¿Qué causa las fugas en el intercambiador de calor de carcasa y tubos?

La presión en el lado del agua del intercambiador de calor del recuperador de superficie es mayor que la presión en el lado del vapor. Una vez que el sistema de tuberías tiene fugas, el agua de alimentación se precipitará hacia la carcasa, lo que hará que el lado de vapor se llene de agua. El agua puede volver a verterse en la turbina de vapor a lo largo de la tubería de extracción de vapor, provocando la deformación del cilindro de la turbina de vapor, cambios en la expansión diferencial, vibración de la unidad e incluso la rotura de las palas y otros accidentes.

Este tipo de accidentes provocados por la fuga del intercambiador de calor provocaba la parada de todo el equipo y la entrada de agua a la turbina de vapor ocurría muchas veces en la fábrica. Por lo tanto, es muy importante analizar la causa de las fugas del intercambiador de calor y encontrar las contramedidas para reducir las fugas tanto como sea posible.

Análisis de causa de fuga

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

1 Causas de fugas en el puerto del tubo

1.1 Estrés térmico excesivo

Cuando el intercambiador de calor de carcasa y tubos está en funcionamiento, debido a las diferentes temperaturas de los fluidos frío y caliente, las temperaturas de la carcasa y la pared del tubo son diferentes entre sí. Esta diferencia hace que la dilatación térmica de la carcasa y del tubo sea diferente. Cuando la diferencia de temperatura entre los dos es grande, el tubo puede torcerse o soltarse de la placa de flores, o incluso destruir todo el intercambiador de calor. En este sentido, es necesario considerar estructuralmente la influencia de la expansión térmica y adoptar varios métodos de compensación.

Durante el proceso de arranque y parada del intercambiador de calor, la tasa de aumento de temperatura y la tasa de caída de temperatura exceden las regulaciones, por lo que los tubos de alta presión y las placas de tubos están sujetos a un mayor estrés térmico, y las soldaduras o juntas de expansión que conectan los los tubos y las placas de tubos están dañados. Causa fuga en el puerto: cuando la carga cambia demasiado rápido durante la regulación máxima o el motor principal o el intercambiador de calor fallan y el intercambiador de calor se apaga repentinamente, si el lado de vapor detiene el suministro de vapor demasiado rápido, o después de que el lado de vapor detiene el suministro de vapor, el El lado del agua continúa ingresando al suministro de agua, porque la pared del tubo es delgada y se encoge rápidamente, y la placa del tubo es gruesa y se encoge lentamente, lo que a menudo causa daños a la soldadura o a la junta de expansión entre el tubo y la placa del tubo. Esta es la razón por la que la tasa de caída de temperatura permitida es de solo 1,7 grados/min-2.0 grados/min, que es más estricta que la tasa de aumento de temperatura permitida de 2 grados/min-5 grados/ mín.

1.2 Deformación de la placa de tubos

Es principalmente la deformación del procesamiento de la placa tubular y la deformación generada durante el procesamiento. El tubo está conectado a la placa de tubos y la deformación de la placa de tubos provocará fugas en el puerto del tubo.

El lado del agua de la placa del tubo alto tiene alta presión y baja temperatura, mientras que el lado del vapor tiene baja presión y alta temperatura, especialmente si hay una sección de enfriamiento hidrofóbica incorporada, la diferencia de temperatura es aún mayor.

Si el grosor de la placa tubular no es suficiente, la placa tubular tendrá una cierta deformación. El centro de la placa de tubos se abultará hacia el lado del vapor con baja presión y alta temperatura. En el lado del agua, la placa de tubos está hundida en el centro.

Cuando cambia la carga del motor principal, la presión y la temperatura del lado de adición de vapor cambian en consecuencia. Especialmente cuando el rango de nivelación máxima es grande, la velocidad máxima de nivelación es demasiado rápida o la carga cambia repentinamente, bajo la condición de usar una bomba de agua de alimentación de velocidad constante, la presión del lado del agua también cambiará mucho e incluso puede exceder la presión nominal de agua de alimentación alta: estos cambios La distorsión de la placa de tubos puede causar fugas en los extremos del tubo o deformación permanente de la placa de tubos.

