壳管式换热器管束失效的原因分析
一、换热器发生爆炸的原因分析
1、自制换热器，盲目将换热器结构和材质做较大改动，制造质量差，不符合压力容器规范，设备强度大大降低。
2、换热器焊接质量差，特别是焊接接头处未焊透，又未进行焊缝探伤检查、爆破试验，导致焊接接头泄漏或产生疲劳断裂，进而大量易燃易爆流体溢出，发生爆炸。
3、由于腐蚀(包括应力腐蚀、晶间腐蚀)，耐压强度下降，使管束失效或产生严重泄漏，遇明火发生爆炸。
4、换热器做气密性试验时，采用氧气补压或用可燃性精炼气体试漏，引起物理与化学爆炸。
5、操作违章、操作失误，阀门关闭，引起超压爆炸。
6、长期不进行排污，易燃易爆物质(如三氯化氮)积聚过多，加之操作温度过高导致换热器(如液氯换热器)发生猛烈爆炸。
7、过氧爆炸。
二、换热器发生泄漏的原因分析
换热器发生燃烧爆炸、窒息、中毒和灼伤事故大都是由于泄漏引起的。
易燃易爆液体或气体因泄漏而溢出，遇明火将引起燃烧爆炸事故，有毒气体外泄将引起窒息中毒，有强腐蚀流体漏出，将会导致灼伤事故。
最容易发生泄漏的部位有焊接接头处、封头与管板连接处，管束与管板连接处和法兰连接处。
三 、换热器因泄露造成的安全事故
造成换热器列管泄漏主要原因是腐蚀、开停车频繁、温度变化过大、换热器急剧膨胀收缩使花板胀管处泄漏以及设备本身制造缺陷等原因所致。
因腐蚀(如蒸汽雾滴、硫化氢、二氧化碳)严重，引起列管。
由于开停车频繁，温度变化过大，设备急剧膨胀或收缩，使花板胀管泄漏。
换热器本身制造缺陷，焊接接头泄漏。
因操作温度升高，螺栓伸长，紧固部位松动，引起法兰泄漏。
因换热器管束组装部位松动、管子振动、开停车和紧急停车造成的热冲击，以及定期检修时操作不当产生的机械冲击而引起泄漏。
四、换热器管束失效的原因分析
管壳式换热器、合成塔和废热锅炉的管束是薄弱环节，最容易失效。管束失效的形式主要有腐蚀开裂。传热能力迅速下降、碰撞破坏、管子切开、管束泄漏等多种。常见的原因如下：
腐蚀：
换热器多用碳钢制造，冷却水中溶解的氧所致的氧极化腐蚀极为严重，管束寿命往往只有几个月或一二年，加之工作介质又有许多是有腐蚀性的，如小氮肥的碳化塔冷却水箱，在高浓度碳化氨水的腐蚀和碳酸氢氨结晶腐蚀双重作用下，碳钢冷却水箱有时仅使用二三个月就发生泄漏。
结垢：
在换热器操作中，管束内外壁都可能会结垢，而污垢层的热阻要比金属管材大得多，从而导致换热能力迅速下降，严重时将会使换热介质的流道阻塞。
流体流动诱导振动：
为强化传热和减少污垢层，通常采用增大壳程流体流速的方法。而壳程流体流速增加，产生诱导振动的可能性也将大大增加，从而导致管束中管子的振动，最终致使管束破坏。常见的破坏形式有以下几种：
1、碰撞破坏
当管子的振幅足够大时，将致使管子之间相互碰撞，位于管束外围的管子还可能和换热器壳体内壁发生碰撞。在碰撞中，管壁磨损变薄，最终发生开裂。
2、折流板处管子切开
折流板孔和管子之间有径向间隙，当管子发生横向振动的振幅较大时，就会引起管壁与折流板孔的内表面间产生反复碰撞。由于折流板厚度不大，管壁多次、频繁与其接触，将承受很大的冲击载荷，因而在不长的时间内就可能发生管子被切开的局部性破坏。
3、管子与管板连接处破坏
该连接结构可视为固定端约束，管子振动产生横向挠曲时；连接处的应力最大，因此，它是最容易产生管束失效的地区之一。
4、材料缺陷的扩展造成失效
管子材料本身存在缺陷(包括腐蚀和磨蚀产生的缺陷)，那么在振动引起的交变应力作用下，位于主应力方向上的缺陷裂纹就会迅速扩展，最终导致管子失效。
5、振动交变应力场中的拉应力还会成为应力腐蚀的应力源
流动诱导振动引起管子破坏，易发生在挠度相对较大和壳程横向流速较高的区域。此区域通常是U形弯头、壳程进出口接管区、管板区、折流板缺口区和承受压缩应力的管子。
