热交换器定期检验-全国压力容器检验员RQ-1

1、2022-2-101 热交换器的定期检验热交换器的定期检验江苏省特种设备安全监督检验研究院 王 艳 青 2022-2-102热交换器的定期检验热交换器的定期检验主要内容一、换热器的分类二、换热器的结构形式（例题1-4）三、结垢的危害和清洗四、换热器缺陷问题及处理（例题5-13）五、检验记录&报告问题及处理（例题14-15）2022-2-103热交换器的定期检验热交换器的定期检验 一、换热器的分类 A 按作用原理分：1.直接接触式换热器2.蓄热式换热器(回流式换热器、蓄热器)3.间壁式换热器(表面式和间接式换热器)B 按用途分：1.加热器2.预热器3.过热器4.蒸发器 5.再沸器6.冷却器7.冷

2、凝器C 按传热面形状和结构分1.管式换热器2.板式换热器3.特殊形式换热器D 按作用材料分：1.金属材料换热器 2.非金属材料换热器2022-2-104二、换热器结构形式（例题二、换热器结构形式（例题1 1）管壳式管壳式热交换器按结构形式可分热交换器按结构形式可分a.a.固定管板式固定管板式b.b.浮头式浮头式c.Uc.U形管式形管式d.d.釜式釜式e.e.填料函式填料函式热交换器的定期检验热交换器的定期检验 2022-2-105热交换器的定期检验热交换器的定期检验 nA.固定管板式热交换器的结构优缺点固定管板式热交换器的结构优缺点(例题例题2Q1)n特点是结构简单、紧凑、没有壳程密封的问题，

3、而特点是结构简单、紧凑、没有壳程密封的问题，而且往往是管板兼作法兰。其适用于：且往往是管板兼作法兰。其适用于：na) 管、壳程温差较大，但压力不高的场合管、壳程温差较大，但压力不高的场合(因为温差因为温差大，要加膨胀节，而膨胀节耐压能力差）；大，要加膨胀节，而膨胀节耐压能力差）；nb) 管、壳程温差不大，而压力较高的场合；管、壳程温差不大，而压力较高的场合；nc) 壳程无法机械清洗，故要求壳程介质干净；或虽壳程无法机械清洗，故要求壳程介质干净；或虽会结垢，但通过化学清而能去除的场合；会结垢，但通过化学清而能去除的场合；n d) 布管多，锻件少，一次性投资低；但不可更换布管多，锻件少，一次性投资

4、低；但不可更换管束，整台设备往往由换热管损坏而更换，故设备运管束，整台设备往往由换热管损坏而更换，故设备运行周期短。行周期短。2022-2-106热交换器的定期检验热交换器的定期检验2022-2-107热交换器的定期检验热交换器的定期检验 使用温度和压力的限制使用温度和压力的限制n缺点：由于换热管、管板和壳体焊在一起，故换缺点：由于换热管、管板和壳体焊在一起，故换热管与壳体间的金属壁温差引起的温差应力是其热管与壳体间的金属壁温差引起的温差应力是其致命的弱点，因为在固定管板换热器的管板温差致命的弱点，因为在固定管板换热器的管板温差应力计算中，要校核以下三个方面的应力和力：应力计算中，要校核以下三

5、个方面的应力和力：n 按有温差的各种工况算出的壳体轴向应力按有温差的各种工况算出的壳体轴向应力c，n 换热管轴向应力换热管轴向应力t，n 换热管与管板之间连接拉脱力换热管与管板之间连接拉脱力qn当壳体与换热管金属温差当壳体与换热管金属温差(注意不是介质温差注意不是介质温差)高于高于50时一般应设置膨胀节。时一般应设置膨胀节。2022-2-108热交换器的定期检验热交换器的定期检验热交换器划线的零部件（热交换器划线的零部件（1-6）名称（）名称（Q2）1.折流板；折流板；2.管束；管束；3.壳体；壳体；4.封头；封头；5.接管；接管；6.管板。管板。2022-2-109热交换器的定期检验热交换器

6、的定期检验nB U型管式热交换器的结构优缺点（例题型管式热交换器的结构优缺点（例题3Q1）nU 形管式换热器在换热器中是唯一适用于高温、高压和高温形管式换热器在换热器中是唯一适用于高温、高压和高温差的换热器差的换热器,特点如下：特点如下：n以以U 形换热管尾端的自由浮动解决温差应力，可用于高温差；形换热管尾端的自由浮动解决温差应力，可用于高温差；n只有一块管板，加之法兰的数量也少，故结构简单而且泄漏只有一块管板，加之法兰的数量也少，故结构简单而且泄漏点少；点少；n可以进行抽芯清洗；可以进行抽芯清洗；n由于弯管由于弯管Rmin 的限制，分程间距宽，故比固定管板换热器排的限制，分程间距宽，故比固定

7、管板换热器排管略少。管略少。n管程流速太高时，将会对管程流速太高时，将会对U 形弯管段产生严重的冲蚀，影响形弯管段产生严重的冲蚀，影响寿命，尤其寿命，尤其R 小的管子。小的管子。n换热管泄漏时，除外圈换热管泄漏时，除外圈U 形管外，不能更换，只能堵管。形管外，不能更换，只能堵管。2022-2-1010热交换器的定期检验热交换器的定期检验热交换器划线的零部件（热交换器划线的零部件（1-8）名称（例题）名称（例题3Q2）1.凸形封头（管程）；凸形封头（管程）；2.中间挡板；中间挡板；3.U形换热管；形换热管；4. 凸形封头（壳程）；凸形封头（壳程）；5.补强圈；补强圈；6.鞍式支座；鞍式支座；7.

