Tratamiento de fugas de los intercambiadores de calor en forma de caparazón

Tratamiento de fugas de intercambiadores de calor de carcasa y tubos.

El intercambiador de calor de carcasa y tubos es uno de los equipos de intercambio de calor más utilizados en la actualidad.En comparación con otros intercambiadores de calor entre paredes, el equipo de volumen unitario puede proporcionar un área de transferencia de calor mucho mayor y un mejor efecto de transferencia de calor.Debido a la estructura compacta, fuerte y se puede elegir una variedad de materiales para fabricar, se usa ampliamente una gran adaptabilidad, especialmente en dispositivos 4 a gran escala y alta temperatura, alta presión.

Primero, introducción del intercambiador de calor tubular.

Durante muchos años, las fugas en el sistema de tuberías representan la mayor proporción entre todos los tipos de fallos del intercambiador de calor del suministro de agua de la planta.La presión del lado del agua del intercambiador de calor de superficie es mayor que la presión del lado del vapor.Una vez que el sistema de tuberías tiene fugas, el agua de alimentación se precipitará hacia la carcasa, provocando que el lado del vapor se llene de agua.Es posible que el agua regrese a la turbina de vapor a lo largo de la tubería de extracción, provocando la deformación del cilindro de la turbina de vapor, cambios de expansión diferencial, vibración de la unidad e incluso la fractura de la pala y otros accidentes.

En la planta se produjeron este tipo de fugas en el intercambiador de calor provocadas por accidentes de parada de todo el equipo y de la turbina de vapor.Por lo tanto, es muy importante analizar las razones de las fugas en el intercambiador de calor y descubrir las contramedidas para reducirlas tanto como sea posible.

Segundo, análisis del motivo de la fuga.

La fuga del sistema de tuberías internas del intercambiador de calor de tubos se divide principalmente en la fuga del propio tubo y la fuga del extremo.

1.Causa de fuga en el puerto de la tubería

1.1Estrés térmico excesivo

En el funcionamiento de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos, debido a las diferentes temperaturas de los fluidos fríos y calientes, las temperaturas de las paredes de carcasa y tubos son diferentes entre sí.Esta diferencia hace que la expansión térmica de la carcasa y el tubo sea diferente, cuando la diferencia de temperatura entre los dos puede hacer que un tubo grande se tuerza o que el tubo del techo se afloje o incluso destruya todo el intercambiador de calor.Por lo tanto, es necesario considerar el efecto de la expansión térmica en la estructura y adoptar varios métodos de compensación.Durante el arranque y la parada del intercambiador de calor, la tasa de aumento y caída de temperatura excedió la regulación, por lo que la tubería y la placa de tubos de Gawga estuvieron sujetas a una mayor tensión térmica, y la soldadura o junta de expansión de la tubería y la placa de tubos resultó dañada, lo que provocó que el puerto Fuga: la carga máxima cambia demasiado rápido y el motor principal o el intercambiador de calor fallan cuando se apaga repentinamente el intercambiador de calor, si el lado del vapor detiene el suministro de vapor demasiado rápido, o el lado del vapor se detiene, el lado del agua continúa ingresando al agua de alimentación, porque el la pared del tubo es delgada, se encoge rápidamente, el espesor del tubo y la contracción es lenta, lo que a menudo provoca daños en la soldadura del tubo y la placa del tubo o en la junta de expansión.Esta es la razón por la cual la tasa de caída de temperatura requerida es de solo 1,7 ℃/min -2,0 ℃/min, y la relación de tasa de aumento de temperatura es de 2 ℃/min -5 ℃/min.

