1泄漏原因
　　
　　管殼式換熱器是石油化工企業(yè)廣泛使用的設(shè)備之一，設(shè)備制作質(zhì)量的關(guān)鍵在于管接頭的制作質(zhì)量。氯堿裝置中燒堿蒸發(fā)器加熱室、氯氣液化器、氯乙烯轉(zhuǎn)化器以及冷凝器等設(shè)備泄漏就會(huì)影響到單個(gè)生產(chǎn)裝置停車(chē)或降低生產(chǎn)負(fù)荷。氯堿企業(yè)使用的換熱器雖然不像石化企業(yè)換熱器承受高溫高壓，但介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)，流動(dòng)磨蝕嚴(yán)重，有些固定管板換熱器還有溫差應(yīng)力，如果設(shè)計(jì)、制造、使用不合理，管接頭極易泄漏，導(dǎo)致?lián)Q熱器失效。
　　
　　燒堿蒸發(fā)器加熱室是用來(lái)將NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17%左右的燒堿提濃到25%左右的管殼式換熱器，其中殼程用0.15MPa左右二次蒸汽進(jìn)行加熱，管程含有氯根及氯酸根等雜質(zhì)。加熱室管板與換熱管均采用0Cr18Ni10Ti，管板厚度為50mm，考慮到換熱管壁熱阻的影響，換熱管采用薄壁管（覫57mm×2mm），正三角形排列，中心距72mm，276根。由于堿液濃度及溫度的影響，加熱室的加熱管會(huì)受到氯化鈉的沖刷磨損、應(yīng)力腐蝕、堿脆、點(diǎn)蝕以及縫隙腐蝕。GBl5l—l999《管殼式換熱器》中規(guī)定，強(qiáng)度脹接適用于設(shè)計(jì)壓力≤4MPa、設(shè)計(jì)溫度≤300℃、無(wú)劇烈振動(dòng)、無(wú)過(guò)大溫度變化及無(wú)應(yīng)力腐蝕的場(chǎng)合[1]。不銹鋼管的延展性好，脹管性能非常好，管板與換熱管連接方式采用了強(qiáng)度脹。該設(shè)備使用了4年左右，殼程冷凝水含堿量超過(guò)正常值，檢查后發(fā)現(xiàn)下管板連接處的換熱管管壁非常薄，不到0.6mm，管板與換熱管接頭靠殼程側(cè)多根換熱管破損，有4根換熱管與管板松脫泄漏，殼程內(nèi)部換熱管壁厚薄非常不均勻，上管板則沒(méi)有此現(xiàn)象。抽出1根換熱管檢查，從下至上厚度為0.5~1.5mm。分析有如下原因。
　　
　?。?）下管板連接處的換熱管管壁非常薄的原因是加熱室下接循環(huán)泵，堿液中含有的結(jié)晶鹽對(duì)管板處換熱管沖刷磨損，在加熱室下面，沖刷磨損zui大，管壁減薄嚴(yán)重。
　　
　?。?）脹接中必須保持合適的脹緊度，欠脹不能保證脹口的密封性，過(guò)脹則因管壁減薄過(guò)大而導(dǎo)致管子斷裂和管板變形。在過(guò)脹的情況下，換熱管與管板脹接時(shí)在脹接力的作用下產(chǎn)生塑性變形，換熱管變薄，對(duì)開(kāi)槽脹接的換熱管變形減薄量更大。而該設(shè)備采用的是薄壁換熱管，在沖刷磨損的作用下容易破損[2]。
　　
　?。?）強(qiáng)度脹接時(shí)，管板與換熱管應(yīng)有適當(dāng)?shù)挠捕炔?，即管板比換熱管的硬度應(yīng)稍高30HB左右，否則管子回彈大于管板，造成脹接不緊。0Cr18Ni10Ti不銹鋼管加工硬化傾向較大，在脹接和彎曲時(shí)，材料中的奧氏體組織會(huì)產(chǎn)生馬氏體相變，使變形部位的屈服強(qiáng)度大幅上升。覫57不銹鋼換熱管對(duì)應(yīng)的管板管孔直徑為覫57.55mm，允許zui大偏差為0.25mm，這樣管子外徑與管板管孔之間的zui大間隙為0.8mm，要達(dá)到脹緊目的，管子必須有較大的變形量，然而0Cr18Ni10Ti管子在脹接變形量增加的同時(shí)，其硬度也隨之增加，從而使換熱管的硬度更加大于管板硬度，使得脹接更不緊。有時(shí)，為了減少加工硬化，可采用較緊的管子外徑和管孔之間的配合。
　　
　?。?）管接頭應(yīng)力腐蝕。脹口質(zhì)量主要取決于管端上徑向殘余壓縮應(yīng)力，其值同管子與管板的材料、尺寸、是否開(kāi)槽、脹管率、管子與管板的徑向間隙及表面粗糙度等因素有關(guān)。換熱管的脹管過(guò)程大致分為3個(gè)步驟，*步是換熱管插入管板的過(guò)程，換熱管與管板留有一定的間隙，間隙按照GB151中I級(jí)管束要求；第二步是用脹管器使換熱管與管板孔緊密貼合在一起，此過(guò)程換熱管逐漸從彈性變形向塑性變形過(guò)渡，管板孔處于彈性變形階段；第三步是完成換熱管脹接，換熱管與管板孔都產(chǎn)生*變形，管板孔產(chǎn)生*變形量，換熱管內(nèi)徑增大，換熱管壁厚有一定減薄量，如圖1所示。對(duì)于鋼管和鋼板而言，強(qiáng)度脹的減薄率為12%~18%；密封脹為7%~10%；貼脹為3%~7%。

　　