8、 内导流筒；内导流筒；8.壳体法兰。壳体法兰。2022-2-1011热交换器的定期检验热交换器的定期检验nC 浮头式热热交换器的结构优缺点（例题浮头式热热交换器的结构优缺点（例题4Q1）n浮头式热交换器管束膨胀不受壳体约束，管程浮头式热交换器管束膨胀不受壳体约束，管程可分为多程，能在较高温度和压力条件下工作，可分为多程，能在较高温度和压力条件下工作，管束可以抽出。管壳式热交换器最少具有两个流管束可以抽出。管壳式热交换器最少具有两个流程，通常为管程和壳程。管程流体所流经的空间程，通常为管程和壳程。管程流体所流经的空间都属于管程。属于主要受压元件的有管束、管板、都属于管程。属于主要受压元件的有管束

9、、管板、浮头、管箱和一部分壳体。管箱是可以是带一段浮头、管箱和一部分壳体。管箱是可以是带一段圆筒的封头，也可以是圆筒加平盖。优点如下：圆筒的封头，也可以是圆筒加平盖。优点如下：2022-2-1012热交换器的定期检验热交换器的定期检验na)可抽式管束，当换热管为正方形或转角正方形排列时，管束可抽式管束，当换热管为正方形或转角正方形排列时，管束可抽出进行管间机械清洗，适用于壳程易结焦及堵塞的工况；可抽出进行管间机械清洗，适用于壳程易结焦及堵塞的工况；nb)一端管板夹持，一端内浮头型式可自由浮动，故无需考虑温一端管板夹持，一端内浮头型式可自由浮动，故无需考虑温差应力，可用于大温差的场合；差应力，可

10、用于大温差的场合；nc)浮头结构复杂，影响排管数，加之处于壳程介质内的浮头密浮头结构复杂，影响排管数，加之处于壳程介质内的浮头密封面操作中发生泄漏时很难采取措施；封面操作中发生泄漏时很难采取措施；nd)压力试验时的试压太具复杂。压力试验时的试压太具复杂。n缺点如下：缺点如下：n内浮头结构限制了使用压力和温度内浮头结构限制了使用压力和温度,故一般情况其使用限制为故一般情况其使用限制为Pmax6.4 MPa; Tmax400（450）；）；n对于大直径（对于大直径（DN1200mm），而压力又较高时，浮头端密封），而压力又较高时，浮头端密封结构的设计和制造尤其是浮头内螺柱热松弛始终是个难题，而对结

11、构的设计和制造尤其是浮头内螺柱热松弛始终是个难题，而对壳程为加热介质时，更为突出。壳程为加热介质时，更为突出。2022-2-1013热交换器的定期检验热交换器的定期检验下图所示热交换器划线的零部件（下图所示热交换器划线的零部件（1-8）名称）名称（例题（例题4Q2）1.固定管板；固定管板；2.壳程圆筒；壳程圆筒；3.换热管；换热管；4.浮头法浮头法兰；兰；5.浮动管板；浮动管板；6.管箱圆筒；管箱圆筒；7.分程隔板。分程隔板。2022-2-1014热交换器的定期检验热交换器的定期检验2022-2-1015热交换器的定期检验热交换器的定期检验2022-2-1016热交换器的定期检验热交换器的定期

12、检验换热器型号的表示方法级换热器管/壳程数，单壳程时写公称长度（）， 换热管外径（）公称换热面积（）管/壳程设计压力（),压力相等时只写公称直径（），对于釜式重沸器用分数表示，分子为管箱内直径，分母为圆筒内直径。第一个字母代表前端管箱型式第二个字母代表壳体型式第三个字母代表后端结构型式2022-2-1017热交换器的定期检验热交换器的定期检验举例举例1、浮头式换热器 平盖管箱，公称直径500mm，管程和壳程设计压力均为1.6MPa，公称换热面积54，较高级冷拔换热管外径25mm，管长6m，4管程单壳程的浮头式换热器，其型号为： AES500-1.6-54-6/25-42、固定管板式换热器 封头

13、管箱，公称直径700mm，管程设计压力2.5MPa，壳程设计压力1.6MPa，公称换热面积200 ，较高级冷拔换热管外径25mm,管长9m，4管程单壳程的固定管板式换热器，其型号为： BEM700-2.5/1.6-200-9/25-43、U型管式换热器 封头管箱，公称直径500mm，管程设计压力4.0MPa，壳程设计压力1.6MPa，公称换热面积75 ，较高级冷拔换热管外径19mm,管长6m，2管程单壳程的U型管式换热器，其型号为： BIU500-4.0/1.6-75-6/19-22022-2-1018热交换器的定期检验热交换器的定期检验管壳式换热器的主要零部件（一）换热管及在管板上的排列方式

14、2022-2-1019热交换器的定期检验热交换器的定期检验（二）管板及换热管的连接n胀接n焊接n二者并用（胀焊并用）2022-2-1020热交换器的定期检验热交换器的定期检验2022-2-1021热交换器的定期检验热交换器的定期检验（三）壳体及管板的连接（四）管箱（五）折流板2022-2-1022热交换器的定期检验热交换器的定期检验（六）管程和壳程数2022-2-1023热交换器的定期检验热交换器的定期检验n四、结垢的危害和清洗四、结垢的危害和清洗n换热器管束除垢的方法主要有下列三种。n1、手工或机械方法 n2、冲洗法nA 逆流冲洗2022-2-10242022-2-1025热交换器的定期检验

15、热交换器的定期检验B 高压水枪冲洗法2022-2-1026热交换器的定期检验热交换器的定期检验n3、化学除垢2022-2-1027热交换器的定期检验热交换器的定期检验n例题例题5 n目的：换热器常见的缺陷和成因目的：换热器常见的缺陷和成因n固定管板式热交换器常见的缺陷有哪些？以及缺固定管板式热交换器常见的缺陷有哪些？以及缺陷形成的可能原因？陷形成的可能原因？n对于固定管板式热交换器常见的缺陷失效模式：对于固定管板式热交换器常见的缺陷失效模式：换热管腐蚀、结垢、振动引起的折流板处换热管机换热管腐蚀、结垢、振动引起的折流板处换热管机械磨损、温差应力引起的孔桥和焊缝开裂、管板焊械磨损、温差应力引起的

16、孔桥和焊缝开裂、管板焊接接头应力腐蚀开裂、封头隔板变形和开裂、管箱接接头应力腐蚀开裂、封头隔板变形和开裂、管箱腐蚀和机械磨损、进出口管减薄和不流动或流速较腐蚀和机械磨损、进出口管减薄和不流动或流速较慢区域换热管气蚀减薄。慢区域换热管气蚀减薄。2022-2-1028热交换器的定期检验热交换器的定期检验换热管腐蚀：在管内为加热介质换热管腐蚀：在管内为加热介质,壳体为被加热介质时，壳体为被加热介质时，冷热介质的热交换是通过热介质的多回程流动来实现冷热介质的热交换是通过热介质的多回程流动来实现的。当介质进入热交换器时，若压力无变化，温度降的。当介质进入热交换器时，若压力无变化，温度降低，将会导致介质中

