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（青島蘭石重型機(jī)械設(shè)備有限公司 山東 266555）

1.換熱器概述

換熱器也被稱為熱交換器，顧名思義，就是對熱量進(jìn)行置換的設(shè)備，也就是能夠?qū)崃黧w的部分熱量傳遞給有需要的冷流體的機(jī)器。換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中能夠發(fā)揮較為重要的作用，應(yīng)用較為普遍和廣泛，尤其是在石油化工行業(yè)之中的應(yīng)用尤為廣泛，不僅能夠用作加熱器，還能夠被用作冷卻器、冷凝器等，用途極為多樣化。換熱器并不是只能將熱流體的熱量傳遞給冷流體，更準(zhǔn)確來說，它是一種將不同溫度的物料進(jìn)行熱量傳遞的設(shè)備，而且不限于兩種物料之間，多種也能實(shí)現(xiàn)，將熱流體的熱量傳遞給冷流體，使得流體的溫度能夠滿足實(shí)際的生產(chǎn)需求，還能夠最大限度地提高能源利用率，是有利于節(jié)能環(huán)保的重要設(shè)備之一。

2.換熱器在石油化工生產(chǎn)行業(yè)的具體應(yīng)用及作用

在經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展的推動之下，我國石油化工等行業(yè)的發(fā)展十分迅速。而且因?yàn)槠湓谏鐣a(chǎn)生活中能夠發(fā)揮重要作用，其重要性也越發(fā)凸顯，為了更好地滿足社會生產(chǎn)發(fā)展的需要，就需要不斷提高石油化工工業(yè)的生產(chǎn)效率及質(zhì)量，因此，越來越多的現(xiàn)代化技術(shù)及設(shè)備儀器等被應(yīng)用在了石油化工的生產(chǎn)行業(yè)之中。其中就有換熱器的身影。因?yàn)閾Q熱器有著極好的傳熱效果，能夠在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用，且其自身的優(yōu)勢及節(jié)能效果也是其他類似設(shè)備不能相比擬的，所以換熱器在石油化工產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛，而且也在發(fā)揮著極為重要的作，已經(jīng)成為了我國石油化工生產(chǎn)企業(yè)中不可或缺的重要設(shè)備。

其一，冷卻作用。高效換熱器能夠應(yīng)用于化工生產(chǎn)企業(yè)中作為冷卻設(shè)備使用，對于工業(yè)生產(chǎn)中的工藝物料進(jìn)行冷卻。

其二，加熱作用。換熱器應(yīng)用于化工生產(chǎn)過程中時(shí)，還可以作為加熱工藝物料的設(shè)備，對于一般加熱要求的物料可以選擇用水蒸氣作為加熱介質(zhì)，而如果對于溫度的要求較高，用水蒸氣則效果較差，則需要用到導(dǎo)熱油作為加熱介質(zhì)。

其三，作為再沸器設(shè)備。換熱器作為再沸器使用時(shí)，多是被用來蒸發(fā)蒸餾塔里的物料。如果是熱虹吸式的再沸器，只需要利用液頭壓差的自然循環(huán)蒸發(fā)就可以達(dá)到工藝效果：而如果是動力循環(huán)式再沸器，則需要被用泵來實(shí)現(xiàn)其循環(huán)蒸發(fā)功效。

其四，作為分凝器使用。換熱器作為分凝器使用一般是用來對蒸餾塔頂?shù)奈锪线M(jìn)行冷卻，或者用于反應(yīng)器的冷凝循環(huán)回流。換熱器被應(yīng)用于多組分的冷凝時(shí)一般會出現(xiàn)兩種情況，一種是最終的冷凝溫度相對于混合組分的泡點(diǎn)而言較高，在其中仍然有一部分未達(dá)到完全冷凝的效果，但是已經(jīng)符合了再一次進(jìn)行分離的要求；另一種情況是針對含有惰性氣體的多組分物料進(jìn)行的冷凝，最終冷凝溫度一般會降低到等于甚至低于混合組分泡點(diǎn)程度。

