換熱器是石油、化工(gōng)、冶金、動力、糧油、制冷、食品加工(gōng)和國(guó)防工(gōng)業等領域中(zhōng)廣泛應用(yòng)的一種通用(yòng)工(gōng)藝設備。在石化廠中(zhōng)，換熱器投資約占總投資的20%以上，占設備總質(zhì)量的40%以上。
換熱器的作(zuò)用(yòng)有(yǒu)兩個：一是通過熱交換使物(wù)流的工(gōng)藝溫度達到規定溫度的要求，以完成加熱、冷卻、蒸發和冷凝等工(gōng)藝過程；二是可(kě)有(yǒu)效地利用(yòng)熱源，它在餘熱回收等方面已成為(wèi)必不可(kě)少的設備。但是，有(yǒu)的熱交換器工(gōng)作(zuò)條件是在高溫、高壓下進行，比如工(gōng)作(zuò)介質(zhì)的壓力最高可(kě)達250MPa，操作(zuò)溫度最高達1000～1500℃；有(yǒu)的其工(gōng)作(zuò)流體(tǐ)具(jù)有(yǒu)易燃、易爆、有(yǒu)毒、腐蝕性特點，加之化工(gōng)、石化生産(chǎn)要求處理(lǐ)量大、連續性強，因此，這就給換熱器正常運行帶來了一定的困難，稍有(yǒu)不慎就會發生事故，危及職工(gōng)的生命安(ān)全。
熱交換器的事故類型主要有(yǒu)燃燒爆炸、嚴重洩漏和管束失控三種。其中(zhōng)設計不合理(lǐ)、制造缺陷、材料選擇不當、腐蝕嚴重、操作(zuò)失誤和維護管理(lǐ)不善是導緻換熱器發生事故的主要原因。下面為(wèi)大家具(jù)體(tǐ)介紹引發事故發生的原因：
1、燃燒爆炸
事故原因：
①自制換熱器，盲目将設備結構和材料做較大改動，制造質(zhì)量差，不符合壓力容器規範，設備強度大大降低。
②焊接質(zhì)量差，特别是焊接頭處未焊透，又(yòu)未進行焊縫探傷檢查、爆破試壓，導緻焊接頭洩漏或産(chǎn)生疲勞斷裂，進而大量易燃易爆流體(tǐ)介質(zhì)溢出，如遇明火，便發生爆炸。
③由于腐蝕（包括應力、晶間腐蝕）引起耐壓強度下降，緻使管束失效或産(chǎn)生嚴重洩漏，遇明火發生爆炸。
④換熱器做氣密性試壓時，采用(yòng)氧氣補壓用(yòng)可(kě)燃性精(jīng)煉氣體(tǐ)試漏，引起物(wù)理(lǐ)與化學(xué)爆炸。
⑤操作(zuò)違章、操作(zuò)失誤、閥門關閉導緻超壓爆炸。
⑥長(cháng)期不進行排污，易燃易爆物(wù)質(zhì)（如三氯化氮）積聚過多(duō)，加之溫度過高導緻換熱器（如液氯換熱器）發生猛烈爆炸。
⑦過氧爆炸。
預防措施
①換熱器設計、制造應符合國(guó)家壓力容器的規範要求，圖紙修改與變動必須經主管部門同意，經驗收質(zhì)量合格。
②換熱器制造時，要保證焊接質(zhì)量，并對焊縫進行嚴格檢查。
③流體(tǐ)為(wèi)腐蝕介質(zhì)時，應注意提高材質(zhì)質(zhì)量和焊接質(zhì)量，增加管壁厚度或在流體(tǐ)中(zhōng)加入腐蝕預制劑，定期檢查管子表面腐蝕情況和對易腐蝕損壞的設備進行檢測，采取有(yǒu)效措施。
