某換熱器入口管線失效分析與技術改造

張輝

（連云港沃利帕森工程技術有限公司，江蘇南京210000）

某換熱器入口管線失效分析與技術改造

張輝

（連云港沃利帕森工程技術有限公司，江蘇南京210000）

對某化工廠一臺換熱器的入口管線的失效模式進行分析，并結合流場仿真軟件CO M SO L的仿真結果提出針對性的技術改造方案，通過工程改造解決了該管線運行的時長問題。

換熱器；管線失效；技術改造

某化工廠的一臺換熱器的入口管線長期存在著因腐蝕而穿孔失效的問題，據此進行相關實驗，并結合仿真軟件COMSOL的結果，提出相應的技術改造方案。

1　工藝裝置

該管線的材質為SB-333-N10675，設計壓力為0.966MPa，設計溫度315℃，操作壓力為0.61MPa，操作溫度為150℃，管徑6”，運行時間為10a。入口管線的結構如圖1所示。

圖1　入口管線結構圖

2　結果與討論

2.1超聲波壁厚檢測

應用超聲波壁厚檢測技術對失效的管段進行測試，測試點如圖1所示，測試結果如圖2所示。

圖2　超聲波測厚測試點分布示意圖

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[1]，管壁越厚。厚度越大，說明其腐蝕速率越小。形成這種腐蝕狀態的原因可能有：第一，電偶腐蝕，但是與該段管道相連的設備及管件均是SB-333-N10675，該種可能基本排除；第二，材質缺陷、或者金相組織分布不均勻；第三，流動加速腐蝕。

2.2材質與組成分析

針對上述腐蝕原因之二，做了材質和金相分析。在管道腐蝕最嚴重的地方取樣進行EDS能譜分析，分析結果如表1所示。從表1可以看出，材質與SB-333-N10675基本一致，說明材質沒有問題。

表1　管道材質化學成分（Wt%）

2.3材質與金相分析

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。從管道金相材質上可以看出，管道的腐蝕穿孔與金相組織無關。

圖3　金相分析

2.4流場分析

通過以上分析，基本上排除了由材質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，認為管道發生流動加速腐蝕的傾向較大。流動加速腐蝕是指金屬原子從管道、容器及設備表面被剝離的現象。影響流動加速腐蝕的因素很多，主要將其分為三類，即流體力學因素、環境因素和材料因素。其中，流體力學因素主要包括流速、流動狀態、含氣率等，環境因素包括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。

應用COMSOL軟件建立如圖1所示的流-固耦合多物理場計算模型，目的是分析腐蝕產物膜的變形及受力情況。建立的幾何模型見圖4，計算結果見圖5。

圖4　COMSOL模型

圖5　流線圖

從圖5可以看出，流體流過彎管后，在彎管壁面的作用下，折向內彎面一側，導致彎管內彎面一側的出口直管段腐蝕產物膜受力較大，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。腐蝕產物膜容易發生脫落，導致其腐蝕速率加快，這與超聲波測厚結果趨勢一致[3]。

3　結論

由上述分析可知，該段直管的失效模式是流動加速腐蝕。腐蝕是主要因素，流體的作用促進了腐蝕。雖然SB-333-N10675具有較好的耐氯離子腐蝕性，但是如果有強氧化性離子的存在時，其腐蝕速率會成倍增加。為了解決該問題，提出以下技術改造方案并進行了工程實踐：合理布置進口管線，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，降低流體對彎管下游管件的沖刷作用。經此次改造，目前該管線運行良好。

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

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

[3]宋春元.板翅式換熱器的技術進展[J].化工設計通訊.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：工業管道設計。