17、饱和态的水蒸汽冷凝，腐蚀性介低，将会导致介质中饱和态的水蒸汽冷凝，腐蚀性介质如质如H2S、CO2、HCL等溶解与水中形成酸性腐蚀环等溶解与水中形成酸性腐蚀环境导致减薄。境导致减薄。 换热管冷凝酸性水腐蚀换热管冷凝酸性水腐蚀 管板角焊缝腐蚀2022-2-1029热交换器的定期检验热交换器的定期检验结垢：介质结垢将会导致垢下腐蚀，在循环水系统尤为结垢：介质结垢将会导致垢下腐蚀，在循环水系统尤为突出。冷却水出口温度或工艺物料侧入口温度的升高会突出。冷却水出口温度或工艺物料侧入口温度的升高会增加腐蚀速率和结垢倾向。工艺物料侧的温度高于增加腐蚀速率和结垢倾向。工艺物料侧的温度高于60时淡水冷却水存在结垢

18、倾向，工艺物料侧温度继续升高时淡水冷却水存在结垢倾向，工艺物料侧温度继续升高或冷却水入口温度升高时，这一倾向更明显。垢层可由或冷却水入口温度升高时，这一倾向更明显。垢层可由矿物沉淀（硬的）、淤泥、悬浮的有机材料、腐蚀产物、矿物沉淀（硬的）、淤泥、悬浮的有机材料、腐蚀产物、轧制氧化皮、海水和微生物生长形成，造成垢下腐蚀。轧制氧化皮、海水和微生物生长形成，造成垢下腐蚀。 壳程换热管腐蚀壳程换热管腐蚀 隔板垢下腐蚀2022-2-1030热交换器的定期检验热交换器的定期检验机械磨损：两相互接触的表面产生相对摩擦运动，接触机械磨损：两相互接触的表面产生相对摩擦运动，接触点形成的粘着与滑溜不断相互交替，造

19、成材料表面损伤点形成的粘着与滑溜不断相互交替，造成材料表面损伤的过程。由于许多热交换器在检修中都会将管束抽出，的过程。由于许多热交换器在检修中都会将管束抽出，在抽出管束时比较容易在壳体上形成机械损伤。另外，在抽出管束时比较容易在壳体上形成机械损伤。另外，折流板与孔板引起的振动也容易引起换热管的机械磨损。折流板与孔板引起的振动也容易引起换热管的机械磨损。 换热器抽芯磨损换热器抽芯磨损 折流板和换热管振动磨损折流板和换热管振动磨损2022-2-1031热交换器的定期检验热交换器的定期检验温差应力孔桥开裂：由于在各种复杂的工况下，考温差应力孔桥开裂：由于在各种复杂的工况下，考虑到壳体的轴向应力和换热

20、管的轴向应力以及管板虑到壳体的轴向应力和换热管的轴向应力以及管板与换热管焊接接头残余应力，当轴向应力大于拉脱与换热管焊接接头残余应力，当轴向应力大于拉脱力时，最可能引起失效的就是管板与换热管的连接力时，最可能引起失效的就是管板与换热管的连接部位开裂。部位开裂。 管板开裂管板开裂 管板角焊缝开裂2022-2-1032热交换器的定期检验热交换器的定期检验n管板焊接接头应力腐蚀开裂：应力腐蚀的发生的必要条件是拉应管板焊接接头应力腐蚀开裂：应力腐蚀的发生的必要条件是拉应力、腐蚀介质和材料敏化温度条件同时具备的情况下才可能发生。力、腐蚀介质和材料敏化温度条件同时具备的情况下才可能发生。通常情况下，换热器

21、筒体、封头和换热管会分开进行热处理，而焊通常情况下，换热器筒体、封头和换热管会分开进行热处理，而焊接接头通常会局部热处理，并且由于管板的厚度较大，焊接条件较接接头通常会局部热处理，并且由于管板的厚度较大，焊接条件较差，热处理效果较为不理想，焊接接头的残余应力水平较高，在腐差，热处理效果较为不理想，焊接接头的残余应力水平较高，在腐蚀介质条件下，将会发生应力腐蚀开裂。蚀介质条件下，将会发生应力腐蚀开裂。n封头隔板变形和开裂：由于热交换器的工艺特性是两种以上的介封头隔板变形和开裂：由于热交换器的工艺特性是两种以上的介质进行热量交换，因此在热交换器中形成温度差是不可避免的。另质进行热量交换，因此在热交

22、换器中形成温度差是不可避免的。另外，运行压力的波动和换热器进、出口压差的增大，也会导致隔板外，运行压力的波动和换热器进、出口压差的增大，也会导致隔板的开裂和变形。的开裂和变形。n 隔板变形隔板变形2022-2-1033热交换器的定期检验热交换器的定期检验进出口管冲蚀减薄：流体与金属之间产生切应力，能进出口管冲蚀减薄：流体与金属之间产生切应力，能剥离金属表面层或腐蚀产物，使新鲜的金属表面暴露剥离金属表面层或腐蚀产物，使新鲜的金属表面暴露出来，形成快速腐蚀。换热器进出口管，由于流速较出来，形成快速腐蚀。换热器进出口管，由于流速较快，可以在很短的时间内造成局部严重腐蚀，典型情快，可以在很短的时间内造

23、成局部严重腐蚀，典型情况有腐蚀坑、沟、锐槽、蚀孔和波纹状形貌，且具有况有腐蚀坑、沟、锐槽、蚀孔和波纹状形貌，且具有一定的方向性。一定的方向性。 接管内部腐蚀图片接管内部腐蚀图片2022-2-1034热交换器的定期检验热交换器的定期检验n不流动或流速较慢区域换热管气蚀减薄：由于热不流动或流速较慢区域换热管气蚀减薄：由于热交换器是一个热交换的过程，伴随着液体将会发生交换器是一个热交换的过程，伴随着液体将会发生部分汽化，生成的气泡聚积长大，急剧收缩破裂，部分汽化，生成的气泡聚积长大，急剧收缩破裂，以至溃灭，气泡周围的液体以极高的速度冲向原气以至溃灭，气泡周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占空间，产生

