换热器管束完整性评价技术研究及应用现状
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５ ９ ２ ０ 与 Ａ ＭＥ 对 应 标 准 归 并 ， Ａ ＭＥ ７ － ０ ７（ Ｓ 及 Ｓ Ｆ Ｓ一 １ Ｊ 欧 洲 ＳＮ Ａ 、 国 Ｂ ９ Ｏ Ｆ ） 、 ＩＴ Ｐ 英 Ｓ ７ １ 一
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（ ） 热 管 与 管 板 连 接 处 ， 处 容 易 出现 裂 １换 该 纹 和松动 ， 引起换 热 器 内漏 ；
（ 裂纹） 或者采 用其 附录 Ｇ的许用 应力法 。国 ， 内 ， Ｂ Ｔ １ ６ ４－２ ０ Ｇ ／ ９ ２ － ０ ４并 没有 给 出压 力容 器 局 部 －
减 薄和 点蚀 缺 陷 的安 全 评 定 方 法 ， 只是 针 对 压 力 容器 壳 体表 面 的 凹坑 缺 陷 、 体 中 的气 孔 和 夹 渣 壳
中图分类号 ：Ｈ ；Ｅ ６ Ｔ ６Ｔ ９５ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：０ １ ４ ３ （０ ２ ０ ０ ４ ０ １０ — ８ ７ ２ １ ｝３— ０ ３— ６
ｄ ｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ —４ ３ ．０ ２ ０ ．０ ｏ：０ ３６ ／．ｓ ．０ １ ８ ７ ２ １ ．３ ０ ８ ｓ
换热 管 泄漏将 严 重 影 响 产 品质 量 ， 至发 生 重 大 甚
０ 引言
安全 事 故 ， 因此避 免 换 热 管 泄 漏 以及 由此 造 成 的
临 时停 车是石 化 企业 面临 的重要 课题 。对 换 热管
换热器类型较 多， 中管壳式换热器是使用 其 量最大的一种 ， 占换热器数量的 ６ ％［ 。换热 约 ４ １ ３ 管是管壳式换热器服役工况最恶劣 的部件 ， 经常 由于腐蚀 、 力学等 因素 出现 泄漏 （ 换热器 内漏 ） 。
ＹＡＮＧ ｅ ｇ—ｐｎ ＺＨＡＯ ｎ—ｗｅ ， Ｆｎ ｉｇ， Ｘｉ ｉＬＵＯ ｉ Ｊ ｎ—ｈ Ｉ Ｚ ｅＩ ＨＡＮＧ ａ —ｌ， Ｉ ｇ， Ｇｕ ｎ ｇ ｉＭ ＡＯ ｉｎ， ＡＮＧ Ｊａ Ｗ Ｋｅ
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－积分 方 法推 导 了 Ｆ Ｃ 由于评 定 参 数 具 有不 确 ， Ａ 。 定性 ， 如无 损检 测数 据 与实 际尺 寸 总有差 别 、 材料
对 于 企业 来说 ， 热 管 的 完 整 性评 价 通 常 与 换
检测一起 ， 在换热器检修时进行 ， 目的主要有两 其 个 ： 是 明确 当前 情 况 下 换 热 管 能 否 安 全 可 靠 运 一
１ 换 热管 完整 性评 价 技术 发展 现 状
（） ３ 弥散损伤缺陷， 如弥散点腐蚀缺陷。 对于平面型缺陷（ 裂纹 ） 的剩余强度评价 ， 主
要有 断 裂力 学评 定 方 法 、 性 极 限载 荷 评 定 方 法 塑
以及 双 判据 失效 评估 图方 法 。 目前 包 括 美 国 Ａ Ｉ Ｐ
（） ２ 体积型缺陷 ， 包括局 部腐蚀 、 片状腐蚀缺
陷；
针对 评 价对 象 现时 状态 的剩 余 强度评 价 和针 对未 来 状 态 的剩 余 寿命 评 价 ， 完 整 性 管 理 的 一 部 是 分 ］ 。完 整 性管 理是 指 在风 险评 估 基 础 上 ， 展 开 基 于风 险 的检 测 ， 据 检 测 结 果 进 行 完 整性 定 量 根 工 程评 价 ， 然后 基 于 完 整 性 评 价结 果 制定 评 价 对 象 的维 护 策略 和应 急 响应措 施 。本 文 的侧 重点在 于， 针对 换 热器 管束 的特殊 工况 ， 述 了换热 管完 综 整 性评 价 技术 的研 究进 展及 应 用现 状 。
双判据失效评估 图方法。该方法兼顾 了脆性断裂 失 效 和塑性 失 稳 失效 ， 际 上 是 断 裂力 学 评 定 方 实 法和塑性极 限载荷评定方法 的结合。其失效评定 曲线从 原先 的基 于 Ｃ Ｄ理 论 理 想 弹 塑 性 材 料 窄 Ｏ 带 屈 服模 型和 线 弹 性 断裂 力 学 ， 展 为 目前 基 于 发
