不銹鋼熱交換器管的不銹鋼材質(zhì)本身導熱性能相對較差,304不銹鋼的熱導率為15.0 W/(m·K),316不銹鋼的熱導率為14.6 W/(m·K),遠低于銅(約400 W/(m·K))等傳統(tǒng)換熱材料。低導熱使熱量在管壁傳遞時存在較大阻力,特別是溫差較大或管壁較厚的情況下尤為明顯。此外不銹鋼表面形成的氧化鉻磨雖提高耐腐蝕性,卻也增加了額外的熱阻層。
除了材質(zhì)本身,不銹鋼熱交換器管傳熱不良主要和工藝缺陷、使用環(huán)境、操作因素及維護管理有關(guān)。
工藝缺陷導致的傳熱不良:
1.焊接質(zhì)量問題
焊縫咬邊、氣孔、焊腳高度不足等缺陷會導致?lián)Q熱管與管板連接失效,形成熱阻區(qū)。某化工企業(yè)換熱器監(jiān)造項目中,管頭焊接缺陷返修率超過85%,主要問題為焊縫根部咬邊和氣孔。高頻焊接工藝雖能減少熱阻(焊縫熱阻可降至0.0005m2?K/W以下),但工藝控制不當仍會影響傳熱效率。
2.管板變形
管板加工變形或熱應力變形會導致管子端口受力不均,產(chǎn)生微間隙,增加接觸熱阻。特別是當水側(cè)與汽側(cè)溫差較大時,管板中心向汽側(cè)鼓凸,在水側(cè)發(fā)生凹陷,進一步惡化傳熱條件。
3.脹接缺陷?
脹管不充分或過脹都會導致管板與換熱管接觸不良,傳統(tǒng)脹接工藝的接觸熱阻可達0.001-0.002m2?K/W,遠高于優(yōu)質(zhì)焊接工藝。
使用環(huán)境因素:
1.結(jié)垢問題?
水垢由導熱性較差的礦物質(zhì)(如碳酸鈣、硫酸鈣)構(gòu)成,1mm厚的水垢會讓換熱效率下降10%-15%,3mm垢層可使效率下降25%以上。結(jié)垢不僅增加熱阻,還會縮小流通截面積,改變流體動力學特性。
2.水質(zhì)影響
高濁度水流攜帶的雜質(zhì)、油污粘附以及微生物滋生會產(chǎn)生生物膜,這些污染物會形成附加熱阻層。某煉油廠常減壓裝置換熱器因結(jié)垢導致總傳熱系數(shù)下降39.1%。
3.腐蝕問題?
介質(zhì)中的氯離子、硫化物等腐蝕性物質(zhì)會侵蝕管壁,造成點蝕或均勻減薄。腐蝕產(chǎn)物堆積也會形成熱阻,同時可能引發(fā)穿孔導致介質(zhì)互串。
系統(tǒng)設(shè)計與操作因素:
1.熱應力損傷
啟停過程中溫升率、溫降率超標(如超過2℃/min)會使管子和管板受到較大熱應力,導致連接處損壞。調(diào)峰時負荷變化過快也會產(chǎn)生類似問題。
2.流速異常
折流板腐蝕或堵塞導致介質(zhì)流速降低,湍流程度減弱,對流傳熱系數(shù)下降。設(shè)計流速過低(如低于0.8m/s)也會影響傳熱效果。
3.隔板短路
分程隔板腐蝕穿孔或密封墊片損壞會導致介質(zhì)流程縮短,冷熱介質(zhì)提前混合,破壞設(shè)計的溫度梯度。
維護管理因素:
?1.清洗不及時?
即使水質(zhì)合格,長期運作仍會累積污垢,未能按期清洗會突破臨界污垢厚度。某企業(yè)夏季停產(chǎn)檢修時,80%的時間用于除垢。
?2.振動損傷?
殼程流體誘導振動或外部管道振動會引發(fā)管束疲勞斷裂,破壞傳熱表面完整性。
?3.密封失效?
浮頭法蘭密封漏或墊圈變質(zhì)會導致介質(zhì)互串,破壞熱交換過程。
綜上所述,不銹鋼熱交換器管不熱是多重因素共同作用的結(jié)果,需要從材料選擇、工藝控制、系統(tǒng)設(shè)計、運行維護等多個環(huán)節(jié)進行綜合優(yōu)化和定期檢查,才能確保其長期穩(wěn)定高效運行。