④換熱器做氣密性實驗時，必須采用(yòng)幹燥的空氣、氮氣和其他(tā)惰性氣體(tǐ)，嚴禁使用(yòng)氧氣或可(kě)燃性氣體(tǐ)實驗或補壓。
⑤嚴禁違章操作(zuò)，嚴格執行操作(zuò)規章。
⑥對易結垢的流體(tǐ)可(kě)定期進行清洗，将結垢清洗掉。
⑦嚴格控制氧的含量。
案例分(fēn)析：
換熱器超壓爆炸事故案例分(fēn)析
1.事故經過簡述
受某石油化工(gōng)總廠化工(gōng)一廠的委托，核工(gōng)業部第五安(ān)裝(zhuāng)公(gōng)司，于1986年3月15日對化工(gōng)一廠的換熱器進行氣密性試驗。16時35分(fēn)時，氣壓達到3.5兆帕時突然發生爆炸，試壓環緊固螺栓被拉斷，螺母脫落，換熱器管束與殼體(tǐ)分(fēn)離，重量達四噸的管束在向前方沖出8米後，撞到載有(yǒu)空氣壓縮機的黃河牌載重卡車(chē)上，卡車(chē)被推移2.3米，管束從原地沖出8米，重量達2噸的殼體(tǐ)向相反方向飛出38.5米，撞到地樁上。兩台換熱器重疊，連接支座螺栓被剪斷，連接法蘭短管被拉斷，兩台設備脫開。重6噸的未爆炸換熱器受反作(zuò)用(yòng)力，整個向東南方向移位8米左右，并轉向170度。在現場工(gōng)作(zuò)的四人因爆炸死亡。爆炸造成直接經濟損失56000元，間接經濟損失25000元。
2.事故原因分(fēn)析
（1）操作(zuò)人員違反操作(zuò)。爆炸的換熱器共有(yǒu)40個緊固螺栓，但操作(zuò)人員隻裝(zhuāng)13隻螺栓就進行氣密性試驗，且因試壓環厚度比原連接法蘭厚4.7厘米，原螺栓長(cháng)度不夠，但操作(zuò)工(gōng)仍湊合用(yòng)原螺栓，在承載螺栓數量減少一大半的情況下，每隻螺栓所能(néng)承受的載荷又(yòu)有(yǒu)明顯下降，由于實際每隻螺栓承載量大大超過設計規定的承載能(néng)力，緻使螺栓被拉斷後，換熱器發生爆炸。這是一起典型的因違章操作(zuò)導緻爆炸的事故。
（2）現場管理(lǐ)混亂，分(fēn)工(gōng)不明确，職責不清。直接參加現場工(gōng)作(zuò)的主要人員在試驗前請假回家，将工(gōng)作(zuò)委托他(tā)人。試驗前沒有(yǒu)人對安(ān)全防護措施和準備工(gōng)作(zuò)進行全面檢查。
2、嚴重洩漏
換熱器最容易發生洩漏的部位有(yǒu)焊接頭處、封頭與管闆連接處、管束與管闆連接處和法蘭連接處。焊接接頭洩漏的直接原因是焊接質(zhì)量差，如：焊縫未焊透、未熔合、存在氣孔夾渣、焊縫未經探傷檢驗，甚至未做爆破實驗，隻做部分(fēn)部件的水壓試驗和采用(yòng)多(duō)次割焊，造成金相改變，内應力增大，強度大大降低。列管洩漏會造成氣體(tǐ)走近路，如管内半水煤氣洩入管間變換氣體(tǐ)中(zhōng)，使換氣一氧化碳升高，影響正常生産(chǎn)。造成列管洩漏的主要原因是腐蝕、開停車(chē)頻繁、溫度變化大、換熱器急劇膨脹或收縮使花(huā)闆脹管處洩漏以及設備本身制造缺陷等原因所緻。總之發生燃燒爆炸、窒息、中(zhōng)毒和灼傷事故都是由洩漏引起的。易燃易爆液體(tǐ)或氣體(tǐ)因洩漏而溢出，遇明火将引起燃燒爆炸事故；有(yǒu)毒氣體(tǐ)将引起窒息中(zhōng)毒；有(yǒu)強腐蝕流體(tǐ)洩漏，将會導緻灼傷事故。