Si la válvula de entrada del tanque de combustible alto tiene una fuga interna, después de que el tanque de alta potencia se apague durante la operación del motor principal, el lado del agua del tanque de combustible alto se calentará y la presión aumentará a un volumen constante. Si no hay una válvula de seguridad en el lado del agua o la válvula de seguridad falla, la presión puede aumentar mucho y también deformará la placa de tubos.

1.3 Proceso de taponamiento incorrecto

Generalmente, los tapones cónicos se usan comúnmente para soldar tuberías obturadas. Al introducirlo en el tapón cónico, la fuerza debe ser moderada; si la fuerza de martilleo es demasiado grande, el orificio del tubo se deformará, lo que afectará la conexión entre el tubo adyacente y la placa tubular, lo que provocará daños y nuevas fugas. Durante el proceso de soldadura, si el precalentamiento, la posición y el tamaño de la costura de soldadura no son adecuados, se dañará la conexión entre el tubo adyacente y la placa tubular. El uso de otros métodos de taponamiento, como el taponamiento del tubo de expansión, el taponamiento por explosión, etc., si el proceso no es correcto, también provocará fugas cerca de la boquilla. Por lo tanto, se debe seguir un estricto proceso de taponamiento.

2 El motivo de la fuga de la tubería en sí.

2.1 Socavación y erosión

Una de las razones es que cuando la velocidad del flujo de vapor es alta y el flujo de vapor contiene gotas de agua grandes, la pared exterior de la tubería es lavada por el flujo bifásico de vapor y agua, se vuelve más delgada, se perfora o revienta bajo la presión. del abastecimiento de agua. Las razones principales del flujo bifásico de vapor y agua dentro del intercambiador de calor son: primero, el vapor sobrecalentado en la sección de enfriamiento de vapor sobrecalentado y su salida no cumple con los requisitos de diseño; segundo, el nivel de agua de drenaje del intercambiador de calor se mantiene demasiado bajo o no hay nivel de agua O la temperatura hidrofóbica es mucho más alta que el valor de diseño o la resistencia al flujo hidrofóbico es grande o la presión de extracción cae repentinamente y otros factores hacen que el hidrofóbico evaporación instantánea, y cuando el hidrofóbico ingrese al intercambiador de calor de la siguiente etapa, habrá vapor, que lavará el tubo del intercambiador de calor y causará daños; 3. Es que cuando una tubería en el tubo de alta presión se daña y tiene fugas, el agua de alimentación de alta presión sale de la fuga a gran velocidad, lo que lavará las tuberías o particiones adyacentes. Otra causa es el impacto directo del vapor o la hidrofobicidad. Debido al material irrazonable y al método de fijación de la placa antichoque. Se rompe o se cae durante la operación y pierde el efecto de protección anti-desgaste; el área de la placa anti-desgaste no es lo suficientemente grande y las gotas de agua se mueven con el flujo de aire de alta velocidad, golpeando el haz de tubos fuera de la placa a prueba de fregado; la distancia entre la carcasa y el haz de tubos es demasiado pequeña, por lo que el flujo de vapor en la entrada La velocidad es muy alta.

El agrietamiento por corrosión bajo tensión se refiere al agrietamiento de metales o aleaciones causado por la acción conjunta de la tensión de tracción y medios corrosivos específicos. Se caracteriza porque la mayor parte de la superficie no se daña, solo una parte de las grietas finas penetran en el metal o aleación. El agrietamiento por corrosión bajo tensión puede ocurrir dentro del rango de tensión de diseño comúnmente utilizado, por lo que las 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 del tubo

Cuando la temperatura del agua de alimentación es demasiado baja o la unidad está sobrecargada, cuando el flujo de vapor y la velocidad entre los tubos del intercambiador de calor superan el valor de diseño, el haz de tubos con cierta elasticidad vibrará bajo la acción de la fuerza de perturbación del fluido en el lado de la concha. Cuando la fuerza de excitación Cuando la frecuencia del haz de tubos coincide con la frecuencia de vibración natural del haz de tubos o su múltiplo, hará que el haz de tubos resuene y aumente considerablemente la amplitud, lo que dará como resultado una fuerza repetida en la conexión entre el tubo y la placa de tubos, causando daños al haz de tubos. El mecanismo del daño por vibración del haz de tubos generalmente incluye:

