換熱器廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)。蒸汽發(fā)生器、再沸器、鍋爐給水預(yù)熱器等都是典型的換熱設(shè)備。在大多數(shù)換熱器的運(yùn)行過程中，管殼內(nèi)流體之間存在一定的溫差，多管換熱器換熱管之間也存在較大的溫差。側(cè)壁與換熱管之間產(chǎn)生溫差應(yīng)力。當(dāng)溫差應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)，金屬會(huì)發(fā)生塑性變形和蠕變。如果換熱器的工作溫度周期性變化，或者工作條件是一個(gè)反復(fù)加壓、升溫、泄壓、降溫的過程，則熱應(yīng)力的反復(fù)變化會(huì)引起設(shè)備的熱疲勞。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，許多煉油廠蒸汽發(fā)生器已經(jīng)泄漏，并因此而失效。

垂直于管束的介質(zhì)垂直流動(dòng)是流體誘發(fā)振動(dòng)的主要來源。如果氣體流入殼側(cè)，將在垂直于流動(dòng)方向和管軸線的方向上形成聲學(xué)駐波。當(dāng)駐波頻率與卡曼渦的主頻和湍流顫振頻率一致時(shí)，也會(huì)激發(fā)駐波振動(dòng)。在運(yùn)行過程中，管束振動(dòng)會(huì)使管板與管之間熔敷金屬中的氣孔等缺陷膨脹或膨脹。當(dāng)這些缺陷發(fā)展到一定程度時(shí)，這些缺陷將被穿透或?qū)е缕陂_裂。振動(dòng)與換熱器管的固有頻率有關(guān)，固有頻率與管束的結(jié)構(gòu)和尺寸有關(guān)。因此，換熱器本身的設(shè)計(jì)缺陷是引起管束振動(dòng)的原因。本次調(diào)查分析了多臺(tái)再沸器，殼程中高壓蒸汽、管程液體在運(yùn)行后不久全部泄漏，修復(fù)后3個(gè)月定期泄漏。起初考慮了溫差應(yīng)力，但在重新設(shè)計(jì)的再沸器上增加膨脹節(jié)后，情況并沒有改善。揚(yáng)子石化芳烴廠和上海石化芳烴廠類似裝置的再沸器也采用管側(cè)中高壓蒸汽和殼側(cè)液體，但多年來生產(chǎn)中未發(fā)生泄漏，說明中高壓蒸汽壓力高。換熱器流量大，設(shè)計(jì)缺陷引起的振動(dòng)是造成換熱器泄漏的主要原因。

焊接質(zhì)量是換熱器制造的關(guān)鍵。換熱管與管板焊接時(shí)，焊縫兩側(cè)形成熱影響區(qū)。這是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)，容易產(chǎn)生殘余變形和殘余應(yīng)力，即應(yīng)力腐蝕的基本條件。在H2S、OH-等腐蝕性環(huán)境（Cl-、OH-等腐蝕性環(huán)境中為奧氏體不銹鋼）中，會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，導(dǎo)致傳熱管接頭處泄漏。管與管板間隙內(nèi)無流動(dòng)液體，與間隙外液體形成濃差電池，造成間隙腐蝕，也造成換熱管接頭處泄漏。管與管板的焊接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是單根圓形單程焊縫排列緊密，管板較厚。如果焊接工藝不當(dāng)，容易造成焊縫根部夾渣、熔合不良、裂紋、氣孔等焊接缺陷。在運(yùn)行過程中，這些缺陷會(huì)在交變應(yīng)力的作用下擴(kuò)展，從而擴(kuò)展泄漏通道，造成泄漏。這已成為熱交換器故障的常見原因。

對(duì)于采用強(qiáng)度膨脹節(jié)的換熱器，管板和換熱管應(yīng)有適當(dāng)?shù)挠捕炔?。否則，管子回彈超過管板，導(dǎo)致膨脹節(jié)不緊。另外，當(dāng)管子外徑與管板管孔間隙較大時(shí)，管子必須有較大的變形量才能達(dá)到膨脹的目的。同時(shí)隨著管子膨脹變形的增加，其硬度也隨之增加，使換熱管的硬度大于管板的硬度，從而使膨脹連接變得更加緊密。