　　為了得到良好、穩(wěn)定的脹口性能，除了嚴(yán)格控制管板的加工精度，保證管板材料與管子材料適當(dāng)?shù)挠捕炔?，還需正確選用脹管器、脹管動(dòng)力和控制手段，保證合適的脹度及采取合理的脹接順序等。由于脹接管端處在脹接時(shí)產(chǎn)生塑性變形，存在著殘余應(yīng)力，隨著溫度的上升，殘余應(yīng)力逐漸消失，這樣使管端處密封性和結(jié)合力降低。另外，強(qiáng)度脹附加應(yīng)力大，而機(jī)械強(qiáng)度脹的附加應(yīng)力更大，在管頭部位機(jī)械脹接的臺(tái)階處容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕樹(shù)狀裂紋而失效。
　　
　?。?）介質(zhì)中含有氯離子，氯離子對(duì)奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕破壞性極大。奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕受溫度、介質(zhì)、不銹鋼化學(xué)成分等影響，在冷變形作用下，這些應(yīng)力的產(chǎn)生使金屬內(nèi)部穩(wěn)定的組織受到破壞，晶粒在應(yīng)力方向的作用下錯(cuò)位而形成滑移，會(huì)形成腐蝕。
　　
　?。?）脹接工藝不合理[3]。該換熱器采用機(jī)械脹接，換熱管與管板的連接在整個(gè)長(zhǎng)度上的應(yīng)力分布不均勻。脹接前應(yīng)先檢查管孔與管端的結(jié)合表面是否有油漬和異物存在，管子脹在管板上后，由于管子的伸長(zhǎng)，在管子連接處會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力，如脹接順序不合理，將會(huì)導(dǎo)致接頭上過(guò)大的附加應(yīng)力和管板過(guò)大的變形，從而降低脹接接頭的質(zhì)量，在脹第二塊管板時(shí),一般認(rèn)為合理的順序是從管板zui外層管子開(kāi)始，逐步脹到中心，否則中心部位管子拉應(yīng)力增加很多，甚至被破壞。
　　
　　上述原因中（1）、（2）兩點(diǎn)為主要原因。另外，還存在使用上的原因，如果蒸發(fā)器結(jié)鹽嚴(yán)重，循環(huán)泵操作不當(dāng)，殼程中汽水沖擊換熱管就可能誘發(fā)管束振動(dòng)，導(dǎo)致管接頭突變處發(fā)生泄漏或疲勞破損，如圖2所示。
　　
　　2返修方案
　　
　　確定加熱室泄漏后，考慮利用管板和殼體更換換熱管，但不銹鋼冷加工的加工性能較差，主要體現(xiàn)在斷屑難，刀具易磨損，獲得較高表面質(zhì)量的難度大。用鉆床試打了1根換熱管，但換熱管鉆削時(shí)塑性大、韌性高，不易斷屑，切削過(guò)程中易堵塞，影響加工表面的光潔，加工時(shí)間長(zhǎng)。由于當(dāng)初加工時(shí)采用開(kāi)槽強(qiáng)度脹，更換換熱管不太妥當(dāng)，重新加工1臺(tái)也不妥當(dāng)。在下管板管接頭處所有接管加1段套管，用緊脹的辦法使套管與換熱管緊配合。套管的長(zhǎng)度超過(guò)破損處30mm左右，并在管頭外徑車(chē)削10絲，如圖2所示。
　　
　　在下管板所有換熱管加完套管后，對(duì)4根換熱管與管板的松脫泄漏采用氬弧焊的方法進(jìn)行了補(bǔ)漏。返修結(jié)束后，對(duì)殼程以壓力0.2MPa進(jìn)行了水壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)原來(lái)管接頭內(nèi)部破損的地方都與套管緊密貼合，不再泄漏。目前已經(jīng)使用了將近8個(gè)月，一切正常。
　　
　　3改進(jìn)制造方法
　　
　　在設(shè)備的管接頭聯(lián)接方法上，因?yàn)楣馨搴穸葹?0mm，可以考慮采用強(qiáng)度脹加貼脹的方法，結(jié)構(gòu)如圖3所示。
　　
　　蒸發(fā)器加熱室使用壽命一般在10年左右，該臺(tái)設(shè)備只使用了4年，固然絕大部分原因是生產(chǎn)工藝所致，但在該設(shè)備設(shè)計(jì)、制造方面也存在問(wèn)題。如設(shè)計(jì)上對(duì)開(kāi)槽就有要求，GB151-1999中規(guī)定強(qiáng)度脹要求換熱管伸出長(zhǎng)度不小于3mm，使管板與換熱管貼脹處不受沖刷磨損，同時(shí)要求脹接長(zhǎng)度不準(zhǔn)超出管板背面，并應(yīng)離開(kāi)3mm，以避免換熱管在脹接時(shí)產(chǎn)生塑性變形而產(chǎn)生破壞[4]，但在制造時(shí)就不一定能保證。在對(duì)換熱管進(jìn)行強(qiáng)度脹時(shí)，對(duì)脹度也有要求。強(qiáng)度脹要有合適的脹度，要控制管孔與換熱管的間隙。間隙是影響管接頭脹接質(zhì)量的zui重要因素，間隙越大越容易過(guò)脹。在GB151中，I級(jí)管束是較、冷拔鋼管，不銹鋼管都應(yīng)選用高精度、較高精度冷拔鋼管。