O que causa vazamentos no trocador de calor de casco e tubo?

A pressão no lado da água do trocador de calor do recuperador tipo superfície é maior que a pressão no lado do vapor. Uma vez que o sistema de tubulação vaza, a água de alimentação irá correr para dentro do invólucro, fazendo com que o lado do vapor fique cheio de água. A água pode ser despejada de volta na turbina a vapor ao longo do tubo de extração de vapor, causando deformação do cilindro da turbina a vapor, alterações na expansão diferencial, vibração da unidade e até mesmo quebra da lâmina e outros acidentes.

Esse tipo de acidente causado pelo vazamento do trocador de calor ocasionou a parada de todo o conjunto de equipamentos e a entrada de água na turbina a vapor ocorria diversas vezes na fábrica. Portanto, é muito importante analisar a causa do vazamento do trocador de calor e descobrir contramedidas para reduzir o vazamento o máximo possível.

Análise de causa de vazamento

O vazamento do sistema de tubulação interna do trocador de calor do tubo é dividido principalmente no vazamento do próprio tubo e no vazamento da porta.

1 Causas de vazamento da porta do tubo

1.1 Estresse térmico excessivo

Quando o trocador de calor casco e tubo está em operação, devido às diferentes temperaturas dos fluidos frio e quente, as temperaturas do casco e da parede do tubo são diferentes entre si. Essa diferença faz com que a expansão térmica do invólucro e do tubo sejam diferentes. Quando a diferença de temperatura entre os dois é grande, o tubo pode ser torcido, ou o tubo pode ser puxado da placa da flor, ou até mesmo destruir todo o trocador de calor. Nesse sentido, é necessário considerar estruturalmente a influência da expansão térmica e adotar vários métodos de compensação.

Durante o processo de partida e desligamento do trocador de calor, a taxa de aumento de temperatura e a taxa de queda de temperatura excedem os regulamentos, de modo que os tubos de alta pressão e as chapas de tubo estão sujeitos a maior estresse térmico e as soldas ou juntas de expansão que conectam o tubos e folhas de tubo estão danificados. Causa vazamento na porta: quando a carga muda muito rápido durante a regulação de pico ou o motor principal ou o trocador de calor falha e o trocador de calor é desligado repentinamente, se o lado do vapor interrompe o fornecimento de vapor muito rapidamente ou depois que o lado do vapor interrompe o fornecimento de vapor, o o lado da água continua a entrar Abastecimento de água, porque a parede do tubo é fina e encolhe rapidamente, e a folha do tubo é espessa e encolhe lentamente, muitas vezes causando danos à solda ou junta de expansão entre o tubo e a folha do tubo. É por isso que a taxa de queda de temperatura permitida é de apenas 1,7 grau/min-2.0 grau/min, que é mais rigorosa do que a taxa de aumento de temperatura permitida de 2 graus/min-5 grau/ min.

1.2 Deformação do lençol tubular

É principalmente a deformação de processamento da folha de tubo e a deformação gerada durante o processamento. O tubo é conectado à folha do tubo e a deformação da folha do tubo causará vazamento na porta do tubo.

O lado da água da placa de tubo alto tem alta pressão e baixa temperatura, enquanto o lado do vapor tem baixa pressão e alta temperatura, especialmente se houver uma seção de resfriamento hidrofóbico embutida, a diferença de temperatura é ainda maior.

Se a espessura da folha do tubo não for suficiente, a folha do tubo terá uma certa deformação. O centro da folha do tubo ficará saliente em direção ao lado do vapor com baixa pressão e alta temperatura. No lado da água, o tubo é rebaixado no centro.

Quando a carga do motor principal muda, a pressão e a temperatura do lado de adição de vapor mudam de acordo. Especialmente quando a faixa de corte de pico é grande, a velocidade de corte de pico é muito rápida ou a carga muda repentinamente, sob a condição de usar uma bomba de água de alimentação de velocidade constante, a pressão do lado da água também mudará muito e pode até exceder a pressão nominal de alta alimentação de água: essas alterações A distorção do espelho pode causar vazamento nas extremidades do tubo ou deformação permanente do espelho.

Se a válvula de admissão do tanque de combustível alto vazar internamente, após o desligamento do tanque de alta potência durante a operação do motor principal, o lado da água do tanque de combustível alto será aquecido e a pressão será aumentada a um volume constante. Se não houver válvula de segurança no lado da água ou a válvula de segurança falhar, a pressão pode subir muito, também deformará a folha do tubo.