①Debido a la vibración, la tensión de la tubería o la unión entre la tubería y la placa tubular supera el límite de resistencia a la fatiga del material, lo que hace que la tubería se rompa debido a la fatiga;

②El tubo vibratorio roza contra el metal de la tablilla en el orificio del tubo que sostiene la tablilla, lo que hace que la pared del tubo sea más delgada y finalmente provoque la ruptura;

③ Cuando la amplitud de la vibración es grande, las tuberías adyacentes en el medio del tramo rozarán entre sí, lo que provocará que las tuberías se desgasten o se fatigan.

2.3 Corrosión en el extremo de entrada del agua de alimentación de la tubería

El daño por erosión en el extremo del tubo de entrada solo ocurre en los intercambiadores de calor de acero al carbono. Es un proceso de daño causado por la acción conjunta de la erosión y la corrosión: el mecanismo es que la película de óxido formada en la superficie del metal de la pared de la tubería es destruida y arrastrada por el agua de alimentación de alta turbulencia. , El material metálico se pierde continuamente. Eventualmente conducir a la rotura de la tubería. A veces, la superficie dañada puede extenderse a la soldadura del extremo de la tubería o incluso a la placa del tubo: cuando el valor de pH del agua de alimentación es bajo (menos de 9,6), el contenido de oxígeno es alto (mayor de 7ug/L), la temperatura es bajo (menos de 260 grados), y el grado de turbulencia es grande, propenso a la erosión.

2.4 Corrosión

Cuando el material del tubo del intercambiador de calor de baja presión es cobre, el tubo de cobre de baja presión a menudo se ve obligado a reemplazarse debido a una fuga grave. Cuando el valor de pH es 8.5~8.8, la tasa de corrosión del cobre es la más baja. El acero al carbono requiere un valor de pH de no menos de 9,5. El pH del agua de alimentación de la caldera era demasiado alto, provocando la corrosión de las tuberías de cobre. Los principales factores que afectan la corrosión de los paquetes de tuberías de acero al carbono son: contenido de oxígeno y valor de pH del agua de alimentación: cuando el oxígeno disuelto en el agua de alimentación es demasiado alto o el valor de pH es demasiado bajo, la pared interna de la tubería de alta presión se corroerá, por lo que la concentración de oxígeno disuelto en el agua de alimentación no debe exceder los 7 pg/L, y el valor de pH se mantuvo entre 9,3 y 9,6. Si hay oxígeno en el lado de la carcasa, causará corrosión por oxígeno en la pared exterior del haz de tubos. Depósitos de cobre: ​​Pueden causar corrosión por picaduras, formando picaduras. La temperatura afecta la formación de una película de óxido de Fe3O4 en la superficie del acero al carbono: generalmente se cree que la película de óxido de Fe3O4 es relativamente estable cuando está por encima de los 260 grados. Por debajo de esta temperatura, el grado de protección de la película de óxido de Fe3O4 depende del pH del agua de alimentación y de otros factores ambientales. Cuando el valor de pH es superior a 9,6, es seguro.

2.5 Material y mano de obra deficientes

El material del tubo es de mala calidad, el grosor de la pared del tubo es desigual, el tubo está defectuoso antes del montaje, la parte de expansión está demasiado expandida y hay marcas de daños por tensión en el exterior del tubo. Cuando el intercambiador de calor encuentra condiciones de trabajo anormales, causará mucho daño al tubo.

3. Contramedidas

1 Medidas de tratamiento después de que se produzca una fuga

Cuando ocurre una fuga, se reduce la presión del agua de alimentación y se reduce la cantidad de agua de alimentación enviada a la caldera. Por lo tanto, cuando se encuentran fugas en el sistema de tuberías del intercambiador de calor, el intercambiador de calor debe detenerse inmediatamente para reducir la cantidad de tuberías dañadas y el grado de daño. Cuando la unidad está fuera de funcionamiento, debe verificar si hay alguna fuga en el generador de alta presión y encontrar la manera de eliminarla.