其五，作為蒸發(fā)器使用。換熱器在作為蒸發(fā)器使用時(shí)主要是應(yīng)用在對溶液中的水分以及溶劑進(jìn)行蒸發(fā)。

其六，用作過熱器，也就是將其作為對飽和蒸汽進(jìn)行再次加熱升溫的儀器。

其七，作為廢熱鍋爐使用，也就是利用換熱器對高溫物料或者廢氣中的熱量進(jìn)行回收再利用，使其產(chǎn)生蒸汽用于工業(yè)生產(chǎn)中。

其八，作為純粹的換熱器使用，也就是用來對不同溫度之間的工藝物料進(jìn)行熱量交換。

3.失效高效換熱器換熱管的檢查方法

(1)從宏觀角度入手進(jìn)行檢查的方法

如果高效換熱器的換熱管出現(xiàn)失效的狀況，應(yīng)該先從宏觀的角度入手對其進(jìn)行整體檢查，首先，要對換熱管內(nèi)外的表象進(jìn)行詳細(xì)檢查，一般來說，失效的換熱管波紋短處的表面會有污垢的存在，而這些污垢會呈現(xiàn)出類似泥土的色澤，不僅如此，換熱管內(nèi)壁的表面也會存在著局部有較厚污垢的現(xiàn)象；其次，將發(fā)生失效狀況的換熱管進(jìn)行取樣，選擇一段有著較明顯裂紋的管樣，將這段換熱管沿軸線進(jìn)行剖開操作，對其內(nèi)外進(jìn)行檢查分析，找到裂紋所在，通過觀察判斷出裂紋到底是發(fā)生在外壁還是內(nèi)壁，從而為更進(jìn)一步地檢查分析提供依據(jù)。

(2)從微觀角度入手進(jìn)行檢查的方法

微觀檢查的方法同樣需要先進(jìn)行取樣，在取樣時(shí)一般是利用線來進(jìn)行，從失效高效換熱器換熱管的斷口附近選取一段樣本，然后利用電鏡對其掃描觀察，并進(jìn)行試樣，從而對裂紋進(jìn)行進(jìn)一步觀察，詳細(xì)分析其裂紋的延伸走向，有無二次裂紋，從而對換熱管斷口處的形貌進(jìn)行判斷，分析總結(jié)出其具體的形貌特征。對裂紋的起裂位置進(jìn)行更加精準(zhǔn)地判斷。不僅如此，還需要對端口的起裂位置進(jìn)行更加詳細(xì)地微觀檢查，檢查其表面是否存在腐蝕，及其具體的應(yīng)力作用特征。除此之外，還可以利用能譜分析的方法對失效換熱管斷口表面有覆蓋物的區(qū)域進(jìn)行檢查，分析覆蓋物中的元素，從而利用這些元素來判斷腐蝕發(fā)生的條件。

(3)對材料進(jìn)行分析的方法

與上述兩種方法類似，第一步需要對失效高效換熱器換熱管進(jìn)行取樣，不同之處在于這種方法的取樣需要從不同部位進(jìn)行多次取樣，然后對不同位置的樣本進(jìn)行材料分析。其一是進(jìn)行簡單的材料金相分析，也就是將裂紋在拋光的狀態(tài)下進(jìn)行顯示，從而觀察其裂紋的擴(kuò)展情況、有無二次裂紋及其具體表現(xiàn)等。其二則是利用4%的硝酸酒精溶液對金相樣本進(jìn)行腐蝕，從而觀察其金相組織。如果此時(shí)產(chǎn)生的晶粒是軸狀的形態(tài)，而且能夠觀察到很明顯的大量變形痕跡，則可以根據(jù)塑性變形對性能的影響規(guī)律得出初步結(jié)論，即因?yàn)樵诎惭b后需要對安裝前處于冷變形狀態(tài)的換熱管進(jìn)行退火處理，導(dǎo)致其內(nèi)部含有殘余應(yīng)力，從而最終導(dǎo)致了裂紋現(xiàn)象的發(fā)生；而若是晶粒表現(xiàn)出了脆化的現(xiàn)象，那么就基本可以確定是因?yàn)楦邷馗g從而導(dǎo)致了裂紋。

4.導(dǎo)致高效換熱器換熱管失效的原因分析

(1)材料因素導(dǎo)致的失效

材料自身的耐腐蝕能力弱是導(dǎo)致高效換熱器換熱管失效的原因之一。因?yàn)橄鄬τ趹?yīng)力腐蝕這種狀況來說，保護(hù)膜會形成一定的有別于外界的環(huán)境，而保護(hù)膜本身是有著較強(qiáng)的耐腐蝕性的，但是材料卻不一定，在應(yīng)力與腐蝕的雙重作用下材料會極容易發(fā)生開裂現(xiàn)象。不僅如此，材料本身的耐腐蝕能力的高低還會因?yàn)樵趯ζ溥M(jìn)行處理時(shí)采用的熱處理工藝及其自身纖維組織的不同而不同。