1.3 Processo de entupimento inadequado

Geralmente, os plugues cônicos são comumente usados ​​para soldar tubos de obstrução. Ao entrar no plugue cônico, a força deve ser moderada; se a força de martelamento for muito grande, o orifício do tubo será deformado, afetando a conexão entre o tubo adjacente e a folha do tubo, o que causará danos e novos vazamentos. Durante o processo de soldagem, se o pré-aquecimento, a posição e o tamanho da costura de soldagem não forem adequados, isso causará danos à conexão entre o tubo adjacente e a chapa do tubo. Usando outros métodos de obstrução, como obstrução de tubo de expansão, obstrução de explosão, etc., se o processo for inadequado, também causará vazamento próximo ao bocal. Portanto, deve-se seguir um rigoroso processo de obturação.

2 O motivo do vazamento do próprio tubo

2.1 Escavação e erosão

Uma razão é que quando a velocidade do fluxo de vapor é alta e o fluxo de vapor contém grandes gotas de água, a parede externa do tubo é lavada pelo fluxo bifásico de vapor e água, torna-se mais fina, perfura ou explode sob a pressão do abastecimento de água. As principais razões para o fluxo bifásico de vapor-água dentro do trocador de calor são: primeiro, o vapor superaquecido na seção de resfriamento do vapor superaquecido e sua saída não atendem aos requisitos de projeto; segundo, o nível de água de drenagem do trocador de calor é mantido muito baixo ou não há nível de água evaporação instantânea e, quando o hidrofóbico entra no trocador de calor do próximo estágio, haverá vapor, que lavará o tubo do trocador de calor e causará danos; 3. É que quando um cano no tubo de alta pressão é danificado e vaza, a água de alimentação de alta pressão sai do vazamento em grande velocidade, o que irá lavar os canos ou divisórias adjacentes. Outra causa é o impacto direto do vapor ou hidrofobicidade. Devido ao material irracional e ao método de fixação da placa antichoque. Quebra ou cai durante a operação e perde o efeito de proteção anti-raspagem; a área da placa antiaderente não é grande o suficiente e as gotas de água se movem com o fluxo de ar de alta velocidade, atingindo o feixe de tubos fora da placa antiaderente; a distância entre a casca e o feixe de tubos é muito pequena, de modo que o fluxo de vapor na entrada A velocidade é muito alta.

A trinca por corrosão sob tensão refere-se à trinca de metais ou ligas causadas pela ação conjunta de tensões de tração e meios corrosivos específicos. Caracteriza-se pelo fato de que a maior parte da superfície não é danificada, apenas uma parte das trincas finas penetra no metal ou na liga. A trinca por corrosão sob tensão pode ocorrer dentro da faixa de tensão de projeto comumente usada, de modo que as consequências são sérias. Os fatores importantes que causam trincas por corrosão sob tensão são temperatura, composição da solução, composição do metal ou liga, tensão e estrutura do metal.

2.2 Vibração do Tubo

Quando a temperatura da água de alimentação é muito baixa ou a unidade está sobrecarregada, quando o fluxo de vapor e a velocidade entre os tubos do trocador de calor excedem o valor de projeto, o feixe de tubos com certa elasticidade vibrará sob a ação da força de perturbação do fluido no lado da concha. Quando a força excitante Quando a frequência do feixe de tubos coincide com a frequência de vibração natural do feixe de tubos ou seu múltiplo, isso fará com que o feixe de tubos ressoe e aumente muito a amplitude, resultando em força repetida na conexão entre o tubo e a folha do tubo, causando danos ao feixe de tubos. O mecanismo de dano por vibração do feixe de tubos geralmente inclui:

①Devido à vibração, o estresse do tubo ou da junta entre o tubo e a folha do tubo excede o limite de resistência à fadiga do material, causando a fratura do tubo devido à fadiga;

②O tubo vibratório esfrega contra o metal da ripa no orifício do tubo que suporta a ripa, o que torna a parede do tubo mais fina e finalmente causa a ruptura;

③ Quando a amplitude de vibração é grande, os tubos adjacentes no meio do vão vão esfregar uns contra os outros, causando desgaste ou fadiga nos tubos.

2.3 Corrosão na extremidade de entrada da água de alimentação do tubo

Danos por erosão na extremidade do tubo de entrada ocorrem apenas em trocadores de calor de aço carbono. É um processo de dano causado pela ação conjunta de erosão e corrosão: o mecanismo é que o filme de óxido formado na superfície do metal da parede do tubo é destruído e levado pela alta turbulência da água de alimentação. , O material metálico é continuamente perdido. Eventualmente levar à quebra do tubo. Às vezes, a superfície danificada pode se estender até a solda da extremidade do tubo ou até mesmo a folha do tubo: quando o valor do pH da água de alimentação é baixo (inferior a 9,6), o teor de oxigênio é alto (maior que 7ug/L), a temperatura é baixo (menos de 260 graus), e o grau de turbulência é grande, propenso a erosão.

