水冷夾套器壁過熱損傷的失效分析

(天津大學 化工學院，天津 300350)

0 引言

夾套常常作為反應釜、煅燒爐或者換熱器的關鍵元件與主設備共同構成多腔容器[1]，被廣泛應用在各類壓力容器中，用來對設備或者物料進行冷卻或加熱[2-4]。夾套內一般通冷卻、加熱介質，如水或者工藝需求的工作介質，為主設備的反應、混合、冷卻等過程提供合適的溫度。根據結構形式，夾套可以分為筒狀夾套、帶狀夾套和環形夾套；根據功能，夾套可以分為加熱夾套、冷卻夾套；根據安裝位置，夾套又可以分為外壁換熱夾套和內壁換熱夾套。為使夾套能提供合適的換熱效率，夾套內的冷卻水應具有較高的流速，這就要求給冷卻水進口提供一定的壓力。

由于壓力與較大的溫度梯度的作用，在某些操作不當時夾套會出現失效，影響設備的安全運行。夾套最常發生的失效形式有裂紋[5-6]、熔融、高溫蠕變和腐蝕等[7-9]。其中,裂紋是夾套最頻繁、也是最嚴重的失效形式之一，裂紋本身所帶來的泄漏問題輕則會致使介質流體外泄，重則能造成所在生產區域發生劇烈爆炸。如氣化爐中的夾套一旦泄漏，所產生的一氧化碳在高溫下會產生嚴重的爆炸事故；而高溫蠕變和腐蝕又會造成設備出現強度不足，從而出現裂紋。另外，由于夾套內外的高梯度溫度無法避免，因操作不當發生的器壁熔融問題也時有發生。

某廠電煅爐采用水冷夾套對高溫石油焦物料進行冷卻換熱，高溫煅燒的目的是將碳制原材料通過高溫加熱進行石墨化，以增加碳制材料的導電性，最終轉化為優質的碳素材料。……