在炼油行业,总需要冷却热流体、加热冷流体以及通过汽化和冷凝来分离物料,换热设备不仅能保证这些流程的工艺条件,还是实现二次能源开发利用、完成热回收、节约能源的重要设备。随着现代工业的飞速发展,换热设备的适用领域越来越宽,人们对于换热器的可靠性、服役寿命和质量的要求越来越高。由于换热器在各个领域中的服役工况越来越苛刻,使得换热器故障不断,尤其在炼化企业,因介质的腐蚀、温度高和压力强等引起的破坏和接头的失效最为常见。为了防止换热器过早损坏,管壳式换热器的失效分析问题值得受到关注与研究,因此本文开展了对于换热管腐蚀问题的失效分析以及管板接头上残余应力的研究。本文先从现场失效换热器的调研工作开始做起,针对运行中换热器的换热管上出现的泄漏现象进行了分析研究。通过对发生泄露的换热管的形貌、微观组织、化学成分等的综合分析,得出弯管的失效形式为Cl-所致应力腐蚀,分析得出其内表面的Cl-和S2-是应力腐蚀的介质条件,而内应力是诱导弯管发生应力腐蚀的外因。同时,在实验室理想条件下通过电化学实验模拟了20G钢在介质原液中的腐蚀,采用控制变量法测试腐蚀速率与介质温度、p H值和Cl-浓度的关系,探究这些因素对换热管材料2 0 G钢腐蚀行为的影响规律,分析2 0 G钢的腐蚀机理。管板接头残余应力的失效分析采用了有限元分析中的热应力分析法与X射线衍射法测量法相结合。首先通过有限元分析软件ABAQUS中的热应力分析对管板焊接接的温度场和残余应力进行预测。计算结果表明,最大径向应力出现在相邻角焊缝之间管板表面的热影响区。环向应力的最大值位于焊缝根部,管子与管板间的缝隙附近,而焊缝焊趾与介质相接触,因此是造成应力腐蚀开裂、导致换热管与管板的连接失效的主要因素。管板接头有多道焊缝,对于文中八道焊缝的接头,所有已完成焊接的焊缝在下一个焊缝的焊接加热过程中相当于经受了热处理,其应力值有所下降,这一点对于降低应力腐蚀开裂敏感性非常有利。其次,通过X射线衍射法测量管板接头焊接、先焊后胀、热处理后的环向残余应力,发现焊后残余应力值最大,且均为拉应力。随后的胀接使整个接头的应力值下降,且前后端部分测量点出现压应力。对比有限元分析法的预测值与X射线衍射法的实测值,二者变化趋势一致。