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1、化工设备讲座 设备失效事例及分析,一. 概述,当前石油化工发展的特点： 大型化 高参数：高温、高压、强腐蚀,实例1： 烟囱 总高：80000 mm,二. 实例分析,圆柱部分：35000 mm 圆锥部分：45000 mm,直径：,圆柱：2150 mm 圆锥：2150/4000 mm,材料：,壳体：低碳钢 内部：耐火材料,振动特点： 1.和风向有关 2.和风速有关 3.间歇性的,卡曼漩涡及涡街,卡曼漩涡及涡街的数值模拟,卡曼涡街形成的条件： 对于在流体中的圆柱体 雷诺数R（4747时， 圆柱体后的旋涡交替脱落，形成 卡曼涡街。,当圆柱两侧交替产生旋涡时，两侧交替地产生 垂直于流体流动方向的推力PL
2、的作用,共振的预防,0.85 fn1 fv 1.3 fn1 fv 激振力即旋涡陨落的频率 fn1 结构的第一自振频率（基频率）,防振措施：,增大结构的自振频率 增加结构的阻尼 采用扰流结构,现场照片：,(a)改造前 (b)改造后,设备简况： 管束长： 4500 mm 设备内径：1250 mm,实例2：双壳程U型管换热器 高温高压锅炉给水预热器,设备简图,换热器损坏情况,换热管端部,1. 损坏特点及分析：,分层隔板上部管口焊缝断裂 管子伸出管板外100150 mm 共312根换热管，焊缝开裂且管子伸出的管口 共87个，占27.8 隔板槽以下部分，管口完好无损,2. 原因分析：,1. 壳层压力在U
3、型管产生的轴向推力 F1/2 = 1126.4 kgf 2. 隔板上下的换热管温差产生的应力 F2= 2572.4 kgf,两者合成：,1. 上部换热管： F1/2F2= 3698.8 kgf 2. 下部换热管： F1/2F2= 1446 kgf,3. 数值模拟：,(a) (b) 管子与管板连接焊缝处的应力集中及变形,应力集中区,应力集中区,如果上部管口断裂： 管外： P11.0 MPa 管内： P3.5 MPa 温度： 上部 360 下部 310 边界： 下管口固定，上管口自由,设备简况： 塔径：5000 mm 塔高：H55000 mm 结构：填料塔，内装规整填料,实例3： 塔设备,大修期间
4、 停车退料加盲板蒸汽吹扫降温 开人孔盖通风，准备交施工队,下午3：00点 打开人孔盖 夜间10：00左右，发现塔中部已经发红，推断是内 部燃烧，并通知消防救火 11：00 在救火过程中塔从中部开始发生倾斜，并 断裂倒塌，掉落在地上,污垢及腐蚀产物附着在填料内,腐蚀及氧化反应：,防止含FeS的填料塔及其它设备管道产生自燃的某些措施： （1）控制温度：控制设备内温度，如果某些原因出现温度升高，应及时喷水降温。一般控制温度在60以下。 （2）控制温度：如设备内温度减小20%。 （3）清除设备及管道内的含FeS的腐蚀产物 （4）系统脱硫,设备简况： 稀释蒸汽发生器是乙烯装置中重要的大型换热器，主要结构
5、参数如下：,实例4：稀释蒸汽发生器,稀释蒸汽发生器设计操作参数：,设备外观：,1. 原因分析：,管束振动 宏观和微观腐蚀形态 微观组织和力学性能 水质分析,自2005年11月以来四台稀释蒸汽发生器相继发生 管束泄漏，严重影响了正常生产及装置的安全,a. 振动校核计算,计算横流速度和临界横流速度 计算卡门旋涡频率fV和换热管的固有频率fn 符合下列条件中的任何一条，就有可能发生管束振动。 （1）卡门旋涡频率fV与换热管最低固有频率fn之比大于0.5； （2）横流速度V大于临界横流速度Vc 结果表明： 在正常操作工况下该设备发生管束振动破坏是有可能的.,b.宏观和微观腐蚀形态分析,腐蚀较为严重的换
6、热管其部位大多集中于换热器的下部，且多位于管板的边缘部位,泄漏的管束,换热器堵管部位,换热管腐蚀形态,换热管与折流板接合部换热管被磨损,管束外表面发生大面积溃疡状腐蚀凹坑,微观腐蚀形态,1. 换热管外表面布满腐蚀产物，整个管束外表面可以分为 黑色区（污染区）和黄褐色区（腐蚀区）两种区域 2. 对黑色区域（污染区）的能谱成分分析结果表明，该区 域垢层组成主要以泄漏污染物（碳元素）为主,c. 微观组织分析及力学性能检测,换热管腐蚀部位剖面金相显微组织观察结果表明，换热管外表面的腐蚀形式属于局部腐蚀类型，可以看出换热管外表面垢下基体金属表面先形成微小蚀坑，然后不断向深处和四周发展，最终导致换热管外表
7、面垢下形成较大的蚀坑并发生穿孔失效,d. 水质分析,1） 水中溶解氧含量远高于国家水质标准 2） 水样中的COD值（有机物含量）过高 3） 水样中尤其是排污口处的总铁含量过高 4） 水样中的Cl 值过高,2. 失效原因,1）在操作工况下该蒸汽发生器发生管束可能发生振动破坏。然后管程急冷油进入壳程形成污垢. 2）失效主要原因是水中的溶解氧与铁发生氧的去极化腐蚀反应。 3）水质中有机物、总铁以及Cl-含量过高，在发生氧腐蚀的同时，会加速腐蚀过程的进行以及发生其它形式的腐蚀反应。,3. 蒸汽发生器改造方案,1）为防止工艺水中有害离子的浓缩，加强壳程下部浓缩污水的排放，增加一个排污口,3. 蒸汽发生器
8、改造方案,2）管束改造，主要改进为： a.由于换热管失效的主要部位集中于设备下部且位于工艺水进口附近，因此改造中提高了该处的抗振能力，主要措施：增大防冲挡板尺寸；增加折流板厚度，同时缩短折流板之间的距离，折流板数量增加4块。 b.为加强壳程污水的排放，建议加大折流板底部缺口尺寸。 c.将换热管由原252.5mm的10#钢光管改为同直径及材质的螺旋槽管。,4. 改造前后比较,改造后的新管束于2006年下半年投入使用，同时工厂也根据失效分析和水质分析的结果对工艺操作进行了调整，目前该设备经过近三年的现场使用，设备运行良好，换热效果得到了较大的提高，基本证明了本项目提出的设备延寿及扩容技术的效果。,谢 谢！,