换热器防冲板脱落的原因分析和改进

  摘要:对换热器防冲板脱落的原因进行分析,通过对其形状的改进,有效地防止了防冲板的脱落,保证了换热器的正常运行。
    关键词:防冲板;换热器;压力;压力波动
　  引言
    换热器防冲板是防止换热器入口介质直接冲击换热管,对换热管起保护作用的一个零件,但由于设计、制造等原因,在换热器正常运行中,防冲板脱落的现象时有发生,脱落的防冲板不但起不到保护换热管的作用,而且在入口介质的压力冲击下,防冲板会将换热器zui上一层的换热管砸漏,导致换热器的壳程和管程介质短路,使其无法正常运行,甚至报废。
    1　情况介绍某型换热器于2004年11月投入使用。在2005年2月,防冲板脱落,导致换热器损坏,无法运行。
    1.1　设计参数换热器主要设计参数如表1所示。

    1 2　换热器防冲板部位结构　　
    防冲板结构见图1。
 
   防冲板各零部件材料见表2。

    1 3　换热器损坏情况
    因为筋板和防冲板或壳体的焊缝开裂,防冲板脱落,将换热器zui上面的一排换热管砸漏,管程与壳程介质短路,导致换热器无法正常运行。
    2　防冲板脱落的原因分析
    2.1　压力波动
    由于换热器在运行中压力是不断地变化的,并且变化的范围较大,导致入口的蒸气对防冲板的冲击力不断地改变,造成防冲板不断地上下抖动,尤其是防护板中心处上下抖动的幅度zui大,通过某机构模拟工况试验,防冲板中心处zui大向下抖动幅度可达58ｍｍ.
    2.2　疲劳破坏
    由于防冲板不停上下抖动,在应力集中的焊缝处,应力不停地反复作用,使焊缝开裂,造成防冲板脱落。
    3　防冲板形状的改进
    将改进后（图2）和改进前的防冲板（图1）进行比较,在材料和结构尺寸基本没有改变的情况下,只是对防冲板的形状进行了改变及增加了钢筋（根据压力参数、波动情况和物料入口尺寸的大小选数量、直径、长短适当的钢筋）。
 
    3.1　改变防冲板形状的目的
    在不影响介质流通面积的情况下,将防冲板向上预弯曲,是为了提高防冲板抗冲击力的刚度,在压力波动使防冲板所受冲击力不断变化时,防冲板的抖动幅度将大大降低。
    3.2　增加钢筋的目的
    钢筋的数量、直径、长短要适当,钢筋上边和入口接管的内壁焊接,下边和防冲板焊接,这样在压力冲击载荷作用在防冲板上时,就防止了防冲板随着压力的变化而上下抖动,同时也大大减轻了筋板和防冲板、壳体焊接处的应力集中,防止了焊缝开裂。
    经改进的换热器防冲板在使用过程中再没有发生过脱落的现象。现在,许多压力容器设计单位在设计换热器时,绝大多数都采用改进后的该工程的设计压力为9 2ＭＰａ,其压力波动范围为9 2～4 0ＭＰａ.该工程利用管道储气进行调峰。管道内压力波动受季节、人为等各方面因素的影响,例如按城市居民生活的需求,管道每天调峰2次。假设管道每天调峰2次,调峰的压力在zui大设计压力（9 2ＭＰａ）和zui小设计压力（4 0ＭＰａ）之间,而且每天调峰的压力幅值相同。由此压力波动引起的管道应力循环疲劳可以认为是常幅疲劳,可以利用上述的常幅疲劳校核公式进行疲劳分析。