化工设备讲座——设备失效事例及分析ppt,讲座课件

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：当前石油化工发展的特点：当前石油化工发展的特点：当前石油化工发展的特点：大型化大型化大型化大型化高参数：高温、高压、强腐蚀高参数：高温、高压、强腐蚀高参数：高温、高压、强腐蚀高参数：高温、高压、强腐蚀 实例1：烟囱总高：总高：总高：总高：80000 mm80000 mm二.实例分析圆柱部分：圆柱部分：35000 mm35000 mm圆锥部分：圆锥部分：45000 mm45000 mm直径：直径：直径：直径：圆柱：圆柱：21502150 mm mm圆锥：圆锥：21502150/40004000 mmmm材料：材料：材料：材料：壳体：壳体：低碳钢低碳钢内部：耐火材料内部：耐火材料振动特点：振动特点：振动特点：振动特点：1.1.1.1.和风向有关和风向有关和风向有关和风向有关 2.2.2.2.和风速有关和风速有关和风速有关和风速有关 3.3.3.3.间歇性的间歇性的间歇性的间歇性的 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 雷诺数雷诺数R R（47Re1047Re47Re47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垂直于流体流动方向的推力P PL L的作用的作用共振的预防0.85 f0.85 fn1 n1 f fv v 1.3 f 1.3 fn1n1f fv v 激振力即旋涡陨落的频率激振力即旋涡陨落的频率f fn1 n1 结构的第一自振频率（基频率）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大结构的自振频率增大结构的自振频率增大结构的自振频率增加结构的阻尼增加结构的阻尼增加结构的阻尼增加结构的阻尼采用扰流结构采用扰流结构采用扰流结构采用扰流结构 现场照片：(a)(a)(a)(a)改造前改造前改造前改造前 (b)(b)(b)(b)改造后改造后改造后改造后 设备简况：设备简况：设备简况：设备简况：管束长：管束长：管束长：管束长：4500 mm4500 mm4500 mm4500 mm设备内径：设备内径：设备内径：设备内径：1250 mm1250 mm1250 mm1250 mm实例2：双壳程U型管换热器 高温高压锅炉给水预热器 管程管程壳壳层层设计压设计压力力 MPaMPa3.53.511.011.0设计设计温度温度 450450350350介介质质工工艺艺气气锅锅炉炉给给水水换热换热管管直径：直径：32323.5 mm3.5 mm材材质质：0Cr18Ni90Cr18Ni9管板管板厚度：厚度：273 mm273 mm材材质质：20MnMo 20MnMo 管程管程侧侧堆堆焊焊:8mm:8mm材材质质：0Cr18Ni90Cr18Ni9管子管板管子管板连连接接隔板以上部分：隔板以上部分：强强度度焊焊贴胀贴胀 隔板以下部分：隔板以下部分：强强度度焊焊 未未胀胀接接 设备简图设备简图 换热器损坏情况换热器损坏情况换热器损坏情况换热器损坏情况 换热管端部换热管端部换热管端部换热管端部1.损坏特点及分析：损坏特点及分析：分层隔板上部管口焊缝断裂分层隔板上部管口焊缝断裂分层隔板上部管口焊缝断裂分层隔板上部管口焊缝断裂管子伸出管板外管子伸出管板外管子伸出管板外管子伸出管板外100100100100150 mm150 mm150 mm150 mm 共共共共312312312312根换热管，焊缝开裂且管子伸出的管口根换热管，焊缝开裂且管子伸出的管口根换热管，焊缝开裂且管子伸出的管口根换热管，焊缝开裂且管子伸出的管口 共共共共87878787个，占个，占个，占个，占27.827.827.827.8隔板槽以下部分，管口完好无损隔板槽以下部分，管口完好无损隔板槽以下部分，管口完好无损隔板槽以下部分，管口完好无损2.原因分析：原因分析：1.1.1.1.