Para la fuga del puerto, el metal de soldadura original debe rasparse antes de reparar la soldadura y debe llevarse a cabo un tratamiento térmico adecuado para eliminar la tensión térmica: para la fuga de la tubería en sí, la forma y la ubicación de la fuga del haz de tuberías deben ser verificado primero, y se debe seleccionar un proceso de taponamiento de tubería adecuado, tape los dos puertos del tubo. Independientemente del tipo de proceso de taponamiento que se utilice, para garantizar la calidad de la tubería tapada, el extremo de la tubería bloqueada debe recibir un buen tratamiento, de modo que la placa del tubo y el orificio del tubo queden redondos y limpios, y tengan un buen contacto. superficie con el tapón. En el caso de grietas o erosión en la conexión entre el 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 Precauciones

2.1 Precauciones ante fugas en el puerto

En la fabricación de intercambiadores de calor, debe haber láminas de tubos de suficiente espesor, buen procesamiento de orificios de tubos, soldadura de superficies, juntas de expansión de tubos y procesos de soldadura. En cuanto a la operación, la tasa de aumento de temperatura y la tasa de caída de temperatura del intercambiador de calor no deben exceder las normas, debe haber una válvula de seguridad en el lado del agua para evitar la sobrepresión y debe haber un correcto proceso de taponamiento para el mantenimiento.

2.2 Medidas de prevención de fugas de la propia tubería

(1) Medidas preventivas contra la erosión

Limite el caudal de vapor o hidrofóbico en el lado de la carcasa y evite la evaporación en la sección de enfriamiento; el vapor a la salida de la sección de enfriamiento de vapor debe tener suficiente recalentamiento residual; la placa anti-estropajo debe estar firmemente fijada, el área es suficiente y el material es bueno; el nivel del agua en el lado de la carcasa se mantiene normal. Está prohibido el funcionamiento con nivel de agua bajo o sin nivel de agua.

(2) Medidas preventivas para la vibración de la tubería.

Instale una puerta de seguridad del lado de vapor en el lado de vapor alto; limitar el caudal de vapor o agua en el lado de la carcasa; la distancia entre los tubos debe ser lo suficientemente grande, lo que reduce el caudal del lado de la coraza por un lado, y por otro lado reduce la posibilidad de que los tubos choquen entre sí y se dañen por fricción: Limitación La longitud de la sección libre del haz de tubos.

(3) Medidas de prevención de la erosión en el extremo de entrada de agua de la tubería

La velocidad de flujo del fluido en el lado de los tubos o en el lado de los tubos no solo afecta el valor del coeficiente de transferencia de calor por convección, sino que también afecta la resistencia térmica de la suciedad, lo que afecta el tamaño del coeficiente de transferencia de calor total. Especialmente para fluidos que contienen sedimentos y otras partículas que son fáciles de depositar, el caudal es demasiado bajo e incluso puede causar el taponamiento de la tubería, lo que afecta seriamente el uso del equipo. Sin embargo, aumentar el caudal aumentará significativamente la pérdida de presión. Por lo tanto, es muy importante elegir un caudal adecuado. Limite el caudal de agua de alimentación, deje de usar una fila de intercambiadores de calor o bloquee una gran cantidad de intercambiadores de calor, el caudal en la tubería aumentará significativamente, en este momento, parte del agua de alimentación debe ingresar a la caldera a través de la derivación o reducir la carga de la unidad; controle el contenido de oxígeno del agua de alimentación para que sea pequeño 7ug/L, controle el valor de pH del agua de alimentación en 9.2-9.6.

