油冷却器低肋片铜管的失效分析
本文关键词:油冷却器低肋片铜管的失效分析
【摘要】:油冷却器是工业生产中常用的换热器,近年来迅速发展起来的滚轧式低肋片管因其良好的结构性能而在换热器等设备中得到广泛应用。但肋片管的耐腐蚀性能较差,在复杂工况下极易造成管道失效,并引发严重的安全事故。因此,对失效的低肋片式换热管进行分析,找出其失效的原因,并将其应用于产品的改进设计中,对于保障人民生命财产安全具有十分重要的现实意义。本文以某企业使用中发生失效的油冷却器低肋片铜管为研究对象,通过宏观观察发现肋片管断口处向外膨胀变形并发生破裂,裂纹沿轴向扩展,断口管壁明显减薄,管内壁附着有污垢。首先,运用有限元分析软件ANSYS对不同压差工况下肋片管进行模拟分析,结果表明,最大应力区域均位于肋片管内壁面,同时运用路径分析法对“极限”工况下的应力进行综合分析,发现壁厚符合力学要求,确定了裂纹沿轴向扩展。为进一步探究肋片管腐蚀失效机理,还需从工况环境等其他方面寻找原因。然后通过一系列的理化性能检测对肋片管的腐蚀机理进行了研究探讨。采用宏观和微观形貌观察、化学成分分析、管内壁附着物分析、断口表面成分分析、金相检验、硬度试验及循环冷却水测试等方法进行系统的检测。通过分析可知肋片管的材质符合标准要求,肋片管的断裂并非由其材质不合格引起。由循环冷却水检测结果可知,水质不合格是引起肋片管腐蚀失效的主要原因。冷却水中的溶解氧以及氯离子等引起管内壁腐蚀并生成了铜基腐蚀物结垢层,Ca、Na、K、Mg等元素以及絮状沉淀物则进一步加剧了内壁面的结垢程度,同时与含量较高的Cl-和SO42-等阴离子联合作用加速了缝隙腐蚀的发生。通过对肋片管内壁附着物和断面腐蚀产物的检测可证实以上元素的存在。最后,对肋片管的失效原因进行了综合分析与讨论,得出肋片管腐蚀失效的发生过程——即因循环冷却水水质不合格而引起肋片管在腐蚀、结垢、冲刷的动态复合作用下,导致管壁持续减薄,在受压力作用下直至因强度不足而发生变形破裂。同时本文还结合肋片管发生失效的主要影响因素提出了预防措施。
【关键词】:失效分析 低肋片铜管 有限元分析 腐蚀
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TK172;TG115
【目录】:
- 摘要5-6
- ABSTRACT6-11
- 第一章 绪论11-19
- 1.1 研究背景11
- 1.2 低肋片管油冷却器简介11-13
- 1.2.1 油冷却器的结构特点12
- 1.2.2 低肋片管12-13
- 1.3 有关失效的研究现状13-17
- 1.3.1 国内外失效分析的研究现状13-15
- 1.3.2 国内外有关换热管失效的研究现状15-16
- 1.3.3 相关失效分析案例16-17
- 1.4 研究目的及意义17
- 1.5 课题的研究内容及技术路线17-18
- 1.6 本章小结18-19
- 第二章 低肋片换热管腐蚀失效的常见形式19-37
- 2.1 引言19
- 2.2 换热管的失效模式19-22
- 2.3 常见换热管的失效形式22
- 2.4 失效分析理论及技术22-27
- 2.5 低肋片换热管的腐蚀机理27-36
- 2.6 本章小结36-37
- 第三章 基于ANSYS对肋片管的模拟分析37-52
- 3.1 引言37
- 3.2 失效肋片管概述37-38
- 3.2.1 失效肋片管的外观形貌37
- 3.2.2 油冷却器的工况条件37-38
- 3.3 有限元分析及ANSYS软件简介38-40
- 3.3.1 有限元分析法概述38-39
- 3.3.2 ANSYS有限元软件简介39
- 3.3.3 ANSYS屈服准则39-40
- 3.4 几何尺寸及工艺参数40-42
- 3.4.1 肋片管的几何尺寸40-41
- 3.4.2 模型材料参数41-42
- 3.5 有限元模型的建立42-45
- 3.5.1 单元类型的选择42-43
- 3.5.2 网格的划分43-44
- 3.5.3 载荷和边界条件44-45
- 3.6 有限元计算结果分析45-51
- 3.6.1 不同压差作用下的应力分析45-47
- 3.6.2 最大压差作用下的结果分析47-51
- 3.7 本章小结51-52
- 第四章 肋片管的理化性能检验与分析52-68
- 4.1 引言52
- 4.2 分析标准及检测设备52-53
- 4.2.1 试验参考标准52
- 4.2.2 实验设备52-53
- 4.3 裂纹及断口形貌分析53-56
- 4.3.1 宏观形貌分析53-55
- 4.3.2 微观形貌55-56
- 4.4 材料的化学成分分析56-57
- 4.5 管内壁附着物成分分析57
- 4.6 断口表面成分分析57-61
- 4.7 金相检验分析61-63
- 4.8 硬度试验63-65
- 4.9 循环冷却水成分分析65-66
- 4.10 本章小结66-68
- 第五章 肋片管失效原因综合分析与预防措施68-73
- 5.1 引言68
- 5.2 腐蚀失效的影响因素分析68-69
- 5.2.1 材料因素68-69
- 5.2.2 工况环境因素69
- 5.3 失效机理分析69-71
- 5.3.1 氯离子腐蚀70
- 5.3.2 缝隙腐蚀70-71
- 5.3.3 冲刷腐蚀71
- 5.4 预防措施71-72
- 5.5 本章小结72-73
- 结论与展望73-75
- 结论73-74
- 展望74-75
- 参考文献75-81
- 攻读硕士学位期间取得的研究成果81-82
- 致谢82-83
- 附件83
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