壳层压力在壳层压力在壳层压力在壳层压力在U U U U型管产生的轴向推力型管产生的轴向推力型管产生的轴向推力型管产生的轴向推力 F F F F1 1 1 1/2=1126.4 kgf/2=1126.4 kgf/2=1126.4 kgf/2=1126.4 kgf2.2.2.2.隔板上下的换热管温差产生的应力隔板上下的换热管温差产生的应力隔板上下的换热管温差产生的应力隔板上下的换热管温差产生的应力F F F F2 2 2 2=2572.4 kgf=2572.4 kgf=2572.4 kgf=2572.4 kgf两者合成：两者合成：1.1.1.1.上部换热管：上部换热管：上部换热管：上部换热管：F F F F1 1 1 1/2/2/2/2F F F F2 2 2 2=3698.8 kgf =3698.8 kgf =3698.8 kgf =3698.8 kgf 2.2.2.2.下部换热管：下部换热管：下部换热管：下部换热管：F F F F1 1 1 1/2/2/2/2F F F F2 2 2 2=1446 kgf1446 kgf1446 kgf1446 kgf3.数值模拟：数值模拟：(a)(b)(a)(b)(a)(b)(a)(b)管子与管板连接焊缝处的应力集中及变形管子与管板连接焊缝处的应力集中及变形管子与管板连接焊缝处的应力集中及变形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：如果上部管口断裂：如果上部管口断裂：如果上部管口断裂：管外：管外：管外：管外：P P P P11.0 MPa11.0 MPa11.0 MPa11.0 MPa 管内：管内：管内：管内：P P P P3.5 MPa3.5 MPa3.5 MPa3.5 MPa 温度：温度：温度：温度：上部上部上部上部 360 360 360 360 下部下部下部下部 310 310 310 310 边界：边界：边界：边界：下管口固定，上管口自由下管口固定，上管口自由下管口固定，上管口自由下管口固定，上管口自由 设备简况：设备简况：设备简况：设备简况：塔径：塔径：塔径：塔径：5000 mm5000 mm5000 mm5000 mm塔高：塔高：塔高：塔高：HHHH55000 mm55000 mm55000 mm55000 mm结构：填料塔，内装规整填料结构：填料塔，内装规整填料结构：填料塔，内装规整填料结构：填料塔，内装规整填料实例3：塔设备 大修期间大修期间 停车退料加盲板蒸汽吹扫降停车退料加盲板蒸汽吹扫降温温 开人孔盖通风，准备交施工队开人孔盖通风，准备交施工队 下午下午下午下午3 3 3 3：00000000点点点点 打开人孔盖打开人孔盖打开人孔盖打开人孔盖夜间夜间夜间夜间10101010：00000000左右，发现塔中部已经发红，推断是内左右，发现塔中部已经发红，推断是内左右，发现塔中部已经发红，推断是内左右，发现塔中部已经发红，推断是内 部燃烧，并通知消防救火部燃烧，并通知消防救火部燃烧，并通知消防救火部燃烧，并通知消防救火11111111：00 00 00 00 在救火过程中塔从中部开始发生倾斜，并在救火过程中塔从中部开始发生倾斜，并在救火过程中塔从中部开始发生倾斜，并在救火过程中塔从中部开始发生倾斜，并 断裂倒塌，掉落在地上断裂倒塌，掉落在地上断裂倒塌，掉落在地上断裂倒塌，掉落在地上 污垢及腐蚀产物附着在填料内污垢及腐蚀产物附着在填料内污垢及腐蚀产物附着在填料内污垢及腐蚀产物附着在填料内腐蚀及氧化反应：防止含防止含防止含防止含FeSFeSFeSFeS的填料塔及其它设备管道产生自燃的某些措施：的填料塔及其它设备管道产生自燃的某些措施：的填料塔及其它设备管道产生自燃的某些措施：的填料塔及其它设备管道产生自燃的某些措施：（1 1 1 1）控制温度：控制设备内温度，如果某些原因出现温度）控制温度：控制设备内温度，如果某些原因出现温度）控制温度：控制设备内温度，如果某些原因出现温度）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。一般控制温度在升高，应及时喷水降温。一般控制温度在升高，应及时喷水降温。