摘 要

在能源的使用过程中，换热器占据了十分重要的地位。提升换热效率，降低故障频率至关重要。在制造固定式管板换热器过程中，管子与管板连接处及管束本身这两个部分是较为常见的失效区域。本课题基于对换热器管板接头区域的研究，分析接头处的实际失效情况并给出具体报告。本课题拟通过X射线衍射技术(XRD)、扫描电子显微分析(SEM)、能谱分析（EDS）等分析研究手段，综合分析出管子与管板接头的失效原因及解决方法。

通过上述方法得到如下结论：管束的内径与标准值有一定差距，存在胀接不均匀的现象；焊缝内存在夹杂物和凹坑，夹杂物中含有S、Cl、Ca、Al等元素；通过腐蚀产物为各类铁的氧化物，进而推断管束和管板均发生了富氧条件下的吸氧腐蚀；HAZ有马氏体生成，焊缝区出现枝状晶，这样的情况是焊接后热处理不完全所致，会导致该区域硬度偏高、焊接残余应力增大；

最终得出结果，该产品失效是由于焊接工艺不当、介质内含有腐蚀离子S、Cl，在焊接残余应力和热交换产生的热应力共同作用下，导致管板焊缝位置发生泄漏。

关键词： 失效分析 管与管板接头 腐蚀 泄露

ABSTRACT

In the use of energy, the heat exchanger occupies a very important position. Improve the heat transfer efficiency, reduce the frequency of failure is essential. In the manufacture of fixed tube plate heat exchanger process, the pipe and tube plate junction and the tube itself is the two parts of the more common failure area. Based on the study of the joint area of the heat exchanger tube plate, this paper analyzes the actual failure situation at the joint and gives the concrete report. In this paper, the causes and solutions of pipe and tube joint are analyzed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy spectrum analysis (EDS and so on).

The following conclusions are obtained by the above method, there are some differences between the inner diameter of the tube bundle and the standard value, This indicates the expansion is not uniform. There are inclusions and pits in the weld. The inclusions contain S, Cl, Ca , Al and All kinds of iron oxides, and then infer the tube bundle and tube plate under the conditions of oxygen enrichment oxygen corrosion occurred; Weld heat affected zone has martensite formation, weld area containing dendrites, After welding heat treatment is not sufficient caused by high hardness, welding residual stress increases;

The result is that the failure of the product is due to improper welding process, the media contains corrosive ions S,Cl. In the welding residual stress and thermal stress generated by the combined heat stress, resulting in pipe plate weld location leakage.

Key words: Failure analysis; Tube and tube sheet joint; Corrosion; Leakage

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 换热器的分类及发展 1

1.2.1 换热器分类 1

1.2.2 国内外换热器历史及发展现状 2

1.3 换热器的制造及焊接技术 3

1.3.1 换热器制造 3

1.3.2 换热器管子与管板连接 3

1.4 换热器失效 5

1.5 本文主要研究内容 6

第二章 分析方法 7

2.1 引言 7

2.2 EDS分析 7

2.3 SEM分析 7

2.4 XRD分析 7

2.5 直读光谱分析 8

2.6 金相分析 8

2.7 硬度分析 8

第三章 管与管板接头泄露分析 9

3.1 工况背景 9

3.2 宏观分析 9

3.3 管子内径测量 11

3.4 换热器管板疑似漏点微观观察分析 12

3.5 腐蚀垢样成分分析 17

3.5.1 EDS分析 17

3.5.2 XRD分析 19

3.6 材质成分 19

3.7 金相分析 22

3.8 硬度分析 26

3.9 失效原因及综合分析 27

3.10 对策 27

第四章 结论 28

4.1 结论与建议 28

参考文献 29

第一章 绪论

1.1 引言

当今，人类社会的发展很大程度上依赖能源的支持。但现有的以化石能源为主力的能源结构，导致环境、生态等问题日益加剧，而且能源的需求量依然很大。全球在探索新型能源的同时，也在关注节能方面的突破。在节能技术中，改进传热技术能迅速提升利用效率，再通过减少浪费来扩大节能空间。

换热器是完成两种介质间热量传送的设备，它的性能直接影响传热的效率。因此，如何提升换热器的效率的研究是长久以来的热点领域。

21世纪以来，我国的换热器生产在增强整体性能方面取得了一定的成果，增强热能转换效率、减少传热部分面积、降低压降等。在今后的一段时间内，基于需求量的小幅提高，行业仍将稳步增长。在整体行业体量较为庞大的基础下，虽然增长率较低，但规模还是可能在未来几年突破1400亿元。

1.2 换热器的分类及发展

在本文中我们主要阐述的是以结构作为分类标准的情况。

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