腐蝕嚴(yán)重（可形成深腐蝕孔），腐蝕產(chǎn)物為厚而松的FeCO3粗結(jié)晶；溫度超過150℃，形成細(xì)致FeCO3和Fe3O4膜，腐蝕速率較低；2/3/202368熱交換器的定期檢驗(yàn)腐蝕雜質(zhì)：Cl-的存在可使CO2在溶液中的溶解度減少，腐蝕速率有一定程度的降低；含有H2S雜質(zhì)時(shí)，腐蝕速率增大；介質(zhì)中的HCO3-會(huì)抑制FeCO3的溶解，促進(jìn)鈍化膜的形成，降低腐蝕速率；介質(zhì)中Ca2+，Mg2+的存在增大溶液離子濃度，使CO2溶解量減少，結(jié)垢傾向增大，均勻腐蝕速率降低，局部腐蝕速率增大；介質(zhì)中存在O2時(shí)可引起嚴(yán)重腐蝕；流速：流速越大，腐蝕速率越大；合金元素：Cr元素可提高耐蝕性，Ni可促進(jìn)CO2腐蝕，Mo、Si、Co可抑制CO2腐蝕；腐蝕產(chǎn)物膜：腐蝕產(chǎn)物膜可由Fe(HCO3)2、FeCO3、Fe3O4、FeS及金屬氧化物等不同的物質(zhì)組成，保護(hù)作用以Fe(HCO3)2最好，F(xiàn)eCO3最差。2/3/202369熱交換器的定期檢驗(yàn)胺腐蝕：胺腐蝕并非直接由胺本身造成，而是胺液中溶解的酸性氣體(二氧化碳和硫化氫)、胺降解產(chǎn)物、耐熱胺鹽(HSAS)和其它腐蝕性雜質(zhì)引起的金屬腐蝕。損傷形態(tài)碳鋼和低合金鋼遭受胺腐蝕時(shí)可表現(xiàn)為均勻減薄或局部減薄，以及沉積物垢下腐蝕；介質(zhì)流速較低時(shí)，多為均勻減薄，介質(zhì)高流速并伴有紊流時(shí)，多為局部減薄。敏感材料:碳鋼、低合金鋼。2/3/202370熱交換器的定期檢驗(yàn)主要影響因素:介質(zhì)：介質(zhì)對(duì)碳鋼和低合金鋼的侵蝕性從大到小的次序?yàn)閱我掖及?MEA)、二甘醇胺(DGA)、二異丙胺(DIPA)、二乙醇胺(DEA)和甲基二乙醇胺(MDEA)；耐熱胺鹽：濃度超過2%（質(zhì)量比）時(shí)，腐蝕性較強(qiáng)，且腐蝕能力隨濃度的增大而上升；雜質(zhì)：氨、硫化氫和HCN(氰化氫)等雜質(zhì)會(huì)加速腐蝕；溫度：腐蝕速率隨著溫度升高而增大。溫度高于104℃時(shí)可因酸性氣體閃蒸導(dǎo)致嚴(yán)重局部腐蝕；流速：低流速區(qū)一般呈均勻減薄，高流速區(qū)尤其存在強(qiáng)紊流時(shí)會(huì)造成局部減薄。2/3/202371例題11目的：機(jī)械損傷處理方法某石化廠進(jìn)行設(shè)備大檢修，對(duì)一臺(tái)BES型原料水冷卻器抽芯時(shí)，將殼程筒體母材劃傷（如圖1），該容器基本參數(shù)見表1：該容器2014年10月投入使用，本次為首次定期檢驗(yàn)。圖1表面機(jī)械劃傷缺陷熱交換器的定期檢驗(yàn)2/3/202372熱交換器的定期檢驗(yàn)問題1請(qǐng)問針對(duì)該機(jī)械接觸損傷應(yīng)如何檢驗(yàn)，并如何處理。參考答案：對(duì)該處機(jī)械接觸損傷進(jìn)行打磨至與周圍母材圓滑過渡，對(duì)打磨形成的凹坑進(jìn)行表面無損檢測(cè)，不允許有裂紋。如果有裂紋，應(yīng)當(dāng)打磨消除，凹坑尺寸及表面狀況在符合凹坑評(píng)定的情況下，按照TSG21-20168.5.4進(jìn)行凹坑評(píng)定，在允許范圍內(nèi)則不影響定級(jí)；否則應(yīng)找有資質(zhì)的壓力容器修理單位進(jìn)行補(bǔ)焊或進(jìn)行應(yīng)力分析，補(bǔ)焊并打磨至與母材平齊，經(jīng)表面無損檢測(cè)合格或者應(yīng)力分析結(jié)果表明不影響安全使用的，可以定為2級(jí)或3