一般控制温度在升高，应及时喷水降温。一般控制温度在60606060以下。以下。以下。以下。（2 2 2 2）控制温度：如设备内温度减小）控制温度：如设备内温度减小）控制温度：如设备内温度减小）控制温度：如设备内温度减小20202020%20%20%20%。（3 3 3 3）清除设备及管道内的含）清除设备及管道内的含）清除设备及管道内的含）清除设备及管道内的含FeSFeSFeSFeS的腐蚀产物的腐蚀产物的腐蚀产物的腐蚀产物（4 4 4 4）系统脱硫）系统脱硫）系统脱硫）系统脱硫 设备简况：设备简况：设备简况：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，主稀释蒸汽发生器是乙烯装置中重要的大型换热器，主稀释蒸汽发生器是乙烯装置中重要的大型换热器，主稀释蒸汽发生器是乙烯装置中重要的大型换热器，主要结构参数如下：要结构参数如下：要结构参数如下：要结构参数如下：实例实例4：稀释蒸汽发生器：稀释蒸汽发生器主体尺寸主体尺寸(mm)(mm)换热管尺寸换热管尺寸(mm)(mm)换热管换热管数量数量布管布管方式方式换热面积换热面积（m2m2）空重空重（kgkg）2300230020209500950025252.52.59 950050031603160正方形正方形229622968456084560 稀释蒸汽发生器设计操作参数：稀释蒸汽发生器设计操作参数：稀释蒸汽发生器设计操作参数：稀释蒸汽发生器设计操作参数：介质介质质量流量质量流量(T/h)(T/h)体积流量体积流量(m(m3 3/h)/h)温度温度()()压力压力(MPa)(MPa)壳程进口壳程进口饱和水饱和水515.016515.016572.2572.2167.4167.40.6390.639壳程出口壳程出口饱和水饱和水DSDS蒸汽蒸汽饱和水饱和水:410.909410.909DSDS蒸汽蒸汽:104.107104.107饱和水饱和水:456.5:456.5DSDS蒸汽蒸汽:26966:26966167.4167.40.6390.639管程进口管程进口急冷油急冷油3400.8923400.89230003000210.3210.30.9770.977管程出口管程出口急冷油急冷油3400.8923400.89230003000180.0180.00.8790.879设备外观：设备外观：1.原因分析：管束振动管束振动管束振动管束振动 宏观和微观腐蚀形态宏观和微观腐蚀形态宏观和微观腐蚀形态宏观和微观腐蚀形态 微观组织和力学性能微观组织和力学性能微观组织和力学性能微观组织和力学性能 水质分析水质分析水质分析水质分析 自自自自2005200520052005年年年年11111111月以来四台稀释蒸汽发生器相继发生月以来四台稀释蒸汽发生器相继发生月以来四台稀释蒸汽发生器相继发生月以来四台稀释蒸汽发生器相继发生管束泄漏管束泄漏管束泄漏管束泄漏，严重影响了正常生产及装置的安全，严重影响了正常生产及装置的安全，严重影响了正常生产及装置的安全，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横流速度和临界横流速度计算横流速度和临界横流速度计算横流速度和临界横流速度 计算卡门旋涡频率计算卡门旋涡频率计算卡门旋涡频率计算卡门旋涡频率f f f fV V V V和换热管的固有频率和换热管的固有频率和换热管的固有频率和换热管的固有频率f f f fn n n n 符合下列条件中的任何一条，就有可能发生管束振动。符合下列条件中的任何一条，就有可能发生管束振动。符合下列条件中的任何一条，就有可能发生管束振动。符合下列条件中的任何一条，就有可能发生管束振动。