24、高强度的冲击波，导致减薄。比泡所占空间，产生高强度的冲击波，导致减薄。比如换热器靠近管板侧、如换热器靠近管板侧、U型换热器型换热器U型部位和折流型部位和折流板根部。板根部。n注：在折流板处，容易引起气蚀和垢下腐蚀。注：在折流板处，容易引起气蚀和垢下腐蚀。2022-2-1035热交换器的定期检验热交换器的定期检验n折流板既用来支撑换热管，又使其产生理想的壳程折流板既用来支撑换热管，又使其产生理想的壳程流速，还可以减少换热管无支撑跨距避免流体诱导振流速，还可以减少换热管无支撑跨距避免流体诱导振动，因此折流板在换热器壳程设计中无论是对传热还动，因此折流板在换热器壳程设计中无论是对传热还是对压降都占有

25、重要位置。是对压降都占有重要位置。n折流板切口，可在壳体内径折流板切口，可在壳体内径15%45%之间变化，之间变化，过大或过小的切口都会使壳程的传热效率下降，过大过大或过小的切口都会使壳程的传热效率下降，过大或过小及适宜的切口流体流动的状态见图。不同切口或过小及适宜的切口流体流动的状态见图。不同切口的流动状态的流动状态2022-2-1036热交换器的定期检验热交换器的定期检验na）型为过小的切口，）型为过小的切口，B 股流喷射似的穿入切口，随后股流喷射似的穿入切口，随后呈呈S 形横流过管束，会在折流板的顶部区域内形成很大形横流过管束，会在折流板的顶部区域内形成很大的流体循环旋流；而且过小的切口

26、还会使漏流增加的流体循环旋流；而且过小的切口还会使漏流增加;nb）型为过大的切口，物流主体越过折流板顶尖之间形）型为过大的切口，物流主体越过折流板顶尖之间形成的纵向流（顺流），此时压降虽小，但传热影响很大，成的纵向流（顺流），此时压降虽小，但传热影响很大，而且还会形成流体的循环漩涡；而且还会形成流体的循环漩涡；nc）型为）型为20%35%Di 的切口，是适宜的，物流主体为的切口，是适宜的，物流主体为横流（也包含一部分顺流）。横流（也包含一部分顺流）。2022-2-1037热交换器的定期检验热交换器的定期检验n例题例题6 n目的：换热器常见的缺陷和成因目的：换热器常见的缺陷和成因n管壳式釜式重沸

27、器的常见的缺陷有哪些？以及缺陷管壳式釜式重沸器的常见的缺陷有哪些？以及缺陷形成的可能原因？形成的可能原因？n 釜式重沸器结构图釜式重沸器结构图2022-2-1038热交换器的定期检验热交换器的定期检验n主要损伤模式：换热管壁和容器内壁的腐蚀、管板与换主要损伤模式：换热管壁和容器内壁的腐蚀、管板与换热管之间的缝隙腐蚀、由于温差应力引起的分程隔板及热管之间的缝隙腐蚀、由于温差应力引起的分程隔板及焊缝和管板孔桥及管口裂纹。焊缝和管板孔桥及管口裂纹。n换热管壁和容器内壁的酸性水腐蚀：通常为管程热介质换热管壁和容器内壁的酸性水腐蚀：通常为管程热介质加热壳程其冷介质，所以管程常为高温、高压参数（通加热壳程

28、其冷介质，所以管程常为高温、高压参数（通常常6.4MPa）。结构形式决定了其放热管（管程）在其）。结构形式决定了其放热管（管程）在其壳体内可自由膨胀而不受限制。在壳程被加热时，介质壳体内可自由膨胀而不受限制。在壳程被加热时，介质物料中含有的腐蚀性介质物料中含有的腐蚀性介质H2S、CO2和水分会被气化进和水分会被气化进入汽化空间，当换热器汽化能力不足或外部保温破损时，入汽化空间，当换热器汽化能力不足或外部保温破损时，将会在换热管管壁、容器顶部和出口部位发生冷凝，形将会在换热管管壁、容器顶部和出口部位发生冷凝，形成酸性腐蚀环境，加速腐蚀。成酸性腐蚀环境，加速腐蚀。2022-2-1039热交换器的定

29、期检验热交换器的定期检验注：重沸器是具有汽化空间的一种特殊换热器。在重沸器中的注：重沸器是具有汽化空间的一种特殊换热器。在重沸器中的物料液位和分馏塔液位在同一高度。塔底的液相物质进入到再物料液位和分馏塔液位在同一高度。塔底的液相物质进入到再沸器中，经过管内热介质（放热）的加热，约有沸器中，经过管内热介质（放热）的加热，约有25-30%的液的液相被汽化后被送回到分馏塔中。在重沸器内，由于物料的汽化相被汽化后被送回到分馏塔中。在重沸器内，由于物料的汽化液位不断降低，由于静压差的作用，分馏塔底部的比重较大的液位不断降低，由于静压差的作用，分馏塔底部的比重较大的物料液将会不断补充被蒸发的那部分空间，从

30、而形成重沸器的物料液将会不断补充被蒸发的那部分空间，从而形成重沸器的热虹吸循环。热虹吸循环。 换热器顶部腐蚀换热器顶部腐蚀2022-2-1040热交换器的定期检验热交换器的定期检验管板管桥开裂：金属材料受到急剧的加热或冷却时，其管板管桥开裂：金属材料受到急剧的加热或冷却时，其内部将产生较大温差，引起较大冲击热应力，甚至可能内部将产生较大温差，引起较大冲击热应力，甚至可能超过材料的屈服极限，导致开裂或金属部件损坏。常见超过材料的屈服极限，导致开裂或金属部件损坏。常见情况如某一较冷液体与另一较热金属表面接触时，易发情况如某一较冷液体与另一较热金属表面接触时，易发生热冲击。并且由于管板焊接接头残余应