越广。以下从剩余强度评估技术 、 剩余寿命评估 技术以及在换热管上 的特殊应用——堵管准则等 ３个 方 面开展 综 述 。 １ １ 换 热 器管柬 剩 余 强度评 价技 术 ．
换 热 管 失效位 置 主要 有 ３处 ：
保 守做 法 是 将 缺 陷 看 成 等 深 和 等 长 的平 面 缺 陷
换热 器管束完整性评价 技术 研究及应用现状
杨 锋 平 ， 新伟 ， 赵 罗金恒 ， 张广 利 ， 苗 健， 王 珂 ．
（ 中国石油集团石油管工程技术研究院 石油管力学和环境行为重点实验室 ， 陕西 西安
７０６ ） １０５
摘 要： 阐明换 热器 管束 完整 性评 价 的概念 及 意义 。 根据 换 热器 管束 损伤 机 理 及 缺 陷 类 型 ， ｘ ｈ ｎ ｅ，ｓｍ ｅ ｕｊｃ ｎｉｔｇ ｔ ｓｅｓ ｎ ｔｄ ｅｅｓｇｅｔ ． ｅｈ ｏ ｙ ｉ ｒｆ ｅ ｅｒ ｃ ａ ｇｒ ｏ ｅｋｙｓｂｅｔ ｏ ｅｒｙａｓｓ ｏ ｎ ｉ ｙ ｅ ｓ ｎ ｉ ｍｅｔ ｕ ｙｗ ｒ ｕ ｇｓ ｄ ｓ ｅ
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行 、 热效 果是 否 满足 工 艺要求 ， 换 即换热 管 剩余 强
性 能数据 也有 分散性 等 ， 目前 双判 据评估 方法 （ Ｒ ［］ 正 将 概 率 断 裂 力 学 引 入 到 断 裂 评 定 如 ６１ ） ０ 中， 但没有形成标准性文件 。 对于体积型缺陷的评定 ， 其基本方法 是将 体 积型缺陷通过 一定 的 等价关 系转 化为裂纹 型缺 陷 ， 后 通 过 断裂 力 学 方 法 评 定 ， 然 目前 形 成 了 以 Ａ ＭＥ Ｂ １ １９ Ｓ ３ Ｇ（ ９ １年 ） Ｃ Ｎ Ｓ １４一Ｍ８ 和 Ａ ／Ｃ Ａ Ｚ ４ ６
（９ ６年 ） 代 表 的评 价 标 准 和 规 范 。 为 避 免 １８ 为
度评价 ； 二是剩余强度满足要求情况下 ， 给出换热
管 还能 继 续服 役 的时 问 以及 下 次 检 测 周期 ， 而 从 得 到 当前 换热 管 能否 安全 可靠 地运 行 到下 一个 检
修周期 ， 即换热管剩余寿命评估。若某根换热管 的评价结果为剩余强度不足或者剩余寿命无法坚 持 到 下个 检修 周 期 ， 在本 次 检 修 时 将 该 换 热 管 则
新 的标 准 和 方 法 ， 括 Ｄ Ｖ Ｒ １１ １９ 和 包 Ｎ Ｐ Ｆ０ （ ９９） Ａ ＩＲ ７ （００年 ） 。其 中 Ａ Ｉ５９采 用 的 Ｐ Ｐ５９ ２０ 等 Ｐ ７ 基本 方 法也 是 以 尺 寸 （ 别 是 壁 厚 ） 应 力 分 析 特 和
法来 评 判 缺 陷 的 可 接 受 性 。 Ｂ ９ ０ ２ ０ 中 ， Ｓ７ １ － ０ ５
堵上 ， 以免 运 行 周 期 内该 管 发 生 泄 漏 。完 整 性 评 价技术 按 照 “ 合乎 使用 ” 则 ， 广度 和 深度 两 个 原 在 方 面 均发 展越 来越 完 善 ， 在工 程应 用方 面 ， 也越 来
Ｂ１ ３ Ｇ方法的过分保 守性 ， 国际上 对局部腐 蚀缺 陷 的评定 方法 又 开 展 了大 量 研 究 工 作 ， 颁 布 了 并
・
４ ３・
ＣＶ ＰＴ
换热 器管束完整性评价技术研究及 应用现状
Ｖ １ ． ｏ ０ ２ ｏ ９ Ｎ ３２ １ ２
全生 产 和经 济效 益 有重 要影 响 。 在压 力 容器 和 压 力 管 道 评 价 中 ， 整 性 评 价 完
又称 安 全 评 价 或 者适 用 性 （ Ｆ ） 价 ＦＳ 评 ， 指 是
述 了换热管剩余 强度评价技术、 剩余寿命预测技术及其堵管准则的研究进展。结合工程实际， 简要 介 绍 了完整 性评 价技 术在 炼 化企 业换 热器 管理 维护 中的应用 现状 和存 在 的 问题 。 对推进 完 整性评 价技术在换热管束方面的进一步应用提供依据 ， 并探讨 了需重点解决的几个问题。 关键词： 热 器 管柬 ； 换 完整性 评价 ； 堵管 准则
