換熱器爆炸、泄露原因分析及防腐措施 get了么？
2021-03-09 15:54:19
作者：本網整理 來源：化工707
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換熱器發生爆炸的原因分析
1、自制換熱器，盲目將換熱器結構和材質做較大改動，制造質量差，不符合壓力容器規范，設備強度大大降低。
2、換熱器焊接質量差，特別是焊接接頭處未焊透，又未進行焊縫探傷檢查、爆破試驗，導致焊接接頭泄漏或產生疲勞斷裂，進而大量易燃易爆流體溢出，發生爆炸。
3、由于腐蝕（包括應力腐蝕、晶間腐蝕），耐壓強度下降，使管束失效或產生嚴重泄漏，遇明火發生爆炸。
4、換熱器做氣密性試驗時，采用氧氣補壓或用可燃性精煉氣體試漏，引起物理與化學爆炸。
5、操作違章、操作失誤，閥門關閉，引起超壓爆炸。
6、長期不進行排污，易燃易爆物質（如三氯化氮）積聚過多，加之操作溫度過高導致換熱器（如液氯換熱器）發生猛烈爆炸。
7、過氧爆炸。
02 換熱器發生泄漏的原因分析
換熱器發生燃燒爆炸、窒息、中毒和灼傷事故大都是由于泄漏引起的。
易燃易爆液體或氣體因泄漏而溢出，遇明火將引起燃燒爆炸事故，有毒氣體外泄將引起窒息中毒，有強腐蝕流體漏出，將會導致灼傷事故。
最容易發生泄漏的部位有焊接接頭處、封頭與管板連接處，管束與管板連接處和法蘭連接處。
03 換熱器因泄露造成的安全事故
造成換熱器列管泄漏主要原因是腐蝕、開停車頻繁、溫度變化過大、換熱器急劇膨脹收縮使花板脹管處泄漏以及設備本身制造缺陷等原因所致。
1、因腐蝕（如蒸汽霧滴、硫化氫、二氧化碳）嚴重，引起列管。
2、由于開停車頻繁，溫度變化過大，設備急劇膨脹或收縮，使花板脹管泄漏。
3、換熱器本身制造缺陷，焊接接頭泄漏。
4、因操作溫度升高，螺栓伸長，緊固部位松動，引起法蘭泄漏。
5、因換熱器管束組裝部位松動、管子振動、開停車和緊急停車造成的熱沖擊，以及定期檢修時操作不當產生的機械沖擊而引起泄漏。
看點
04 換熱器管束失效的原因分析
管殼式換熱器、合成塔和廢熱鍋爐的管束是薄弱環節，最容易失效。管束失效的形式主要有腐蝕開裂。傳熱能力迅速下降、碰撞破壞、管子切開、管束泄漏等多種。
常見的原因如下：
一、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生泄漏
二、結垢
在換熱器操作中，管束內外壁都可能會結垢，而污垢層的熱阻要比金屬管材大得多，從而導致換熱能力迅速下降，嚴重時將會使換熱介質的流道阻塞。
三、流體流動誘導振動
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，產生誘導振動的可能性也將大大增加，從而導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壁發生碰撞。在碰撞中，管壁磨損變薄，最終發生開裂。
2、折流板處管子切開
折流板孔和管子之間有徑向間隙，當管子發生橫向振動的振幅較大時，就會引起管壁與折流板孔的內表面間產生反復碰撞。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就可能發生管子被切開的局部性破壞。
3、管子與管板連接處破壞
該連接結構可視為固定端約束，管子振動產生橫向撓曲時；連接處的應力最大，因此，它是最容易產生管束失效的地區之一。
4、材料缺陷的擴展造成失效
管子材料本身存在缺陷（包括腐蝕和磨蝕產生的缺陷），那么在振動引起的交變應力作用下，位于主應力方向上的缺陷裂紋就會迅速擴展，最終導致管子失效。
5、振動交變應力場中的拉應力還會成為應力腐蝕的應力源
流動誘導振動引起管子破壞，易發生在撓度相對較大和殼程橫向流速較高的區域。此區域通常是U形彎頭、殼程進出口接管區、管板區、折流板缺口區和承受壓縮應力的管子。