31、力较大、也是生热冲击。并且由于管板焊接接头残余应力较大、也是结构不连续的部位，当温度波动时，将会产生较高热应结构不连续的部位，当温度波动时，将会产生较高热应力，导致在管板管桥处萌生裂纹，导致开裂。力，导致在管板管桥处萌生裂纹，导致开裂。n缝隙腐蚀：主要发生在管板与换热管的缝隙处。缝隙缝隙腐蚀：主要发生在管板与换热管的缝隙处。缝隙腐蚀是由电介质溶液存在，在金属与金属及金属和非金腐蚀是由电介质溶液存在，在金属与金属及金属和非金属之间构成狭窄的缝隙内，介质的迁移受到阻滞时而产属之间构成狭窄的缝隙内，介质的迁移受到阻滞时而产生的一种局部腐蚀形态，缝内腐蚀产物的体积增大，形生的一种局部腐蚀形态，缝内腐蚀

32、产物的体积增大，形成局部应力。成局部应力。2022-2-1041热交换器的定期检验热交换器的定期检验n注：管接头的质量是管壳式换热器质量的最重要的标志，换注：管接头的质量是管壳式换热器质量的最重要的标志，换热器的失效绝大多数集中在管接头上，因此选用安全、可靠的热器的失效绝大多数集中在管接头上，因此选用安全、可靠的管接头型式，研制相应的加工设备与技术是换热器制造技术的管接头型式，研制相应的加工设备与技术是换热器制造技术的关键课题。管接头的型式有以下几种：关键课题。管接头的型式有以下几种：na）强度胀）强度胀 b）强度焊）强度焊nc）强度胀）强度胀+密封焊密封焊 d）强度焊）强度焊+贴胀贴胀管接头

33、失效的原因有：管接头失效的原因有：a）管接头因高温应力松弛失效（多半发生在强度胀中）。）管接头因高温应力松弛失效（多半发生在强度胀中）。b）管接头在高温高压下，因腐蚀而破坏；）管接头在高温高压下，因腐蚀而破坏；c）管束在横流流体冲击下产生振动，管接头疲劳破坏；）管束在横流流体冲击下产生振动，管接头疲劳破坏；d）制造工艺不合理，没有达到标准和图纸规定的要求，或接）制造工艺不合理，没有达到标准和图纸规定的要求，或接头中的残余应力过大，在操作中引起应力腐蚀和疲劳破坏。头中的残余应力过大，在操作中引起应力腐蚀和疲劳破坏。2022-2-1042热交换器的定期检验热交换器的定期检验n例题例题7 n目的：换

34、热器管板角焊缝检验目的：换热器管板角焊缝检验n某石化厂换热器为固定管板式，在运行某石化厂换热器为固定管板式，在运行2年后，发生管板焊年后，发生管板焊接接头泄漏，如下图接接头泄漏，如下图1。对其余的焊接接头采用棒阳极检测，。对其余的焊接接头采用棒阳极检测，发现在焊缝根部存在明显缺陷，见图发现在焊缝根部存在明显缺陷，见图2。对管板进行现场取样，。对管板进行现场取样，解剖分析，在管板焊接接头根部存在明显缺陷，见图解剖分析，在管板焊接接头根部存在明显缺陷，见图3，焊缝，焊缝焊接高度小于焊接高度小于1.0mm。图。图4为焊接接头示意图。为焊接接头示意图。2022-2-1043热交换器的定期检验热交换器的

35、定期检验 图图1 泄漏图泄漏图 图2 检测图 图3 管板角焊缝缺陷 图4 管板角焊缝焊接示意图2022-2-1044热交换器的定期检验热交换器的定期检验n问题问题1. 请说明焊接接头处是何种类型的缺陷？请说明焊接接头处是何种类型的缺陷？n参考答案：焊缝根部未焊透。参考答案：焊缝根部未焊透。n注：依据注：依据NB/T 47014中附录中附录D的要求，焊缝根部不允许存在未熔合的要求，焊缝根部不允许存在未熔合和裂纹缺陷。和裂纹缺陷。n依据依据NB/T 47014中附录中附录D的要求，应进行渗透检验、金相检验和角的要求，应进行渗透检验、金相检验和角焊缝厚度测量。焊缝厚度测量。n渗透检验：对渗透检验：对

36、10个焊接接头全部按个焊接接头全部按NB/T 47013规定进行，无裂纹规定进行，无裂纹合格合格n金相检验：任取呈对角线位置的两个管接头切开，两切口互相垂直，金相检验：任取呈对角线位置的两个管接头切开，两切口互相垂直，切口一侧面应通过换热管中心线，该侧面为金相检验面，共切口一侧面应通过换热管中心线，该侧面为金相检验面，共8个，其个，其中包括中包括1个取自接弧处，焊缝根部不允许存在未熔合和裂纹缺陷。个取自接弧处，焊缝根部不允许存在未熔合和裂纹缺陷。n角焊缝厚度测量：在角焊缝厚度测量：在8个金相检验面上测定。每个角焊缝厚度都应个金相检验面上测定。每个角焊缝厚度都应大于或等于大于或等于2/3b。20

37、22-2-1045热交换器的定期检验热交换器的定期检验n问题问题2. 针对该类型的缺陷，换热器管板焊接接头应进行哪些检验，针对该类型的缺陷，换热器管板焊接接头应进行哪些检验，并说明理由。并说明理由。n参考答案：根据该换热器失效形式，主要为管板焊接角焊缝根部参考答案：根据该换热器失效形式，主要为管板焊接角焊缝根部存在未焊透缺陷，并且角焊缝的焊脚高度小于存在未焊透缺陷，并且角焊缝的焊脚高度小于1.0mm。应进行目视。应进行目视检查、管板表面渗透检测和角焊缝棒阳极检测。检查、管板表面渗透检测和角焊缝棒阳极检测。n目视检查：主要是采用目视的方法（必要时利用内窥镜、放大镜目视检查：主要是采用目视的方法（

38、必要时利用内窥镜、放大镜或者其他辅助仪器设备、测量工具）检验压力容器本体结构、几何或者其他辅助仪器设备、测量工具）检验压力容器本体结构、几何尺寸、表面情况（如裂纹、腐蚀、泄漏、变形），以及焊缝、隔热尺寸、表面情况（如裂纹、腐蚀、泄漏、变形），以及焊缝、隔热层、衬里等。主要通过目视检查发现换热器管板表面腐蚀情况，管层、衬里等。主要通过目视检查发现换热器管板表面腐蚀情况，管板角焊缝腐蚀、裂纹和泄漏情况和换热管内壁腐蚀情况，必要时可板角焊缝腐蚀、裂纹和泄漏情况和换热管内壁腐蚀情况，必要时可以借助卡尺等工具，测量换热管内径的变化，确定腐蚀速率。以借助卡尺等工具，测量换热管内径的变化，确定腐蚀速率。n管