1.2 Deformación de la placa de tubos

Es principalmente la deformación de la placa tubular y la deformación producida durante el procesamiento.El tubo está conectado con la placa tubular.La deformación de la placa tubular provocará fugas en el extremo del tubo.Alta presión y baja temperatura en el lado del agua de la placa tubular, baja presión y alta temperatura en el lado del vapor, especialmente en la sección de enfriamiento de drenaje incorporada, la diferencia de temperatura es mayor.Si el espesor de la placa tubular no es suficiente, la placa tubular tendrá cierta deformación.El centro de la placa tubular estará abultado en el lado del vapor de baja presión y alta temperatura.En el lado del agua, se produce una depresión central en la placa tubular.Cuando cambia la carga del motor principal, la presión y la temperatura del lado del vapor cambian en consecuencia.Especialmente cuando la amplitud máxima de regulación es grande, la velocidad máxima de regulación es demasiado rápida o la carga es repentina, bajo la condición de usar una bomba de alimentación de velocidad constante, la presión del lado del agua también cambiará mucho, incluso puede exceder la presión nominal del Agua de alimentación elevada: estos cambios pueden provocar la deformación de la placa de tubos, lo que provoca fugas en el extremo de la tubería o una deformación permanente de la placa de tubos.Si la válvula de entrada de Gawga tiene fugas, la alta presión en el lado de alta agua se calentará después de apagar el motor principal.Si no hay válvula de seguridad en el lado del agua o si la válvula de seguridad falla, la presión puede aumentar mucho y también deformar la placa tubular.

1.3 Proceso de conexión inadecuado

Tubo de tapón de soldadura de tapón cónico de uso general.Cuando se introduce el tapón cónico, la fuerza debe ser moderada;la fuerza del martillo es demasiado grande, lo que provoca la deformación del orificio de la tubería, afecta la unión de la tubería y la placa de tubos adyacentes y provocará daños y nuevas fugas.Durante el proceso de soldadura, como el precalentamiento, la ubicación y el tamaño de la costura de soldadura no son apropiados, causarán daños a las tuberías adyacentes y a las conexiones de las placas tubulares.Otros métodos de obstrucción de tuberías, como la obstrucción de tuberías de expansión, la obstrucción de tuberías por explosión, como un proceso inadecuado, también provocarán fugas en los orificios de las tuberías adyacentes.Por lo tanto, se debe seguir un estricto proceso de taponamiento de tuberías.

2.Causa de fuga de la propia tubería.

2.1 Erosión

Una razón es que cuando la velocidad del flujo de vapor es alta y hay grandes gotas de agua en el flujo de vapor, la pared exterior de la tubería se erosiona y adelgaza por el flujo bifásico de vapor y agua.Las razones principales del flujo bifásico de vapor y agua en el intercambiador de calor son las siguientes: en primer lugar, el vapor sobrecalentado en la sección de enfriamiento de vapor sobrecalentado y su salida no pueden cumplir con los requisitos de diseño;La otra es que el nivel hidrofóbico del intercambiador de calor se mantiene demasiado bajo o ningún nivel de agua o la temperatura hidrofóbica es mucho más alta que el valor de diseño, o la resistencia al flujo hidrofóbico es mayor o la presión de succión disminuye repentinamente, etc., cuando el drenaje a la siguiente etapa del intercambiador de calor con vapor, lavado de daños en los tubos del intercambiador de calor;El suministro de agua a alta presión debido a la fuga a gran velocidad saldrá corriendo de la tubería adyacente o dañará la erosión del diafragma.Otra razón es el impacto directo del vapor o del agua hidrofóbica.Porque el material de la placa antiimpacto y la forma fija no son razonables.En funcionamiento se rompe o se cae y pierde la función de protección antierosión;el área de la placa antierosión no es lo suficientemente grande y las gotas de agua se mueven con el flujo de aire a alta velocidad, impactando el haz de tubos fuera de la placa antierosión;la distancia entre la carcasa y el haz de tubos es demasiado pequeña, lo que hace que el flujo de vapor en la entrada sea muy alto.

El agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) es el agrietamiento de un metal o una aleación causado por la acción combinada de la tensión de tracción y un medio de corrosión específico.Se caracteriza por el hecho de que la mayor parte de la superficie no está dañada y sólo una parte de las finas grietas penetran en el interior del metal o aleación.El agrietamiento por corrosión bajo tensión puede ocurrir dentro del rango de tensión de diseño comúnmente utilizado, por lo que sus consecuencias son graves.Los factores importantes que causan el agrietamiento por corrosión bajo tensión son la temperatura, la composición de la solución, la composición del metal o la aleación, la tensión y la estructura del metal.