(2)應(yīng)力因素導(dǎo)致的失效

在造成高效換熱器換熱管失效的所有因素之中應(yīng)力是一個(gè)極為主要的原因。在高效換熱器中換熱管需要與管板進(jìn)行連接，而在采取具體的連接時(shí)最普遍的方法便是脹接法，這種連接方式固然簡單有效，但是也會在換熱管內(nèi)壁之上留下較高水平的殘余應(yīng)力，一旦換熱管進(jìn)行工作，在材料熱脹冷縮的特質(zhì)影響之下，如果受熱，就會有內(nèi)應(yīng)力從連接之處產(chǎn)生，那么在內(nèi)應(yīng)力及殘余應(yīng)力的共同作用之下材料的開裂也就是一種頻發(fā)的狀況。

(3)溫度因素導(dǎo)致的失效

在工業(yè)生產(chǎn)之中，尤其是在石油化工的生產(chǎn)之中，高溫環(huán)境是不可避免的，但是一些換熱管的溫度承受范圍卻是有一定限制的。所以，如果換熱管長期處于溫度過高的環(huán)境中時(shí)就會發(fā)生開裂。更何況，在高溫的環(huán)境中，一些其他的物質(zhì)也會發(fā)生變化，例如尿素溶液，它極有可能會發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，產(chǎn)生出氰酸銨，這是一種具有較強(qiáng)腐蝕性的物質(zhì)，會對管壁產(chǎn)生腐蝕，從而導(dǎo)致?lián)Q熱管失效。

(4)介質(zhì)相因素導(dǎo)致的失效

因?yàn)楦咝Q熱器換熱管常常需要處于特定的工作環(huán)境之中，所以介質(zhì)相的不同也會發(fā)生不同的狀況，一般而言，汽相條件下的應(yīng)力腐蝕度就強(qiáng)于液相環(huán)境，也就會增加換熱管斷裂的可能。

5.應(yīng)對高效換熱器換熱管失效的具體對策分析

(1)盡可能選用耐腐蝕性強(qiáng)的材料

材料因素是造成高效換熱器換熱管失效的主因之一，因此，需要再具體分析換熱管工作環(huán)境及條件的基礎(chǔ)上對其具體材質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格選擇，盡可能選用那些具有高耐溫性及耐腐蝕性的材料。

(2)對所有應(yīng)用物料中的元素含量進(jìn)行嚴(yán)格控制

一些化學(xué)元素在不同的環(huán)境中會產(chǎn)生不同的化學(xué)反應(yīng)，從而加劇換熱管的腐蝕狀況，因此要對應(yīng)用于換熱管及其環(huán)境中的物料的元素?fù)Q量進(jìn)行科學(xué)控制。其中最主要的是要對極容易受到氯離子應(yīng)力腐蝕的換熱管進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，嚴(yán)格控制脫鹽水中氯離子的含量，將氯離子濃縮現(xiàn)象的出現(xiàn)率降到最低。

(3)對換熱管的脹接工藝進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)

換熱器中換熱管與管板的連接方式主要為脹接，也就是需要利用管板孔及換熱管自身的變形特質(zhì)來產(chǎn)生預(yù)緊力從而完成管口的緊固、密封，但是這種連接方式極容易產(chǎn)生換熱管開裂的現(xiàn)象。所以，要對傳統(tǒng)的脹接工藝進(jìn)行改進(jìn)，采取一定的措施來平衡換熱管與管板之間的接觸壓力，提高其應(yīng)對溫度變化的抗性。

(4)避免應(yīng)力集中

應(yīng)力集中就會造成換熱管的開裂，從而造成換熱器失效。所以，在進(jìn)行相關(guān)操作時(shí)必須嚴(yán)格按照相關(guān)的工藝程序和標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行，將溫度、壓力的變化控制在最小的范圍內(nèi)；還應(yīng)該對氣體的分布器結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，保證其運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少低周疲勞現(xiàn)象的發(fā)生；還可以通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)來協(xié)調(diào)脹接處的變形，盡可能降低熱應(yīng)力影響。