39、板表面渗透检测：采用管板表面渗透检测：采用NB/T 47013.5的方法，检测换热器管板的方法，检测换热器管板角焊缝和管桥表面缺陷情况，比如裂纹、气孔和腐蚀坑等。角焊缝和管桥表面缺陷情况，比如裂纹、气孔和腐蚀坑等。n阳极检测阳极检测RT：焊接接头：焊接接头RT检测由于焦距很短，采用小焦点、小检测由于焦距很短，采用小焦点、小能量的放射源，获得较佳的透照像质能量的放射源，获得较佳的透照像质,来评价焊接接头的缺陷情况。来评价焊接接头的缺陷情况。2022-2-1046热交换器的定期检验热交换器的定期检验注：对换热器管板与管束角焊缝内部检验时主要采用射线检验。注：对换热器管板与管束角焊缝内部检验时主要采

40、用射线检验。管束与管板连接的焊接接头管束与管板连接的焊接接头RT检测由于焦距很短，所以必须采用检测由于焦距很短，所以必须采用小焦点、小能量的放射源，而且必须解决小尺寸底片的帖片问题，小焦点、小能量的放射源，而且必须解决小尺寸底片的帖片问题，摸索出最佳的曝光时间，以便获得较佳的透照像质。所以使用的摸索出最佳的曝光时间，以便获得较佳的透照像质。所以使用的放射源为放射源为Ir192，焦点尺寸，焦点尺寸105mm，强度为，强度为0.53居里，焦居里，焦距为距为30 mm4O mm，曝光时间应，曝光时间应30s，如图，如图3。通过大量实验。通过大量实验验证，此种方法对检测换热器管束与管板连接的焊接接头内

41、部缺验证，此种方法对检测换热器管束与管板连接的焊接接头内部缺陷有较高的检出率，很好的解决这个检验难题，提高了换热器的陷有较高的检出率，很好的解决这个检验难题，提高了换热器的安全性。安全性。 管板角焊缝射线检测示意图2022-2-1047热交换器的定期检验热交换器的定期检验n例题例题8 n目的：了解换热器折流板引起的设备失效目的：了解换热器折流板引起的设备失效n某石化厂酸性水汽提塔底重沸器，该换热器为卧式固定某石化厂酸性水汽提塔底重沸器，该换热器为卧式固定管板式结构，如下图管板式结构，如下图1。在运行过程中，工艺发现换热。在运行过程中，工艺发现换热管泄漏，装置停工对重沸器检修，堵管处理。再次运行

42、管泄漏，装置停工对重沸器检修，堵管处理。再次运行半年，换热管再次泄漏。停工检修发现，换热管泄漏部半年，换热管再次泄漏。停工检修发现，换热管泄漏部位位于折流板处，断裂的换热管见图位位于折流板处，断裂的换热管见图2 ，在折流板处，在折流板处，管壁明显减薄。图管壁明显减薄。图3为未取样前折流板处断裂形貌。为未取样前折流板处断裂形貌。2022-2-1048热交换器的定期检验热交换器的定期检验图1 重沸器结构图图2 断裂管束n图3 折流板部位断裂形貌2022-2-1049热交换器的定期检验热交换器的定期检验n问题问题1. 根据换热管的断裂特征，属于根据换热管的断裂特征，属于GB/T 30579-2014

43、的哪种损伤模式？请分析换热管断裂原因？的哪种损伤模式？请分析换热管断裂原因？n参考答案：参考答案：缺陷产生原因为管束振动引起机械磨损。n机械磨损指两相互接触的表面产生相对摩擦运动，接触点形成的粘着与滑溜不断相互交替，造成材料表面损伤的过程。当换热管与折流板孔，产生过大间隙，会产生冲击，磨损速度急剧增加，出现异常噪声和振动，导致换热管减薄。另外，折流板的间距会影响诱导换热管振动，小间距会增加壳程的流速及压降；无支撑跨距过大会诱导振动。同时降低壳程进出口处（设备、管束）的流速，缓解了局部冲蚀、流体诱导振动。2022-2-1050热交换器的定期检验热交换器的定期检验n注：折流板既用来支撑换热管，又使

44、其产生理想的壳程流速，还注：折流板既用来支撑换热管，又使其产生理想的壳程流速，还可以减少换热管无支撑跨距避免流体诱导振动，因此折流板在换可以减少换热管无支撑跨距避免流体诱导振动，因此折流板在换热器壳程设计中无论是对传热还是对压降都占有重要位置，因为热器壳程设计中无论是对传热还是对压降都占有重要位置，因为折流板是可以调节的，合理的折流板设计将会在传热和压降上都折流板是可以调节的，合理的折流板设计将会在传热和压降上都取得比较满意的效果；在有相变的壳程中，一般设置支撑板起支取得比较满意的效果；在有相变的壳程中，一般设置支撑板起支承作用，与传热关系不大。承作用，与传热关系不大。n折流板间距：折流板间距

45、：na）TEMA 和和GB151 都规定了最小折流板间距为壳体内径的都规定了最小折流板间距为壳体内径的1/5 或或50mm，取大者；小间距会增加壳程的流速及压降，考虑到传热、，取大者；小间距会增加壳程的流速及压降，考虑到传热、压降的均衡性，一般折流板间距宜不小于壳体内径的压降的均衡性，一般折流板间距宜不小于壳体内径的30%。nb）折流板最大间距可等于壳体的内径，若再加大将可能使壳程流）折流板最大间距可等于壳体的内径，若再加大将可能使壳程流体纵向流（顺流）大大增加，使传热效率大大下降，另外，无支体纵向流（顺流）大大增加，使传热效率大大下降，另外，无支撑跨距过大会诱导振动，必要时应进行振动校核。撑