2.2 Vibración de tuberías

Cuando la temperatura del agua es demasiado baja o la unidad está sobrecargada, cuando el caudal de vapor y la velocidad entre los tubos del intercambiador de calor exceden más que el valor diseñado, los tubos con cierta elasticidad vibrarán bajo la acción de la fuerza de perturbación del fluido en En el lado de la carcasa, cuando la frecuencia de la fuerza de excitación coincide con la frecuencia natural del haz de tubos o su múltiplo, hará que el haz de tubos resuene y aumente considerablemente la amplitud. El mecanismo de daño por vibración del haz de tubos es el siguiente:

(1) debido a la vibración, la tensión del tubo o la unión entre el tubo y la placa tubular excede el límite de resistencia a la fatiga del material, lo que causa la fractura por fatiga del tubo;

(2) el tubo vibratorio en el orificio del tubo que soporta el deflector rozará con el metal del deflector, de modo que la pared del tubo se adelgazará y finalmente provocará la ruptura;

(3) cuando la amplitud de la vibración es grande, las tuberías adyacentes en el medio del tramo se frotarán entre sí, desgastarán o fatigarán la tubería.

2.3 Erosión de la entrada de agua de la tubería.

El daño por corrosión del extremo de la tubería de entrada solo ocurre en el intercambiador de calor de acero al carbono, que es un proceso combinado de corrosión y erosión: el mecanismo es que la película de oxidación formada en la superficie del metal de la pared de la tubería es destruida y eliminada por el Suministro de agua con alta turbulencia, el material metálico se está perdiendo.Al final la tubería se rompió.A veces, la superficie dañada puede extenderse hasta la soldadura del extremo de la tubería e incluso hasta la placa de tubos: cuando el valor del pH del agua de alimentación es bajo (menos de 9,6), el contenido de oxígeno es alto (más de 7 μg/L), la temperatura es baja (menos de 260 °C) y el grado de turbulencia es alto, es fácil que se produzca erosión.

2.4 Corrosión

Cuando el tubo del intercambiador de calor de baja presión es de cobre, el tubo de cobre de baja adición a menudo se ve obligado a ser reemplazado debido a fugas graves.La velocidad de corrosión del cobre es la más baja a un pH de 8,5 a 8,8.El acero al carbono requiere un pH de al menos 9,5.El alto valor de pH del agua de alimentación de la caldera provoca la corrosión de las tuberías de cobre.Los principales factores que afectan la corrosión de los haces de tubos de acero al carbono son: Contenido de oxígeno y valor del pH del agua de alimentación: cuando el oxígeno disuelto en el agua de alimentación es demasiado alto o el valor del pH es demasiado bajo, la pared interior del tubo de alta presión se dañará. corroído, por lo tanto, la concentración de oxígeno disuelto en el agua de alimentación no debe exceder los 7 pg/L y el valor del pH debe mantenerse entre 9,3 y 9,6.Si hay oxígeno en el lado de la carcasa, provocará corrosión por oxígeno en la pared exterior del haz de tubos.Deposición de cobre: ​​puede causar corrosión por picaduras, picaduras.La temperatura afecta la formación de una película de óxido FE3O4 en la superficie del acero al carbono.Generalmente se considera que la película de óxido FE3O4 es relativamente estable cuando la temperatura es superior a 260 °C%.Por debajo de esta temperatura, el grado de protección de la película de óxido FE3O4 depende del pH del agua de alimentación y de otros factores ambientales.Cuando el pH es superior a 9,6, es seguro.

2.5 Material y mano de obra deficientes

El material del tubo no es bueno, el espesor del tubo no es uniforme, el tubo tiene defectos antes del ensamblaje, la boca de expansión está demasiado inflada, el exterior del tubo tiene daños por tracción, etc.

En tercer lugar, abordar las contramedidas.