05 換熱器發生阻垢的原因及處理方法
1、顆粒污垢：懸浮于流體的固體微粒在換熱表面上的積聚。這種污垢也包括較大固態微粒在水平換熱面上因重力作用的沉淀層，即所謂沉淀污垢和其他膠體微粒的沉積。
2、結晶污垢：溶解于流體中的無機鹽在換熱表面上結晶而形成的沉積物，通常發生在過飽和或冷卻時。典型的污垢如冷卻水側的碳酸鈣、硫酸鈣和二氧化硅結垢層。
3、化學反應污垢：在傳熱表面上進行的化學反應而產生的污垢，傳熱面材料不參加反應，但可作為化學反應的一種催化劑。
4、腐蝕污垢：具有腐蝕性的流體或者流體中含有腐蝕性的雜質對換熱表面腐蝕而產生的污垢。通常，腐蝕程度取決于流體中的成分、溫度及被處理流體的pH值。
5、生物污垢：除海水冷卻裝置外，一般生物污垢均指微生物污垢。其可能產生粘泥，而粘泥反過來又為生物污垢的繁殖提供了條件，這種污垢對溫度很敏感，在適宜的溫度條件下，生物污垢可生成可觀厚度的污垢層。
6、凝固污垢：流體在過冷的換熱面上凝固而形成的污垢。例如當水低于冰點而在換熱表面上凝固成冰。溫度分布的均勻與否對這種污垢影響很大。
換熱器防腐蝕措施
設計時，將蒸汽放在管程側，避免高速氣體流經殼程。殼程有較大流量介質時，可以設計多個殼程入口，緩沖壓力，另外應設置防沖板，減少高速流體對設備造成的沖刷腐蝕。
為避免殘留液和沉積物的滯留，焊接時盡量采用雙面對接焊和連續焊，避免搭接焊和點焊。在焊接工藝中應根據實際經驗，引起應力腐蝕破裂的應力主要是殘余應力，而殘余應力主要是由冷加工以及焊接引起的內應力所構成。
對冷加工件和焊接件進行熱處理，有助于消除殘余應力，從而也有助于防止應力腐蝕的產生。常采用應力退火熱處理消除殘余應力或其他消除殘余應力的方法，如水壓試驗、振動時效及錘擊等。
另外，管束起吊必須采用尼龍帶，保證金屬表面平整、無劃痕、能夠順利入殼。
采用耐蝕材料（如雙目不銹鋼、哈氏合金、鈦、鈦合金、銅等），這些材料耐腐蝕性強，可以提高換熱器的使用壽命，但這些高耐腐蝕性的材料價格昂貴，制造成本高，一次性投入的成本大，企業一般難以接受，推廣困難。
電化學保護方法不但可以防止應力腐蝕斷裂， 而且在保護參數選用得當的條件下即使產生了裂紋仍可使其停止擴展。可采用犧牲陰/陽極保護或表面噴涂耐蝕金屬的方法。
陰極保護：
利用外加直流電源，使金屬表面上的陽極變為陰極而受到保護。這種方法消耗電量大，費用高，采用極少。
陽極保護法：
把被保護的設備接以外加電源的陽極，使金屬表面生成鈍化膜，從而達到保護。碳鋼換熱器的造價低，但耐腐蝕性差。
通過采用犧牲陽極保護技術可以提 高換熱器的使用壽命，但這一技術的保護作用僅限于管子入口處的有限長度內， 管內深處難以實現陰極保護，所以犧牲陽極保護法在換熱器上的應用受到了很大限制。
在腐蝕性介質中，加入少量的某些物質，而這些物質能使金屬的腐蝕大大降低，甚至停止，這類物質稱為緩蝕劑。圖6是使用緩蝕劑前后的對比，緩蝕劑的加入應以不影響生產工藝和產品質量為原則。
可以通過除去介質中的溶解氧和氧化劑以控制應力腐蝕。降低介質中 Cl- 的質量濃度，嚴格控制介質中硫的質量濃度也是控制應力腐蝕的有效措施。
在金屬表面，通過一定的涂覆方法，覆蓋一層耐腐蝕的涂料保護層，以避免金屬表面與腐蝕介質的直接接觸。
這種技術方法最為經濟有效，最初用于防止氣體介質 腐蝕，所用涂料大部分為有機高分子混合物溶液。現在人們逐漸向防油及防溶劑涂料、高溫涂料、重防腐涂料及特殊環境用涂料方向發展。
換熱器開車時，現將冷流體充滿容器，關閉入口，再將熱流體題緩慢注入，盡量使導入流體而形成的管子與殼體之間的熱膨脹差為最小。
停車后，用干燥壓縮空氣將換熱器中所有的流體排除，這樣可以將應力降到最小，避免應力腐蝕。在開車過程中，上下水閥保持全開狀態，避免流速減慢，介質中雜質沉淀在管式表面造成結垢后腐蝕。
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