（1 1 1 1）卡门旋涡频率）卡门旋涡频率）卡门旋涡频率）卡门旋涡频率f f f fV V V V与换热管最低固有频率与换热管最低固有频率与换热管最低固有频率与换热管最低固有频率f f f fn n n n之比大于之比大于之比大于之比大于0.50.50.50.5；（2 2 2 2）横流速度）横流速度）横流速度）横流速度V V V V大于临界横流速度大于临界横流速度大于临界横流速度大于临界横流速度VcVcVcVc结果表明：结果表明：结果表明：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在正常操作工况下该设备发生管束振动破坏是有可能的在正常操作工况下该设备发生管束振动破坏是有可能的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 腐蚀较为严重的换热管其部位大多集中于换热腐蚀较为严重的换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器的下部，且多位于管板的边缘部位 泄漏的管束泄漏的管束 换热器堵管部位换热器堵管部位 换热管腐蚀形态换热管与折流板接合部换热管与折流板接合部换热管被磨损换热管被磨损管束外表面发生大面积溃疡状腐蚀凹坑管束外表面发生大面积溃疡状腐蚀凹坑 微观腐蚀形态1.1.换热管外表面布满腐蚀产物，整个管束外表面可以分为换热管外表面布满腐蚀产物，整个管束外表面可以分为 黑色区黑色区（污染区）和（污染区）和黄褐色区黄褐色区（腐蚀区）两种区域（腐蚀区）两种区域 2.2.对黑色区域（污染区）的能谱成分分析结果表明，该区对黑色区域（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换热管外表面的腐蚀形式属于局部腐蚀类型局部腐蚀类型，可以看出，可以看出换热管外表面垢下基体金属表面先形成换热管外表面垢下基体金属表面先形成微小蚀坑微小蚀坑，然后，然后不断向深处和四周发展，最终导致换热管外表面垢下形不断向深处和四周发展，最终导致换热管外表面垢下形成较大的蚀坑并发生成较大的蚀坑并发生穿孔失效穿孔失效 d.水质分析 1 1）水中溶解氧含量远高于国家水质标准水中溶解氧含量远高于国家水质标准 2 2）水样中的水样中的CODCOD值（有机物含量）过高值（有机物含量）过高3 3）水样中尤其是排污口处的总铁含量过高水样中尤其是排污口处的总铁含量过高4 4）水样中的水样中的ClCl 值过高值过高 2.失效原因 1 1）在操作工况下该蒸汽发生器发生管束在操作工况下该蒸汽发生器发生管束可能发生可能发生振动振动破坏。破坏。然后管然后管程急冷油进入壳程形成污垢程急冷油进入壳程形成污垢.2 2）失效主要原因是水中的）失效主要原因是水中的溶解氧与铁发生氧的去极化溶解氧与铁发生氧的去极化腐蚀反应腐蚀反应。3 3）水质中有机物、总铁以及）水质中有机物、总铁以及ClCl-含量过高含量过高，在发生氧腐，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。的腐蚀反应。3.蒸汽发生器改造方案 1 1）为防止工艺水中有害离子的浓缩，加强壳程下部浓）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，增加一个排污口缩污水的排放，增加一个排污口 3.蒸汽发生器改造方案 2 2）管束改造，主要改进为：）管束改造，主要改进为：a.a.由于换热管失效的主要部位集中于设备下部且位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：力，主要措施：增大防冲挡板尺寸增大防冲挡板尺寸；增加；增加折流板厚度折流板厚度，同时同时缩短折流板之间的距离缩短折流板之间的距离，折流板数量增加，折流板数量增加4 4块。块。b.b.为加强壳程污水的排放，建议加大折流板底部缺为加强壳程污水的排放，建议加大折流板底部缺口尺寸。口尺寸。c.c.将换热管由原将换热管由原25252.5mm2.5mm的的10#10#钢光管改为同直钢光管改为同直径及材质的径及材质的螺旋槽管螺旋槽管。4.改造前后比较 改造后的新管束于改造后的新管束于20062006年下半年投入使用，同时年下半年投入使用，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。本项目提出的设备延寿及扩容技术的效果。谢 谢！