1. Después de la aparición de medidas de tratamiento de fugas.

Cuando se produce la fuga, la presión del agua de alimentación disminuye y el agua de alimentación a la caldera disminuye.Por lo tanto, cuando se encuentra una fuga en el sistema de tuberías del intercambiador de calor, se debe detener el intercambiador de calor inmediatamente para reducir la cantidad de daños en los tubos y reducir la extensión del daño.Al apagar la unidad, se debe verificar si hay fugas de GAWGA y encontrar formas de eliminarlas.

Para la fuga del extremo, se debe raspar el metal de soldadura original antes de realizar la soldadura de reparación y se debe realizar un tratamiento térmico adecuado para eliminar el estrés térmico: para la fuga de la tubería en sí, la forma y ubicación de la fuga del Primero se debe verificar el haz de tuberías y seleccionar el proceso de taponamiento de tubería apropiado, tapando los dos extremos de la tubería.No importa qué tecnología de taponamiento se utilice, para garantizar la calidad del taponamiento, el extremo de la tubería bloqueada debe estar bien tratado para que la placa del tubo y el orificio sean redondos y limpios, y tengan una buena superficie de contacto con el tapón.En caso de grieta o erosión en la unión del tubo y la placa tubular, se debe quitar el material original del tubo y el metal de soldadura en el extremo para que el tapón esté en estrecho contacto con la placa tubular.

2. Medidas preventivas

2.1 Precauciones contra fugas en el puerto

El intercambiador de calor debe tener una placa de tubos de suficiente espesor, tener un buen procesamiento de orificios de tubería, soldadura de superficie, expansión de tubería, proceso de soldadura, el funcionamiento del intercambiador de calor al inicio y parada de la tasa de aumento de temperatura, la tasa de caída de temperatura no debe exceder las disposiciones, el lado del agua Deberá contar con válvula de seguridad para evitar sobrepresión, mantenimiento para tener el correcto proceso de taponamiento de tuberías.

2.2 Medidas preventivas para fugas de la propia tubería.

(1) Medidas para prevenir la erosión, limitar el caudal de vapor o drenaje en el lado de la coraza y evitar rebabas en la sección de enfriamiento;asegurar que haya suficiente sobrecalentamiento residual de vapor en la salida de la sección de enfriamiento de vapor;para garantizar que la placa esté fijada de forma segura y tenga un área suficiente;Material para ser bueno;Mantenga el nivel de agua del lado de la carcasa normal, prohíba el nivel bajo de agua o no funcione con nivel de agua.

(2) Medidas preventivas contra la vibración de las tuberías, instalación de una puerta de seguridad del lado de vapor en el lado de alta presión, restricción del caudal de vapor o drenaje en el lado de la carcasa y espacio suficiente entre las tuberías para reducir el caudal en el lado de la carcasa. , por otro lado, reduce la posibilidad de colisión de tubos y daños por fricción: limita la longitud de la sección libre del haz de tubos.

(3) Las medidas de prevención de la corrosión en la entrada de la tubería de suministro de agua, la velocidad del flujo del fluido en el lado de la tubería o en el lado de la tubería, no solo afectan el valor del coeficiente de transferencia de calor por convección, sino que también afectan la resistencia al calor de la suciedad. para afectar el coeficiente total de transferencia de calor.Especialmente para el fluido que contiene sedimentos y otras partículas que se depositan fácilmente, un caudal bajo puede incluso provocar la obstrucción de la tubería, lo que afecta gravemente el uso del equipo.Sin embargo, la pérdida de presión aumenta significativamente al aumentar la velocidad del flujo.Por lo tanto, es muy importante elegir el caudal adecuado.Cuando el caudal de agua de alimentación es limitado, el caudal en el tubo aumentará obviamente cuando una fila de intercambiadores de calor esté obstruida o el número de tubos bloqueados sea grande. El contenido de oxígeno del agua de alimentación se controla para que sea de 7 μg/l. , y el valor del pH del agua de alimentación se controla para que sea de 9,2 a 9,6.

