某换热器入口管线失效分析与技术改造

张辉

（连云港沃利帕森工程技术有限公司，江苏南京210000）

某换热器入口管线失效分析与技术改造

张辉

（连云港沃利帕森工程技术有限公司，江苏南京210000）

对某化工厂一台换热器的入口管线的失效模式进行分析，并结合流场仿真软件CO M SO L的仿真结果提出针对性的技术改造方案，通过工程改造解决了该管线运行的时长问题。

换热器；管线失效；技术改造

某化工厂的一台换热器的入口管线长期存在着因腐蚀而穿孔失效的问题，据此进行相关实验，并结合仿真软件COMSOL的结果，提出相应的技术改造方案。

1　工艺装置

该管线的材质为SB-333-N10675，设计压力为0.966MPa，设计温度315℃，操作压力为0.61MPa，操作温度为150℃，管径6”，运行时间为10a。入口管线的结构如图1所示。

图1　入口管线结构图

2　结果与讨论

2.1超声波壁厚检测

应用超声波壁厚检测技术对失效的管段进行测试，测试点如图1所示，测试结果如图2所示。

图2　超声波测厚测试点分布示意图

从图2可以更直观地看出，该段直管厚度分布不均匀，距离穿孔处越远[1]，管壁越厚。厚度越大，说明其腐蚀速率越小。形成这种腐蚀状态的原因可能有：第一，电偶腐蚀，但是与该段管道相连的设备及管件均是SB-333-N10675，该种可能基本排除；第二，材质缺陷、或者金相组织分布不均匀；第三，流动加速腐蚀。

2.2材质与组成分析

针对上述腐蚀原因之二，做了材质和金相分析。在管道腐蚀最严重的地方取样进行EDS能谱分析，分析结果如表1所示。从表1可以看出，材质与SB-333-N10675基本一致，说明材质没有问题。

表1　管道材质化学成分（Wt%）

2.3材质与金相分析

管道穿孔处与基体的金相组织[2]，如图3所示。从图3可以看出，基体与断口处的基体组织基本一致，均为单相奥氏体，且存在少量的M6C。单相奥氏体具有较好的塑性、抗腐蚀性能。从管道金相材质上可以看出，管道的腐蚀穿孔与金相组织无关。

图3　金相分析

2.4流场分析

通过以上分析，基本上排除了由材质和金相组织缺陷引起腐蚀穿孔的原因。由于管道特殊的位置及腐蚀形貌，认为管道发生流动加速腐蚀的倾向较大。流动加速腐蚀是指金属原子从管道、容器及设备表面被剥离的现象。影响流动加速腐蚀的因素很多，主要将其分为三类，即流体力学因素、环境因素和材料因素。其中，流体力学因素主要包括流速、流动状态、含气率等，环境因素包括pH值、温度和溶解氧的浓度等，材料因素指的是基体材料中铜、铬等元素的含量。

应用COMSOL软件建立如图1所示的流-固耦合多物理场计算模型，目的是分析腐蚀产物膜的变形及受力情况。建立的几何模型见图4，计算结果见图5。

图4　COMSOL模型

图5　流线图

从图5可以看出，流体流过弯管后，在弯管壁面的作用下，折向内弯面一侧，导致弯管内弯面一侧的出口直管段腐蚀产物膜受力较大，易脱落，裸露出新的管道基体，使得该处腐蚀速率较大，最先穿孔。腐蚀产物膜容易发生脱落，导致其腐蚀速率加快，这与超声波测厚结果趋势一致[3]。

3　结论

由上述分析可知，该段直管的失效模式是流动加速腐蚀。腐蚀是主要因素，流体的作用促进了腐蚀。虽然SB-333-N10675具有较好的耐氯离子腐蚀性，但是如果有强氧化性离子的存在时，其腐蚀速率会成倍增加。为了解决该问题，提出以下技术改造方案并进行了工程实践：合理布置进口管线，不采用大小头后直接加弯管的布置方式，改为在大小头与弯头之间添加直管段，从而平滑流场，降低流体对弯管下游管件的冲刷作用。经此次改造，目前该管线运行良好。

[1]修维红,吴晓红,倪利刚,等.板翅式换热器有限元计算及分析[J].石油和化工设备,2012,15(5):5-7.

[2]张志强,季益忠,杜克镛,等.板翅式换热器真空干燥装置的研制[J].干燥技术与设备,2010,8(2):50-55.

[3]宋春元.板翅式换热器的技术进展[J].化工设计通讯.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

张辉（1980-），男，江苏淮安人，硕士，工程师，研究方向：工业管道设计。