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进行 完 整性评 价 可 以在 换热 器检 修 时找 出 已经 泄 漏和 尚未 泄漏 、 损伤 超过 临界 尺寸 的换热 管 ， 但 将 其堵 上 可有 效 减 少 运 行 周 期 内 换 热 器 的 内 漏 次
数， 因此换热管完整性评价技术对炼化企业 的安
基金项 目： 中国石油天然气集 团公司科技开发项 目（０ Ｉ ４ ０ ０ ０ ） ２ ｌ Ｄ一 ６ ３— １２
Ａｄｖ ｎ ｅ ｅ ｔｉ ｓ ａ ｃ ｎ ｎｔ ｇ ｉｙ Ａ ｓｅ ｓ ｅ ｆＨ ｅ ｔＥｘ ｈａ ｅ ａ ｃ ｍ ｎ ｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ Ｉ ｅ ｒｔ ｓ ｓ ｍ ｎｔｏ ａ ｃ ｎｇ ｒ Ｔｕ ｎｄ ＩｓＡｐｐ ｉａ ｉ ｎ ｉ Ｒｅ ｎｅ ｙ ｂｅ ａ ｔ ｌｃ ｔｏ ｎ ｆ ｒ ｉ
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减 薄和 点蚀 缺 陷 的安 全 评 定 方 法 ， 只是 针 对 压 力 容器 壳 体表 面 的 凹坑 缺 陷 、 体 中 的气 孔 和 夹 渣 壳
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ｄ ｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ —４ ３ ．０ ２ ０ ．０ ｏ：０ ３６ ／．ｓ ．０ １ ８ ７ ２ １ ．３ ０ ８ ｓ
换热 管 泄漏将 严 重 影 响 产 品质 量 ， 至发 生 重 大 甚
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换热器类型较 多， 中管壳式换热器是使用 其 量最大的一种 ， 占换热器数量的 ６ ％［ 。换热 约 ４ １ ３ 管是管壳式换热器服役工况最恶劣 的部件 ， 经常 由于腐蚀 、 力学等 因素 出现 泄漏 （ 换热器 内漏 ） 。
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对 于 企业 来说 ， 热 管 的 完 整 性评 价 通 常 与 换
检测一起 ， 在换热器检修时进行 ， 目的主要有两 其 个 ： 是 明确 当前 情 况 下 换 热 管 能 否 安 全 可 靠 运 一
１ 换 热管 完整 性评 价 技术 发展 现 状
（） ３ 弥散损伤缺陷， 如弥散点腐蚀缺陷。 对于平面型缺陷（ 裂纹 ） 的剩余强度评价 ， 主
要有 断 裂力 学评 定 方 法 、 性 极 限载 荷 评 定 方 法 塑
以及 双 判据 失效 评估 图方 法 。 目前 包 括 美 国 Ａ Ｉ Ｐ
（） ２ 体积型缺陷 ， 包括局 部腐蚀 、 片状腐蚀缺
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针对 评 价对 象 现时 状态 的剩 余 强度评 价 和针 对未 来 状 态 的剩 余 寿命 评 价 ， 完 整 性 管 理 的 一 部 是 分 ］ 。完 整 性管 理是 指 在风 险评 估 基 础 上 ， 展 开 基 于风 险 的检 测 ， 据 检 测 结 果 进 行 完 整性 定 量 根 工 程评 价 ， 然后 基 于 完 整 性 评 价结 果 制定 评 价 对 象 的维 护 策略 和应 急 响应措 施 。本 文 的侧 重点在 于， 针对 换 热器 管束 的特殊 工况 ， 述 了换热 管完 综 整 性评 价 技术 的研 究进 展及 应 用现 状 。
双判据失效评估 图方法。该方法兼顾 了脆性断裂 失 效 和塑性 失 稳 失效 ， 际 上 是 断 裂力 学 评 定 方 实 法和塑性极 限载荷评定方法 的结合。其失效评定 曲线从 原先 的基 于 Ｃ Ｄ理 论 理 想 弹 塑 性 材 料 窄 Ｏ 带 屈 服模 型和 线 弹 性 断裂 力 学 ， 展 为 目前 基 于 发
越广。以下从剩余强度评估技术 、 剩余寿命评估 技术以及在换热管上 的特殊应用——堵管准则等 ３个 方 面开展 综 述 。 １ １ 换 热 器管柬 剩 余 强度评 价技 术 ．