(4) Medidas de prevención de la corrosión

Para eliminar la tensión, la tensión puede provenir de una variedad de fuentes, como tensión externa, tensión residual, tensión de soldadura y tensión generada por productos de corrosión.Cuando se selecciona el material, la unidad se cambiará a un sistema libre de cobre, lo que es beneficioso para la anticorrosión de toda la unidad y el control de la calidad del vapor y el cristal, para evitar que el gas no se condense en el calor de baja presión. acumulación del intercambiador, para garantizar el funcionamiento normal del sistema de ventilación de aire, en el arranque, el lado del agua y el lado del vapor se debe descargar aire limpio y la calidad del agua debe ser calificada;Se deben tomar buenas medidas anticorrosión antes de salir de fábrica para evitar la corrosión durante el almacenamiento y transporte.Los métodos anticorrosión llenos de nitrógeno generalmente se adoptan para los intercambiadores de calor de tubos de acero al carbono, tanto en el lado de vapor como en el lado de agua, las medidas anticorrosión de llenado de agua, llenado de gas o llenado de nitrógeno se adoptan respectivamente, y el valor del pH del agua desaireada se ajusta apropiadamente. en el lado del agua para desempeñar un papel protector.

(5) Medidas preventivas para fugas en las tuberías causadas por materiales y tecnología deficientes

La pared del tubo deberá tener al menos 2,0 mm para mejorar la resistencia a la erosión.Antes del ensamblaje, cada tubo debe inspeccionarse mediante detección de fallas y prueba de presión de agua, el haz de tubos debe tratarse térmicamente sin defectos visuales y los orificios de los tubos en la placa del tubo deben mantenerse con cierta rugosidad, tolerancia y grado concéntrico. El orificio del tubo biselado o redondeado debe ser liso y sin rebabas.

(6) Taponamiento preventivo

Realizar taponamiento preventivo.Se sugiere hacer un cierto tamaño de orificio de derivación en la placa del tubo mientras se bloquea una parte del tubo para reducir el caudal de agua de alimentación y reducir la corrosión.Este método se ha utilizado en muchas centrales eléctricas nacionales y extranjeras y se ha demostrado que puede prolongar adecuadamente la vida útil de los intercambiadores de calor y reducir el número de fugas.

(7) Selección de proceso

En un intercambiador de calor, qué fluido fluye a través del lado de los tubos y cuál fluye a través del lado de la carcasa, el principio general de elección puede ser considerar lo siguiente:

a) Los materiales sucios o de fácil descomposición y las incrustaciones deben fluir por el lado que sea fácil de limpiar.Para el haz de tubos rectos, los materiales mencionados anteriormente generalmente deben ir dentro del tubo, pero cuando el haz de tubos se puede retirar para limpiarlo, también puede ir fuera del tubo.

b) los fluidos que requieren mayores caudales para aumentar su coeficiente de transferencia de calor por convección deben viajar a través del tubo, ya que el área de la sección transversal en el tubo suele ser menor que la que hay entre los tubos, y es fácil usar múltiples longitudes de tubo para aumentar el caudal.

c) el material corrosivo deberá transportarse dentro de la tubería de modo que la carcasa pueda estar hecha de materiales comunes, solo la tubería, la placa tubular y la cabeza deberán estar hechas de materiales resistentes a la corrosión.

d) el material a alta presión entra dentro de la tubería de modo que la carcasa no puede soportar alta presión.

e) los materiales a temperaturas muy altas o muy bajas deben pasar a través del tubo para reducir la pérdida de calor.Por supuesto, si para una mejor refrigeración, también se puede permitir el recorrido de la carcasa del material a alta temperatura.

f) el vapor generalmente pasa por el lado de la carcasa, porque es conveniente descargar el condensado, el vapor es más limpio y su coeficiente de transferencia de calor por convección tiene poca relación con el caudal.

g) el fluido viscoso generalmente fluye en el lado de la carcasa, porque la sección transversal y la dirección del flujo del canal cambian constantemente cuando el fluido fluye en el lado de la carcasa con deflectores, y el flujo repentino se puede lograr con un número Re bajo ( Re>100), lo que es beneficioso para mejorar el coeficiente de transferencia de calor por convección del fluido fuera del tubo.Los puntos anteriores no pueden cumplirse al mismo tiempo, y en ocasiones son contradictorios, es necesario basarse en circunstancias específicas, comprender los aspectos principales y tomar las decisiones adecuadas.