事故原因
①因腐蝕（如蒸汽霧滴、硫化氫、二氧化碳）嚴重，引起列管洩漏。
②由于開停車(chē)頻繁，溫度變化過大，設備急劇膨脹或收縮，使管闆脹管洩漏。
③換熱器本身制造缺陷，焊接接頭洩漏。
④因操作(zuò)溫度升高，螺栓伸長(cháng)，緊固部位松動，引起法蘭洩漏。
⑤因管束組裝(zhuāng)部位松動、管子振動、開停車(chē)和緊急停車(chē)造成的熱沖擊，以及定期檢修操作(zuò)不當産(chǎn)生的機械沖擊而引起洩漏。
預防措施：
①定期進行清洗，選擇耐蝕管材，流體(tǐ)中(zhōng)就愛如腐蝕抑氧劑，控制管内流速，視洩漏情況決定停車(chē)更換或采取堵洩措施。
②精(jīng)心操作(zuò)，控制系統溫度不要發生較大的波動。
③保證焊接質(zhì)量，對焊接進行認真檢查。
④盡量減少法蘭連接，升溫後及時重新(xīn)緊固螺栓，緊固作(zuò)業力求方便。
⑤對脹管部位不允許有(yǒu)洩漏的換熱器宜采取焊接裝(zhuāng)配。
案例分(fēn)析：
1994年2月17日，湖(hú)南嶽陽氮肥廠甲胺分(fēn)廠發生洩漏事故，死亡3人，中(zhōng)毒4人，直接經濟損失約157萬元，停産(chǎn)1個月。
事故經過：
2月13日，湖(hú)南嶽陽市氮肥廠甲胺分(fēn)廠合成崗位低溫換熱器因内漏導緻轉化率低而停車(chē)安(ān)排檢修。2月15日堵内漏并拆換了法蘭密封墊，20時檢修完畢，作(zuò)了水壓試驗未發現洩漏，便開車(chē)升溫。2月16日中(zhōng)班轉入正常運行。2月17日3時10分(fēn)，換熱器的封頭法蘭新(xīn)更換的金屬纏繞墊突然被容器内介質(zhì)沖壞，大量液氨、甲醇混合氣從洩漏點向外噴出、擴散，形成東西長(cháng)約200m，南北長(cháng)約100m的混合氣覆蓋區(qū)。現場作(zuò)業人員中(zhōng)有(yǒu)7人中(zhōng)毒，其中(zhōng)，3人因中(zhōng)毒嚴重死亡，4人送醫(yī)院搶救脫離危險。事故發生後，全廠幹部職工(gōng)聞訊及時趕赴事故現場，消除引爆條件，切斷洩漏氣源，用(yòng)5台消防水車(chē)強制稀釋有(yǒu)毒氣體(tǐ)，到5時30分(fēn)，事故現場已被控制。
事故分(fēn)析：
造成這起事故的直接原因，是未按圖樣要求更換法蘭密封墊。低溫換熱器封頭法蘭密封墊圖樣要求為(wèi)金屬包石棉墊，2月15日檢修更換的是金屬纏繞墊，當設備工(gōng)作(zuò)壓力升高後，金屬纏繞墊靠北方向薄弱點被内壓沖壞，内部介質(zhì)突然大量外噴，釀成事故。造成事故的主要原因是檢修完成後，未嚴格按規程對容器進行水壓試驗和氣密性試驗，埋下了事故隐患。同時，設備檢修質(zhì)量存在問題是事故發生的重要原因。在安(ān)裝(zhuāng)封頭法蘭時沒有(yǒu)按照緊固螺栓的方法操作(zuò)，使整個法蘭受力不勻；而且，28個法蘭螺栓未完全上滿，空缺了1個。當班操作(zuò)工(gōng)及維修工(gōng)未及時發現事故苗頭，沒有(yǒu)加強巡回檢查。