换 热 管 失效位 置 主要 有 ３处 ：
保 守做 法 是 将 缺 陷 看 成 等 深 和 等 长 的平 面 缺 陷
换热 器管束完整性评价 技术 研究及应用现状
杨 锋 平 ， 新伟 ， 赵 罗金恒 ， 张广 利 ， 苗 健， 王 珂 ．
（ 中国石油集团石油管工程技术研究院 石油管力学和环境行为重点实验室 ， 陕西 西安
７０６ ） １０５
摘 要： 阐明换 热器 管束 完整 性评 价 的概念 及 意义 。 根据 换 热器 管束 损伤 机 理 及 缺 陷 类 型 ， ｘ ｈ ｎ ｅ，ｓｍ ｅ ｕｊｃ ｎｉｔｇ ｔ ｓｅｓ ｎ ｔｄ ｅｅｓｇｅｔ ． ｅｈ ｏ ｙ ｉ ｒｆ ｅ ｅｒ ｃ ａ ｇｒ ｏ ｅｋｙｓｂｅｔ ｏ ｅｒｙａｓｓ ｏ ｎ ｉ ｙ ｅ ｓ ｎ ｉ ｍｅｔ ｕ ｙｗ ｒ ｕ ｇｓ ｄ ｓ ｅ
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性 能数据 也有 分散性 等 ， 目前 双判 据评估 方法 （ Ｒ ［］ 正 将 概 率 断 裂 力 学 引 入 到 断 裂 评 定 如 ６１ ） ０ 中， 但没有形成标准性文件 。 对于体积型缺陷的评定 ， 其基本方法 是将 体 积型缺陷通过 一定 的 等价关 系转 化为裂纹 型缺 陷 ， 后 通 过 断裂 力 学 方 法 评 定 ， 然 目前 形 成 了 以 Ａ ＭＥ Ｂ １ １９ Ｓ ３ Ｇ（ ９ １年 ） Ｃ Ｎ Ｓ １４一Ｍ８ 和 Ａ ／Ｃ Ａ Ｚ ４ ６
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新 的标 准 和 方 法 ， 括 Ｄ Ｖ Ｒ １１ １９ 和 包 Ｎ Ｐ Ｆ０ （ ９９） Ａ ＩＲ ７ （００年 ） 。其 中 Ａ Ｉ５９采 用 的 Ｐ Ｐ５９ ２０ 等 Ｐ ７ 基本 方 法也 是 以 尺 寸 （ 别 是 壁 厚 ） 应 力 分 析 特 和
法来 评 判 缺 陷 的 可 接 受 性 。 Ｂ ９ ０ ２ ０ 中 ， Ｓ７ １ － ０ ５
堵上 ， 以免 运 行 周 期 内该 管 发 生 泄 漏 。完 整 性 评 价技术 按 照 “ 合乎 使用 ” 则 ， 广度 和 深度 两 个 原 在 方 面 均发 展越 来越 完 善 ， 在工 程应 用方 面 ， 也越 来
Ｂ１ ３ Ｇ方法的过分保 守性 ， 国际上 对局部腐 蚀缺 陷 的评定 方法 又 开 展 了大 量 研 究 工 作 ， 颁 布 了 并
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４ ３・
ＣＶ ＰＴ
换热 器管束完整性评价技术研究及 应用现状
Ｖ １ ． ｏ ０ ２ ｏ ９ Ｎ ３２ １ ２
全生 产 和经 济效 益 有重 要影 响 。 在压 力 容器 和 压 力 管 道 评 价 中 ， 整 性 评 价 完
又称 安 全 评 价 或 者适 用 性 （ Ｆ ） 价 ＦＳ 评 ， 指 是
述 了换热管剩余 强度评价技术、 剩余寿命预测技术及其堵管准则的研究进展。结合工程实际， 简要 介 绍 了完整 性评 价技 术在 炼 化企 业换 热器 管理 维护 中的应用 现状 和存 在 的 问题 。 对推进 完 整性评 价技术在换热管束方面的进一步应用提供依据 ， 并探讨 了需重点解决的几个问题。 关键词： 热 器 管柬 ； 换 完整性 评价 ； 堵管 准则
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进行 完 整性评 价 可 以在 换热 器检 修 时找 出 已经 泄 漏和 尚未 泄漏 、 损伤 超过 临界 尺寸 的换热 管 ， 但 将 其堵 上 可有 效 减 少 运 行 周 期 内 换 热 器 的 内 漏 次
数， 因此换热管完整性评价技术对炼化企业 的安
基金项 目： 中国石油天然气集 团公司科技开发项 目（０ Ｉ ４ ０ ０ ０ ） ２ ｌ Ｄ一 ６ ３— １２
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