46、跨距过大会诱导振动，必要时应进行振动校核。nc）壳程流动为紊流时，传热系数变化范围为流速的）壳程流动为紊流时，传热系数变化范围为流速的0.60.7 次方，次方，而压降则与流速成正比，因此，随着折流板间距减少，压力降的而压降则与流速成正比，因此，随着折流板间距减少，压力降的增加比传热系数上升要快得多。增加比传热系数上升要快得多。2022-2-1051热交换器的定期检验热交换器的定期检验n问题问题2.针对该类型缺陷，应采取哪些检验方法？并说针对该类型缺陷，应采取哪些检验方法？并说明理由？明理由？n参考答案：采用用目视检测、内窥镜和涡流的方法。参考答案：采用用目视检测、内窥镜和涡流的方法。n目视检查

47、：主要是采用目视的方法（必要时利用内窥目视检查：主要是采用目视的方法（必要时利用内窥镜、放大镜或者其他辅助仪器设备、测量工具）检验镜、放大镜或者其他辅助仪器设备、测量工具）检验压力容器本体结构、几何尺寸、表面情况（如裂纹、压力容器本体结构、几何尺寸、表面情况（如裂纹、腐蚀、泄漏、变形），以及焊缝、隔热层、衬里等。腐蚀、泄漏、变形），以及焊缝、隔热层、衬里等。主要通过目视检查发现换热管内壁腐蚀情况，必要时主要通过目视检查发现换热管内壁腐蚀情况，必要时可以借助工具，观察管板附近换热管的情况。可以借助工具，观察管板附近换热管的情况。n内窥镜：内窥镜是宏观检查的一种手段，借助该设备，内窥镜：内窥镜是宏

48、观检查的一种手段，借助该设备，可以观察换热管内的腐蚀情况，比如裂纹、腐蚀坑以可以观察换热管内的腐蚀情况，比如裂纹、腐蚀坑以及断裂情况。及断裂情况。2022-2-1052热交换器的定期检验热交换器的定期检验n涡流检测：是建立在电磁感应原理基础之上的一种无损检测方法，它适用于导电材料。当把一块导体置于交变磁场之中，在导体中就有感应电流存在，即产生涡流。由于导体自身各种因素（如电导率、磁导率、形状，尺寸和缺陷等）的变化，会导致涡流的变化，利用这种现象判定导体性质，状态的检测方法，就称为涡流检测。通过制作对比试件（或标准试件）作为调节仪器和判废标准的工具，能够对缺陷进行定位，区分换热管内、外表面裂纹和

49、确定管壁的厚度。n注：注：TSG 21-2016 中中8.3.2，宏观检验。，宏观检验。2022-2-1053热交换器的定期检验热交换器的定期检验n例题例题9 n目的：换热器重点检验部位目的：换热器重点检验部位n某天然气处理厂换热器为中压气冷却器，见图某天然气处理厂换热器为中压气冷却器，见图1，在设备运，在设备运行行3年后发生了泄漏。该换热器基本参数见表年后发生了泄漏。该换热器基本参数见表1所示。管程所示。管程介质为含硫天然气，介质含量见下表介质为含硫天然气，介质含量见下表2；壳程为脱硫脱水天；壳程为脱硫脱水天然气。然气。n n 图图1 换热器结构图换热器结构图2022-2-1054热交换器的

50、定期检验热交换器的定期检验表1 换热器设计参数2022-2-1055热交换器的定期检验热交换器的定期检验n在2016年检修期间，检验员发现换热管的中间段及靠近原料气入口段的管束内壁发现了严重的坑蚀现象，且管束下半部分比上半部分腐蚀更严重，靠近原料气出口端的部分管束内壁腐蚀较少, 壁厚损失均大于60%。腐蚀形貌见下图2、3。 图2 换热器管板缺陷分布图(红色)图3 换热管内部腐蚀形貌2022-2-1056热交换器的定期检验热交换器的定期检验n问题问题1：根据出现的腐蚀情况，试说明该换热器的重点检验部：根据出现的腐蚀情况，试说明该换热器的重点检验部位，并说明理由？位，并说明理由？n参考答案：参考答

51、案：重点检测部位集中在管程，主要部位为进、出口封头管箱内部表面、进出口接管、管板及其管板角焊缝表面、换热器管束和法兰密封面。n筒体检验主要集中在管板法兰与筒体对接环焊缝。n原因分析：根据已经出现的腐蚀情况，换热器的腐蚀主要集中在管程部位，结合介质组分和含量，根据GB/T 30579-2014中失效模式的判别，管程失效机理为Cl离子点腐蚀，介质中含有的H2S和CO2溶解于水中降低了溶液的pH值（3.5），促进了腐蚀。从工艺情况来看，含硫天然气进入换热器后，在压力不变的情况下，温度降低，将会使得介质中含有的游离水析出，在换热器管程内表面、法兰密封面部位形成干、湿交替环境，氯化物具有自动浓缩聚集的可

52、能，形成高的氯化物环境，导致发生点腐蚀的可能性增加。2022-2-1057热交换器的定期检验热交换器的定期检验n换热器封头内表面、及其接管内表面、管板表面、法兰密封面和换热管均为316L不锈钢衬里，具有发生Cl离子点腐蚀的可能性，应进行目视检查和表面渗透检测。n管板法兰与筒体对接环焊缝的检测主要是因为一般情况下，该环焊缝为容器的最后合拢焊缝，换热管已经安装完毕，焊缝成型一般是单面坡口成型，并且一般进行局部热处理，焊缝质量容易出现问题。应进行表面MT检测、UT检测以及必要的硬度抽查。2022-2-1058热交换器的定期检验热交换器的定期检验n问题问题2: 腐蚀形态为点腐蚀坑，分析其腐蚀坑产生的原

53、因腐蚀形态为点腐蚀坑，分析其腐蚀坑产生的原因及机理。及机理。n参考答案：参考答案：对于不锈钢材料，氯离子易吸附在奥氏体不锈钢表面的钝化膜上，取代氧原子后和钝化膜中的阳离子结合形成可溶性氯化物，导致钝化膜破坏。破坏部位的新鲜金属遭腐蚀形成一个小坑，小坑表面的钝化膜继续遭氯离子破坏生成氯化物。在坑里氯化物水解，使小坑内pH值下降，局部溶液呈酸性，对金属进行腐蚀，造成多余的金属离子，为平衡蚀坑内的电中性，外部的氯离子不断向坑内迁移，使坑内氯离子浓度升高，水解加剧，加快金属的腐蚀。如此循环，形成自催化，向蚀坑的深度方向发展，形成深蚀孔，直至形成穿孔泄漏。2022-2-1059热交换器的定期检验热交换器

