某換熱器入口管線失效分析與技術(shù)改造

張輝

（連云港沃利帕森工程技術(shù)有限公司，江蘇南京210000）

某換熱器入口管線失效分析與技術(shù)改造

張輝

（連云港沃利帕森工程技術(shù)有限公司，江蘇南京210000）

對(duì)某化工廠一臺(tái)換熱器的入口管線的失效模式進(jìn)行分析，并結(jié)合流場(chǎng)仿真軟件CO M SO L的仿真結(jié)果提出針對(duì)性的技術(shù)改造方案，通過(guò)工程改造解決了該管線運(yùn)行的時(shí)長(zhǎng)問(wèn)題。

換熱器；管線失效；技術(shù)改造

某化工廠的一臺(tái)換熱器的入口管線長(zhǎng)期存在著因腐蝕而穿孔失效的問(wèn)題，據(jù)此進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合仿真軟件COMSOL的結(jié)果，提出相應(yīng)的技術(shù)改造方案。

1　工藝裝置

該管線的材質(zhì)為SB-333-N10675，設(shè)計(jì)壓力為0.966MPa，設(shè)計(jì)溫度315℃，操作壓力為0.61MPa，操作溫度為150℃，管徑6”，運(yùn)行時(shí)間為10a。入口管線的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　入口管線結(jié)構(gòu)圖

2　結(jié)果與討論

2.1超聲波壁厚檢測(cè)

應(yīng)用超聲波壁厚檢測(cè)技術(shù)對(duì)失效的管段進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試點(diǎn)如圖1所示，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

圖2　超聲波測(cè)厚測(cè)試點(diǎn)分布示意圖

從圖2可以更直觀地看出，該段直管厚度分布不均勻，距離穿孔處越遠(yuǎn)[1]，管壁越厚。厚度越大，說(shuō)明其腐蝕速率越小。形成這種腐蝕狀態(tài)的原因可能有：第一，電偶腐蝕，但是與該段管道相連的設(shè)備及管件均是SB-333-N10675，該種可能基本排除；第二，材質(zhì)缺陷、或者金相組織分布不均勻；第三，流動(dòng)加速腐蝕。

2.2材質(zhì)與組成分析

針對(duì)上述腐蝕原因之二，做了材質(zhì)和金相分析。在管道腐蝕最嚴(yán)重的地方取樣進(jìn)行EDS能譜分析，分析結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，材質(zhì)與SB-333-N10675基本一致，說(shuō)明材質(zhì)沒(méi)有問(wèn)題。

表1　管道材質(zhì)化學(xué)成分（Wt%）

2.3材質(zhì)與金相分析

管道穿孔處與基體的金相組織[2]，如圖3所示。從圖3可以看出，基體與斷口處的基體組織基本一致，均為單相奧氏體，且存在少量的M6C。單相奧氏體具有較好的塑性、抗腐蝕性能。從管道金相材質(zhì)上可以看出，管道的腐蝕穿孔與金相組織無(wú)關(guān)。

圖3　金相分析

2.4流場(chǎng)分析

通過(guò)以上分析，基本上排除了由材質(zhì)和金相組織缺陷引起腐蝕穿孔的原因。由于管道特殊的位置及腐蝕形貌，認(rèn)為管道發(fā)生流動(dòng)加速腐蝕的傾向較大。流動(dòng)加速腐蝕是指金屬原子從管道、容器及設(shè)備表面被剝離的現(xiàn)象。影響流動(dòng)加速腐蝕的因素很多，主要將其分為三類，即流體力學(xué)因素、環(huán)境因素和材料因素。其中，流體力學(xué)因素主要包括流速、流動(dòng)狀態(tài)、含氣率等，環(huán)境因素包括pH值、溫度和溶解氧的濃度等，材料因素指的是基體材料中銅、鉻等元素的含量。

應(yīng)用COMSOL軟件建立如圖1所示的流-固耦合多物理場(chǎng)計(jì)算模型，目的是分析腐蝕產(chǎn)物膜的變形及受力情況。建立的幾何模型見(jiàn)圖4，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖4　COMSOL模型

圖5　流線圖

從圖5可以看出，流體流過(guò)彎管后，在彎管壁面的作用下，折向內(nèi)彎面一側(cè)，導(dǎo)致彎管內(nèi)彎面一側(cè)的出口直管段腐蝕產(chǎn)物膜受力較大，易脫落，裸露出新的管道基體，使得該處腐蝕速率較大，最先穿孔。腐蝕產(chǎn)物膜容易發(fā)生脫落，導(dǎo)致其腐蝕速率加快，這與超聲波測(cè)厚結(jié)果趨勢(shì)一致[3]。

3　結(jié)論

由上述分析可知，該段直管的失效模式是流動(dòng)加速腐蝕。腐蝕是主要因素，流體的作用促進(jìn)了腐蝕。雖然SB-333-N10675具有較好的耐氯離子腐蝕性，但是如果有強(qiáng)氧化性離子的存在時(shí)，其腐蝕速率會(huì)成倍增加。為了解決該問(wèn)題，提出以下技術(shù)改造方案并進(jìn)行了工程實(shí)踐：合理布置進(jìn)口管線，不采用大小頭后直接加彎管的布置方式，改為在大小頭與彎頭之間添加直管段，從而平滑流場(chǎng)，降低流體對(duì)彎管下游管件的沖刷作用。經(jīng)此次改造，目前該管線運(yùn)行良好。

[1]修維紅,吳曉紅,倪利剛,等.板翅式換熱器有限元計(jì)算及分析[J].石油和化工設(shè)備,2012,15(5):5-7.

[2]張志強(qiáng),季益忠,杜克鏞,等.板翅式換熱器真空干燥裝置的研制[J].干燥技術(shù)與設(shè)備,2010,8(2):50-55.

[3]宋春元.板翅式換熱器的技術(shù)進(jìn)展[J].化工設(shè)計(jì)通訊.2008,34(4):48-52.

Failure Analysis and Technical Improvement of Inlet Pipeline of a Heat Exchanger

Zhang Hui
(Lianyungang Wally Parson Engineering Company Limited,Jiangsu Nanjing 210000)

The failure mode of a chemical plant in a heat exchanger entrance pipeline was analyzed,and the simulation fl ow fi eld simulation software COMSOL were proposed for technological transformation of the program,through the project transformation to solve the long-term problems of the pipeline operation.

Heat exchanger; Pipeline failure; Technical transformation

TQ051.5

A

2096-0387（2016）05-0045-02

張輝（1980-），男，江蘇淮安人，碩士，工程師，研究方向：工業(yè)管道設(shè)計(jì)。