3、管束失效
塔設備污染、反應器觸媒中(zhōng)毒、設備嚴重洩漏都是化工(gōng)設備事故，而管殼式換熱器、合成塔和廢熱鍋爐的管束失效也是化工(gōng)設備破壞形式之一。
管殼式換熱器、合成塔和廢熱鍋爐的管束是薄弱環節，最容易失效。管束失效的形式主要要有(yǒu)腐蝕開裂、傳熱能(néng)力迅速下降、碰撞破壞、管子切開、管束洩漏等。
事故原因：
1、腐蝕
換熱器多(duō)用(yòng)碳酸制造，冷卻水中(zhōng)溶解的氧所緻的氧極化腐蝕極為(wèi)嚴重，管束壽命往往隻有(yǒu)幾個月或一兩年，加之工(gōng)作(zuò)介質(zhì)又(yòu)有(yǒu)許多(duō)是有(yǒu)腐蝕性的，如小(xiǎo)氮肥的碳化塔冷卻水箱，在高濃度碳化氨水的腐蝕和碳酸氫铵結晶腐蝕雙作(zuò)用(yòng)下，碳化塔冷卻水箱有(yǒu)時僅使用(yòng)兩三個月就發生洩漏。
管子與管闆的接頭是管束上的易損區(qū)，許多(duō)管束的失效都是由于接頭初的局部腐蝕所緻。我國(guó)的換熱器接頭多(duō)采用(yòng)焊接形式，管子與管闆之間存在間隙，殼程介質(zhì)進入到間隙死角之中(zhōng)，就會引起縫隙腐蝕。對于采用(yòng)膨脹形式的接頭，由于膨脹過程中(zhōng)存在殘餘應力，在已膨脹和未膨脹段間的過渡區(qū)上，管子内、外壁都存在拉應力區(qū)，對應力腐蝕非常敏感。一旦具(jù)備發生應力腐蝕的溫度、介質(zhì)條件，換熱器就很(hěn)快由于應力腐蝕而破壞。許多(duō)合金鋼和不鏽鋼換熱器管束，往往是由于局部腐蝕和應力腐蝕而迅速開裂的。有(yǒu)人曾對某變換氣換熱器管束做過失效分(fēn)析，該換熱器材質(zhì)為(wèi)Cr25Ni20，在溫度為(wèi)420℃左右下運行，在操作(zuò)三四個月之後，竟有(yǒu)14％的管子開裂洩漏。對其斷口進行分(fēn)析表明，斷口形态呈敏化不鏽鋼應力腐蝕的典型特征：裂紋在起始處為(wèi)晶間型，裂紋深入到金屬内部時轉化為(wèi)穿晶型。
2、結垢
在換熱器操作(zuò)中(zhōng)，管束内外壁都可(kě)能(néng)會結垢，而污垢層的熱阻要比金屬管材大得多(duō)，從而導緻換熱能(néng)力迅速下降，嚴重時将會使換熱介質(zhì)的流道阻塞。
3、流體(tǐ)流動誘導振動
為(wèi)強化傳熱和減少污垢層，通常采用(yòng)增大殼程流體(tǐ)流速的方法。而殼程流體(tǐ)流速增加，産(chǎn)生誘導振動的可(kě)能(néng)性也将大大增加，從而導緻管束中(zhōng)管子的振動，最終緻使管束破壞。常見的破壞形式有(yǒu)以下幾種。
（1）碰撞破壞當管子的振幅足夠大時，将緻使管子之間相互碰撞，位于管束外圍的管子還可(kě)能(néng)和換熱器殼體(tǐ)内壁發生碰撞。在碰撞中(zhōng)，管壁磨損變薄，最終發生開裂。