(4) Medidas de prevención de la corrosión

Alivio de tensión, la tensión puede tener varias fuentes, como tensión aplicada, tensión residual, tensión de soldadura y tensión generada por productos de corrosión. Al seleccionar los materiales, convierta la unidad en un sistema sin cobre, lo que es beneficioso para la anticorrosión de toda la unidad y el control de calidad de los cristales de vapor; Para tener un sistema completo de liberación de aire, generalmente se recomienda no usar una conexión en serie paso a paso para las conexiones de tuberías. Evitar que se acumule gas no condensable en el intercambiador de calor con baja presión; garantizar el funcionamiento normal del sistema de liberación de aire. Al arrancar, se debe drenar el aire del lado del agua y del lado del vapor, y se debe calificar la calidad del suministro de agua; Se deben tomar buenas medidas anticorrosivas al salir de fábrica, para evitar la corrosión durante el almacenamiento y el transporte. Para los intercambiadores de calor de tuberías de acero al carbono, los métodos anticorrosión llenos de nitrógeno se utilizan generalmente tanto para el lado del vapor como para el lado del agua; , medidas anticorrosión de llenado de vapor o nitrógeno, y ajuste correctamente el valor de pH del agua desoxigenada en el lado del agua para desempeñar un papel protector.

(5) Medidas preventivas para fugas en tuberías causadas por materiales y mano de obra deficientes

La pared de la tubería debe estar al menos 2.0mm por encima para mejorar la resistencia a la erosión. Cada tubo debe someterse a pruebas de detección de fallas y pruebas hidrostáticas antes del ensamblaje; el haz de tubos debe ser tratado térmicamente y libre de defectos visuales; el orificio del tubo de la placa del tubo debe mantener cierta rugosidad, tolerancia y concentricidad, y el chaflán o redondeo del orificio del tubo debe ser suave y sin defectos. falla.

(6) Taponamiento preventivo

Realizar bloqueo preventivo. Se recomienda abrir un orificio de derivación de cierto tamaño en la placa de tubos mientras se bloquean algunos tubos para reducir el caudal de agua de alimentación y reducir la corrosión. Este método ha sido adoptado en muchas centrales eléctricas en el país y en el extranjero, y se ha demostrado que puede prolongar adecuadamente la vida útil del intercambiador de calor y reducir la cantidad de fugas.

(7) Selección de proceso

En el intercambiador de calor, qué tipo de fluido fluye por el lado de los tubos y qué tipo fluye por el lado de la carcasa, los siguientes puntos se pueden considerar como principios generales para la selección:

a) Los materiales que no son limpios o fáciles de descomponer y las incrustaciones deben fluir por el lado que es fácil de limpiar. Para los haces de tubos rectos, los materiales antes mencionados generalmente deben enrutarse dentro de los tubos, pero cuando los haces de tubos se pueden quitar para limpiarlos, también se pueden enrutar fuera de los tubos.

b) El fluido que necesita aumentar el caudal para aumentar su coeficiente de transferencia de calor por convección debe ir en el tubo, porque el área de la sección transversal dentro del tubo suele ser menor que el área de la sección transversal entre los tubos, y es fácil usar varios pases de tubo para aumentar el caudal.

c) Los materiales corrosivos deben ir dentro de la tubería, de modo que la carcasa pueda estar hecha de materiales ordinarios, solo la tubería, la placa del tubo y la cabeza deben estar hechos de materiales resistentes a la corrosión.

d) El material con alta presión va dentro de la tubería, por lo que la carcasa no puede soportar la alta presión.

e) Los materiales con temperatura alta o baja deben enrutarse en la tubería para reducir la pérdida de calor. Por supuesto, para una mejor disipación del calor, también se puede permitir que los materiales de alta temperatura atraviesen la cubierta.

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

g) Los fluidos con alta viscosidad generalmente fluyen a través del espacio del lado de la coraza, porque cuando fluyen en el lado de la coraza con deflectores, la sección transversal y la dirección del flujo del canal de flujo cambian constantemente, lo que puede ocurrir con números Re bajos (Re mayor que 100) Lograr un flujo de oleaje conduce a mejorar el coeficiente de transferencia de calor por convección del fluido fuera del tubo.

Los puntos anteriores no pueden ser satisfechos al mismo tiempo, y en ocasiones son contradictorios, por lo que debemos captar los aspectos principales y tomar las decisiones adecuadas de acuerdo a la situación específica.