一、換熱器發(fā)生爆炸的原因分析
1、自制換熱器，盲目將換熱器結(jié)構(gòu)和材質(zhì)做較大改動(dòng)，制造質(zhì)量差，不符合壓力容器規(guī)范，設(shè)備強(qiáng)度大大降低。
2、換熱器焊接質(zhì)量差，特別是焊接接頭處未焊透，又未進(jìn)行焊縫探傷檢查、爆破試驗(yàn)，導(dǎo)致焊接接頭泄漏或產(chǎn)生疲勞斷裂，進(jìn)而大量易燃易爆流體溢出，發(fā)生爆炸。
3、由于腐蝕(包括應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕)，耐壓強(qiáng)度下降，使管束失效或產(chǎn)生嚴(yán)重泄漏，遇明火發(fā)生爆炸。
4、換熱器做氣密性試驗(yàn)時(shí)，采用氧氣補(bǔ)壓或用可燃性精煉氣體試漏，引起物理與化學(xué)爆炸。
5、操作違章、操作失誤，閥門(mén)關(guān)閉，引起超壓爆炸。
6、長(zhǎng)期不進(jìn)行排污，易燃易爆物質(zhì)(如三氯化氮)積聚過(guò)多，加之操作溫度過(guò)高導(dǎo)致?lián)Q熱器(如液氯換熱器)發(fā)生猛烈爆炸。
7、過(guò)氧爆炸。
二、換熱器發(fā)生泄漏的原因分析
換熱器發(fā)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(qiáng)腐蝕流體漏出，將會(huì)導(dǎo)致灼傷事故。
最容易發(fā)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。
三 、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(kāi)停車(chē)頻繁、溫度變化過(guò)大、換熱器急劇膨脹收縮使花板脹管處泄漏以及設(shè)備本身制造缺陷等原因所致。
因腐蝕(如蒸汽霧滴、硫化氫、二氧化碳)嚴(yán)重，引起列管。
由于開(kāi)停車(chē)頻繁，溫度變化過(guò)大，設(shè)備急劇膨脹或收縮，使花板脹管泄漏。
換熱器本身制造缺陷，焊接接頭泄漏。
因操作溫度升高，螺栓伸長(zhǎng)，緊固部位松動(dòng)，引起法蘭泄漏。
因換熱器管束組裝部位松動(dòng)、管子振動(dòng)、開(kāi)停車(chē)和緊急停車(chē)造成的熱沖擊，以及定期檢修時(shí)操作不當(dāng)產(chǎn)生的機(jī)械沖擊而引起泄漏。
四、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(huán)節(jié)，最容易失效。管束失效的形式主要有腐蝕開(kāi)裂。傳熱能力迅速下降、碰撞破壞、管子切開(kāi)、管束泄漏等多種。常見(jiàn)的原因如下：
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(yán)重，管束壽命往往只有幾個(gè)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(shí)僅使用二三個(gè)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(huì)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(yán)重時(shí)將會(huì)使換熱介質(zhì)的流道阻塞。
流體流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)：
為強(qiáng)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(dòng)的可能性也將大大增加，從而導(dǎo)致管束中管子的振動(dòng)，最終致使管束破壞。常見(jiàn)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(shí)，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(kāi)裂。
2、折流板處管子切開(kāi)
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(dòng)的振幅較大時(shí)，就會(huì)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(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)就可能發(fā)生管子被切開(kāi)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(dòng)產(chǎn)生橫向撓曲時(shí)；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(kuò)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(dòng)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(huì)迅速擴(kuò)展，最終導(dǎo)致管子失效。
5、振動(dòng)交變應(yīng)力場(chǎng)中的拉應(yīng)力還會(huì)成為應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力源
流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)引起管子破壞，易發(fā)生在撓度相對(duì)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(jìn)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。
五、換熱器發(fā)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(tài)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(jié)晶污垢：溶解于流體中的無(wú)機(jī)鹽在換熱表面上結(jié)晶而形成的沉積物，通常發(fā)生在過(guò)飽和或冷卻時(shí)。典型的污垢如冷卻水側(cè)的碳酸鈣、硫酸鈣和二氧化硅結(jié)垢層。
3、化學(xué)反應(yīng)污垢：在傳熱表面上進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的污垢，傳熱面材料不參加反應(yīng)，但可作為化學(xué)反應(yīng)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(zhì)對(duì)換熱表面腐蝕而產(chǎn)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(chǎn)生粘泥，而粘泥反過(guò)來(lái)又為生物污垢的繁殖提供了條件，這種污垢對(duì)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(guò)冷的換熱面上凝固而形成的污垢。例如當(dāng)水低于冰點(diǎn)而在換熱表面上凝固成冰。溫度分布的均勻與否對(duì)這種污垢影響很大。
六、換熱器防腐蝕措施
設(shè)計(jì)時(shí)，將蒸汽放在管程側(cè)，避免高速氣體流經(jīng)殼程。殼程有較大流量介質(zhì)時(shí)，可以設(shè)計(jì)多個(gè)殼程入口，緩沖壓力，另外應(yīng)設(shè)置防沖板，減少高速流體對(duì)設(shè)備造成的沖刷腐蝕。
為避免殘留液和沉積物的滯留，焊接時(shí)盡量采用雙面對(duì)接焊和連續(xù)焊，避免搭接焊和點(diǎn)焊。在焊接工藝中應(yīng)根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，引起應(yīng)力腐蝕破裂的應(yīng)力主要是殘余應(yīng)力，而殘余應(yīng)力主要是由冷加工以及焊接引起的內(nèi)應(yīng)力所構(gòu)成。
對(duì)冷加工件和焊接件進(jìn)行熱處理，有助于消除殘余應(yīng)力，從而也有助于防止應(yīng)力腐蝕的產(chǎn)生。常采用應(yīng)力退火熱處理消除殘余應(yīng)力或其他消除殘余應(yīng)力的方法，如水壓試驗(yàn)、振動(dòng)時(shí)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(wú)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(qiáng)，可以提高換熱器的使用壽命，但這些高耐腐蝕性的材料價(jià)格昂貴，制造成本高，一次性投入的成本大，企業(yè)一般難以接受，推廣困難。
電化學(xué)保護(hù)方法不但可以防止應(yīng)力腐蝕斷裂, 而且在保護(hù)參數(shù)選用得當(dāng)?shù)臈l件下即使產(chǎn)生了裂紋仍可使其停止擴(kuò)展?？刹捎脿奚?陽(yáng)極保護(hù)或表面噴涂耐蝕金屬的方法。
陰極保護(hù)：
利用外加直流電源，使金屬表面上的陽(yáng)極變?yōu)殛帢O而受到保護(hù)。這種方法消耗電量大，費(fèi)用高，采用極少。
陽(yáng)極保護(hù)法：
把被保護(hù)的設(shè)備接以外加電源的陽(yáng)極，使金屬表面生成鈍化膜，從而達(dá)到保護(hù)。碳鋼換熱器的造價(jià)低，但耐腐蝕性差。
通過(guò)采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)可以提 高換熱器的使用壽命，但這一技術(shù)的保護(hù)作用僅限于管子入口處的有限長(zhǎng)度內(nèi), 管內(nèi)深處難以實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)，所以犧牲陽(yáng)極保護(hù)法在換熱器上的應(yīng)用受到了很大限制。
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