换热器管失效的六个原因

1. 换热管腐蚀

使用碳钢管的管壳式换热器面临的最大威胁是管子换热表面的氧化（腐蚀）。

氧气 ( O₂ ) 与铁 (Fe₂ 、 Fe₃ )的反应是最常见的腐蚀形式。该反应会在碳钢管表面生成一层氧化铁 (Fe₂O₃ ) ，导致热渗透性降低，最终造成换热管劣化。

这个问题难以解决，通常只有当换热管腐蚀严重，热性能下降、流体流量显著减少或换热管穿孔泄漏时才会被发现。

2. 换热管侵蚀

换热管侵蚀是指流体对金属的物理磨损。

固体含量高的流体——例如二氧化硅、淤泥或含有盐、沙子和海洋生物的海水—会加速换热管内部和换热管进口的侵蚀。

虽然所有换热管都会随着时间的推移而受到侵蚀，但换热管最薄弱的部位通常是 U 形弯管（如果有的话）和换热管进口。



U形弯道侵蚀

管侧流体速度超过制造商建议值会导致U形弯管回弯外段内壁出现侵蚀损伤。

此处流向的改变会产生流动阻力，导致流体及其中的颗粒物受到的作用力集中在管壁远端，从而持续侵蚀管壁。

换热管入口前端侵蚀

在入口的前端，即管板连接处，也可见明显的管壁侵蚀，此处承受着全部的入口流体冲击力。此时，流体从单一流路分裂成许多较小的流路，导致湍流和极高的局部流速。

3. 蒸汽锤或水锤

蒸汽锤或水锤是一种强大的冲击力，可导致换热器壳体或管束破裂或坍塌。水锤通常发生在压力骤增的情况下，而压力骤增通常是由冷却水流量突然中断、滞留水快速蒸发或水泵故障引起的。在给水加热器中 ，高蒸汽压力会增加水锤发生的可能性，因此可以观察到这种现象。

虽然经常能听到锤击声，但很少会对壳体造成损坏。由于换热管比壳体脆弱，更容易受到锤击，但换热管的损坏只有在内部检查或出现泄漏时才能发现。

4. 热疲劳

换热器管由于持续的热循环或高温差造成的应力累积，容易出现撕裂和裂纹。当壳程和管程之间的极端温差导致管束弯曲时，就会发生热疲劳。



热疲劳可能导致管材变形，产生超过材料抗拉强度的应力载荷，最终导致换热管破裂。

高温差的另一个后果是管子沿其长度方向发生物理热膨胀和收缩，这最终可能会损害管子与管板连接的完整性，导致泄漏。

热疲劳的威胁几乎不可能在发生故障之前诊断出来。

5. 振动/共振

无论来自何种来源，无论是外部还是内部引起的振动和共振，都会对换热管施加强大的力，一旦开始振动或共振，其强度就会增加，直至管子破裂失效或与管板失去密封并泄漏。



在管壳式换热器中，折流板为管子提供至关重要的支撑，并引导壳侧流体的流动，以辅助热能交换。换热器管通常采用焊接或胀接的方式与管板连接，以确保连接处不泄漏。管子与折流板和管板的接触点都是薄弱环节。

管侧流体流速过高会导致管子高频振动或共振，造成换热管与折流板边缘之间的磨损。这可能导致管子破裂或管子与管板的连接失效。

与管壳式换热器连接的设备或机械也可能将其外部振动传递到换热器管上，从而造成损坏或故障。

6. 换热管点蚀

化学腐蚀会导致换热管出现点蚀，直至形成针孔，最终导致换热管失效和泄漏。

点蚀是由于浓差电池（通常称为电池）内外表面电势差产生的电化学势造成的。该电池中富氧环境充当阳极，金属表面充当阴极，导致金属表面因化学反应而缓慢发生点蚀。

氧气 (O 2 ) 和二氧化碳 (CO 2 )的浓电化学梯度通常是造成换热管壁点蚀的原因，过量的氯化物和硫酸盐等化学化合物（通常存在于处理不当的冷却水中）也是如此。

感谢分享换热器管失效的六个原因，学习了！