（2）折流闆處管子切開折流闆孔和管子之間有(yǒu)徑向間隙，當管子發生橫向振動的振幅較大時，就會引起管壁與折流闆孔的内表面間産(chǎn)生反複碰撞。由于折流闆厚度不大，管壁多(duō)次、頻繁與其接觸，将承受很(hěn)大的沖擊載荷，因而在不長(cháng)的時間内就可(kě)能(néng)發生管子被切開的局部性破壞。
（3）管子與管闆連接處破壞此種連接結構可(kě)視為(wèi)固定端約束，管子振動産(chǎn)生橫向撓曲時，連接處的應力最大，因此，它是最容易産(chǎn)生管束失效的地區(qū)之一。此外，殼程接管也多(duō)位于管闆處，接管附近介質(zhì)的高速流動更容易在此區(qū)域内産(chǎn)生振動。
（4）材料缺陷的擴展造成失效盡管設計得比較保守，在操作(zuò)中(zhōng)管束的振動是不可(kě)避免的，隻不過振幅很(hěn)小(xiǎo)而已。因此，如果管子材料本身存在缺陷（包括腐蝕和磨蝕産(chǎn)生的缺陷），那麽在振動引起的交變應力作(zuò)用(yòng)下，位于主應力方向上的缺陷裂紋就會迅速擴展，最終導緻管子失效。
（5）振動交變應力場中(zhōng)的拉應力還會成為(wèi)應力腐蝕的應力源。
流動誘導振動引起管子破壞，易發生在撓度相對較大和殼程橫向流速較高的區(qū)域。此區(qū)域通常是U形彎頭、殼程進出口接管區(qū)、管闆區(qū)、折流闆缺口區(qū)和承受壓縮應力的管子。
4、操作(zuò)維修不當
應力腐蝕隻有(yǒu)在拉應力、腐蝕介質(zhì)和材料敏化溫度等條件同時具(jù)備的情況下才會發生。如果操作(zuò)條件不穩定或控制不當，尤其是剛開工(gōng)時，最容易出現産(chǎn)生應力腐蝕的條件。
在開工(gōng)的熱過程中(zhōng)，管子内壁溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于管外壁溫度，因而在管子外壁面将産(chǎn)生短暫但應力水平很(hěn)高的軸向和周向拉應力。依據溫度應力公(gōng)式計算，管外壁拉應力将接近或超過管材的屈服點。在這種高拉應力的反複作(zuò)用(yòng)下，管子上将會産(chǎn)生應力腐蝕微觀裂紋，并迅速擴展直至開裂。換熱器管束上的裂紋一般起始于管外壁，且垂直于拉應力方向。
管束産(chǎn)生洩漏後，現場經常采用(yòng)堵管方法，并作(zuò)為(wèi)一種應急的修複措施。有(yǒu)關專家曾對變換氣換熱器管束做過試驗，當第一次發現管束洩漏後，将占管總數14％的洩漏管子予以堵塞，然後繼續使用(yòng)。
結果，很(hěn)快就發生了更嚴重的破壞，以緻造成管束報廢。這是由于堵塞的管子因管内無介質(zhì)流動，其溫度大緻等于殼程介質(zhì)的溫度，若殼程為(wèi)高溫介質(zhì)，這些已堵管子的溫度還要大大增加，從而因已堵管和未堵管的溫差很(hěn)大，加速了自身的破壞。而且已堵管子因溫度較高，還會受到軸向壓應力的作(zuò)用(yòng)；未堵管子，特别是位于已堵管周圍的管子，就将受到附加軸向拉應力的作(zuò)用(yòng)，從而加快自身的應力腐蝕破壞。
預防措施：
①合理(lǐ)選擇管材，制定合理(lǐ)的開停程序，加強在線(xiàn)監測，嚴格控制運行條%E