54、的定期检验n问题3：在此条件下，是否会产生应力腐蚀开裂，说明理由。n参考答案：在此条件下，不会发生Cl化物应力腐蚀开裂。n根据GB/T 30579-2014中失效模式的判别，一般随着温度的升高，氯化物应力腐蚀裂纹产生倾向增加，裂纹常见于金属温度60或更高的场合。另外，该换热器管程为碳钢（HIC钢）不锈钢衬里，封头进行了整体热处理，焊缝残余应力水平较低。2022-2-1060热交换器的定期检验热交换器的定期检验n注：氯化物应力腐蚀开裂主要影响因素注：氯化物应力腐蚀开裂主要影响因素n发生氯化物应力腐蚀开裂三要素：敏感材料、特定环境、拉伸应力发生氯化物应力腐蚀开裂三要素：敏感材料、特定环境、拉伸应力

55、na) 温度：随着温度的升高，氯化物应力腐蚀裂纹产生倾向增加。裂纹常见温度：随着温度的升高，氯化物应力腐蚀裂纹产生倾向增加。裂纹常见于金属温度于金属温度60或更高的场合；或更高的场合；nb) 浓度：随着氯化物浓度的升高，氯化物应力腐蚀倾向增加。但在很多场浓度：随着氯化物浓度的升高，氯化物应力腐蚀倾向增加。但在很多场合氯化物具有自动浓缩聚集的可能，所以介质中氯化物含量即使很低也未必合氯化物具有自动浓缩聚集的可能，所以介质中氯化物含量即使很低也未必一定不发生应力腐蚀；一定不发生应力腐蚀；nc) 伴热或蒸发条件：如果存在伴热或蒸发条件将可能导致氯化物局部浓缩伴热或蒸发条件：如果存在伴热或蒸发条件将可

56、能导致氯化物局部浓缩聚集，显著增加氯化物应力腐蚀裂纹增加的倾向性。处于干聚集，显著增加氯化物应力腐蚀裂纹增加的倾向性。处于干湿、水湿、水汽交汽交替的环境具有类似的倾向性；替的环境具有类似的倾向性；nd) pH值：在碱性溶液中，应力腐蚀裂纹倾向较低。值：在碱性溶液中，应力腐蚀裂纹倾向较低。ne) 应力：对于加压冷作制成的金属构件，具有较高的残余应力，开裂敏感应力：对于加压冷作制成的金属构件，具有较高的残余应力，开裂敏感性大，比如冷冲压制成的奥氏体不锈钢封头。对于因载荷或结构等造成的局性大，比如冷冲压制成的奥氏体不锈钢封头。对于因载荷或结构等造成的局部高应力同样可能导致开裂敏感性高；部高应力同样可

57、能导致开裂敏感性高；nf) 镍含量：镍含量在镍含量：镍含量在8%12%（质量比）间的材料易产生氯化物应力腐蚀（质量比）间的材料易产生氯化物应力腐蚀裂纹，材料镍含量大于裂纹，材料镍含量大于35%（质量比）时具有较高的抗氯化物应力腐蚀能力，（质量比）时具有较高的抗氯化物应力腐蚀能力，材料镍含量大于材料镍含量大于45%（质量比）时，基本上不会产生氯化物应力腐蚀裂纹；（质量比）时，基本上不会产生氯化物应力腐蚀裂纹；ng) 材质或组织：铁素体不锈钢比奥氏体不锈钢具有更高的抗氯化物应力腐材质或组织：铁素体不锈钢比奥氏体不锈钢具有更高的抗氯化物应力腐蚀能力，碳钢、低合金钢对氯化物应力腐蚀开裂不敏感。蚀能力，

58、碳钢、低合金钢对氯化物应力腐蚀开裂不敏感。2022-2-1061热交换器的定期检验热交换器的定期检验n问题问题4：管壳式热交换器不同部件的检验重点、：管壳式热交换器不同部件的检验重点、可能的损伤模式及检验方法是什么有哪些。可能的损伤模式及检验方法是什么有哪些。2022-2-1062热交换器的定期检验热交换器的定期检验n例题例题10 n目的：了解失效损伤模式和换热器壳体流动特性目的：了解失效损伤模式和换热器壳体流动特性n某天然气处理厂，换热器为再生塔塔底重沸器，设备结构图某天然气处理厂，换热器为再生塔塔底重沸器，设备结构图见图见图1。该容器按酸性环境使用设计，制造时进行了。该容器按酸性环境使用设

59、计，制造时进行了593+10的消应力热处理，设备参数见表的消应力热处理，设备参数见表2。该设备运行。该设备运行1年，发生换热器泄漏，将换热管抽芯检查发现，发生腐蚀年，发生换热器泄漏，将换热管抽芯检查发现，发生腐蚀的部位主要在壳程折流板、介质不流动或流速较慢部位和气的部位主要在壳程折流板、介质不流动或流速较慢部位和气相空间部位，发生较大面积的局部腐蚀坑，腐蚀形貌见图相空间部位，发生较大面积的局部腐蚀坑，腐蚀形貌见图25。图1 设备结构图2022-2-1063热交换器的定期检验热交换器的定期检验2022-2-1064热交换器的定期检验热交换器的定期检验图2 折流板部位 图3壳程出口接管局部腐蚀图4

60、 管板法兰部位图5壳程筒体上部2022-2-1065热交换器的定期检验热交换器的定期检验n注：对于胺液再生系统，当温度在4050时，吸收能力较强；随着温度升高，吸收的H2S和CO2容易析出，形成酸性气体。当温度达到100110时，吸附的酸性气体析出，在壳程流动时，容易在折流板死区或流速较慢部位以及管板部位形成酸性环境，进而加速腐蚀。2022-2-1066热交换器的定期检验热交换器的定期检验n问题问题1. 按照按照GB/T 30579-2014损伤模式的识别，缺陷可能存在的损伤机理有损伤模式的识别，缺陷可能存在的损伤机理有哪些？并描述其机理？哪些？并描述其机理？n参考答案：参考答案：潜在的损伤模