五、换热器发生阻垢的原因及处理方法
1、颗粒污垢：悬浮于流体的固体微粒在换热表面上的积聚。这种污垢也包括较大固态微粒在水平换热面上因重力作用的沉淀层，即所谓沉淀污垢和其他胶体微粒的沉积。
2、结晶污垢：溶解于流体中的无机盐在换热表面上结晶而形成的沉积物，通常发生在过饱和或冷却时。典型的污垢如冷却水侧的碳酸钙、硫酸钙和二氧化硅结垢层。
3、化学反应污垢：在传热表面上进行的化学反应而产生的污垢，传热面材料不参加反应，但可作为化学反应的一种催化剂。
4、腐蚀污垢：具有腐蚀性的流体或者流体中含有腐蚀性的杂质对换热表面腐蚀而产生的污垢。通常，腐蚀程度取决于流体中的成分、温度及被处理流体的pH值。
5、生物污垢：除海水冷却装置外，一般生物污垢均指微生物污垢。其可能产生粘泥，而粘泥反过来又为生物污垢的繁殖提供了条件，这种污垢对温度很敏感，在适宜的温度条件下，生物污垢可生成可观厚度的污垢层。
6、凝固污垢：流体在过冷的换热面上凝固而形成的污垢。例如当水低于冰点而在换热表面上凝固成冰。温度分布的均匀与否对这种污垢影响很大。
六、换热器防腐蚀措施
设计时，将蒸汽放在管程侧，避免高速气体流经壳程。壳程有较大流量介质时，可以设计多个壳程入口，缓冲压力，另外应设置防冲板，减少高速流体对设备造成的冲刷腐蚀。
为避免残留液和沉积物的滞留，焊接时尽量采用双面对接焊和连续焊，避免搭接焊和点焊。在焊接工艺中应根据实际经验，引起应力腐蚀破裂的应力主要是残余应力，而残余应力主要是由冷加工以及焊接引起的内应力所构成。
对冷加工件和焊接件进行热处理，有助于消除残余应力，从而也有助于防止应力腐蚀的产生。常采用应力退火热处理消除残余应力或其他消除残余应力的方法，如水压试验、振动时效及锤击等。
另外，管束起吊必须采用尼龙带，保证金属表面平整、无划痕、能够顺利入壳。
采用耐蚀材料(如双目不锈钢、哈氏合金、钛、钛合金、铜等)，这些材料耐腐蚀性强，可以提高换热器的使用寿命，但这些高耐腐蚀性的材料价格昂贵，制造成本高，一次性投入的成本大，企业一般难以接受，推广困难。
电化学保护方法不但可以防止应力腐蚀断裂, 而且在保护参数选用得当的条件下即使产生了裂纹仍可使其停止扩展。可采用牺牲阴/阳极保护或表面喷涂耐蚀金属的方法。
阴极保护：
利用外加直流电源，使金属表面上的阳极变为阴极而受到保护。这种方法消耗电量大，费用高，采用极少。
阳极保护法：
把被保护的设备接以外加电源的阳极，使金属表面生成钝化膜，从而达到保护。碳钢换热器的造价低，但耐腐蚀性差。
通过采用牺牲阳极保护技术可以提 高换热器的使用寿命，但这一技术的保护作用仅限于管子入口处的有限长度内, 管内深处难以实现阴极保护，所以牺牲阳极保护法在换热器上的应用受到了很大限制。
在腐蚀性介质中，加入少量的某些物质，而这些物质能使金属的腐蚀大大降低，甚至停止，这类物质称为缓蚀剂。图6是使用缓蚀剂前后的对比，缓蚀剂的加入应以不影响生产工艺和产品质量为原则。
可以通过除去介质中的溶解氧和氧化剂以控制应力腐蚀。降低介质中 Cl- 的质量浓度，严格控制介质中硫的质量浓度也是控制应力腐蚀的有效措施。
在金属表面，通过一定的涂覆方法，覆盖一层耐腐蚀的涂料保护层，以避免金属表面与腐蚀介质的直接接触。
这种技术方法最为经济有效，最初用于防止气体介质 腐蚀，所用涂料大部分为有机高分子混合物溶液。现在人们逐渐向防油及防溶剂涂料、高温涂料、重防腐涂料及特殊环境用涂料方向发展。
换热器开车时，现将冷流体充满容器，关闭入口，再将热流体题缓慢注入，尽量使导入流体而形成的管子与壳体之间的热膨胀差为最小。
停车后，用干燥压缩空气将换热器中所有的流体排除，这样可以将应力降到最小，避免应力腐蚀。在开车过程中，上下水阀保持全开状态，避免流速减慢，介质中杂质沉淀在管式表面造成结垢后腐蚀。