2.4 Corrosão

Quando o material do tubo do trocador de calor de baixa pressão é cobre, o tubo de cobre de baixa pressão é frequentemente forçado a ser substituído devido a vazamentos sérios. Quando o valor de pH é 8,5~8,8, a taxa de corrosão do cobre é a mais baixa. O aço carbono requer um valor de pH não inferior a 9,5. O pH da água de alimentação da caldeira era muito alto, causando corrosão nos tubos de cobre. Os principais fatores que afetam a corrosão dos feixes de tubos de aço carbono são: teor de oxigênio e valor de pH da água de alimentação: quando o oxigênio dissolvido na água de alimentação é muito alto ou o valor de pH é muito baixo, a parede interna do tubo de alta pressão será corroído, então a concentração de oxigênio dissolvido na água de alimentação não deve exceder 7pg/L, e o valor do pH foi mantido entre 9,3 e 9,6. Se houver oxigênio no lado do invólucro, ele causará corrosão por oxigênio na parede externa do feixe de tubos. Depósitos de cobre: ​​Podem causar corrosão por pite, formando pites. A temperatura afeta a formação do filme de óxido Fe3O4 na superfície do aço carbono: geralmente acredita-se que o filme de óxido Fe3O4 é relativamente estável quando está acima de 260 graus. Abaixo desta temperatura, o grau de proteção do filme de óxido Fe3O4 depende do pH da água de alimentação e de outros fatores ambientais. Quando o valor do pH é superior a 9,6, é seguro.

2.5 Materiais e mão de obra ruins

O material do tubo é ruim, a espessura da parede do tubo é irregular, o tubo está com defeito antes da montagem, a parte de expansão está superexpandida e há marcas de danos por tração na parte externa do tubo. Quando o trocador de calor encontra condições anormais de trabalho, causará muitos danos ao tubo.

3. Contramedidas

1 Medidas de tratamento após a ocorrência de vazamento

Quando ocorre um vazamento, a pressão da água de alimentação é reduzida e a quantidade de água de alimentação enviada para a caldeira é reduzida. Portanto, quando for encontrado vazamento no sistema de tubos do trocador de calor, o trocador de calor deve ser parado imediatamente para reduzir o número de tubos danificados e reduzir o grau de dano. Quando a unidade estiver fora de operação, você deve verificar se há algum vazamento no gerador de alta pressão e encontrar uma maneira de eliminá-lo.

Para vazamento de porta, o metal de solda original deve ser raspado antes da soldagem de reparo, e o tratamento térmico apropriado deve ser realizado para eliminar o estresse térmico: para o vazamento do próprio tubo, a forma e a localização do vazamento do feixe de tubos devem ser verificado primeiro, e um processo de obstrução de tubo adequado deve ser selecionado, conecte as duas portas do tubo. Não importa o tipo de processo de tamponamento usado, para garantir a qualidade do tubo entupido, a extremidade do tubo bloqueado deve ser bem tratada, para que a placa do tubo e o orifício do tubo fiquem redondos e limpos e tenham um bom contato superfície com o plugue. No caso de rachaduras ou erosão na conexão entre o tubo e o espelho, o material original do tubo e o metal de solda na extremidade devem ser removidos para que o plugue fique em contato próximo com o espelho.

2 Precauções

2.1 Precauções de vazamento de porta

Na fabricação de trocadores de calor, deve haver folhas de tubo de espessura suficiente, bom processamento de furos de tubo, soldagem de superfície, juntas de expansão de tubo e processos de soldagem. Em termos de operação, a taxa de aumento de temperatura e a taxa de queda de temperatura do trocador de calor não devem exceder os regulamentos, deve haver uma válvula de segurança no lado da água para evitar sobrepressão e deve haver um correto processo de entupimento para manutenção.

2.2 Medidas de prevenção de vazamento do próprio tubo

(1) Medidas preventivas contra a erosão

Limite o fluxo de vapor ou hidrofóbico no lado do invólucro e evite o flashing na seção de resfriamento; o vapor na saída da seção de resfriamento de vapor deve ter superaquecimento residual suficiente; a placa antiaderente deve estar bem fixada, a área é suficiente e o material é bom; o nível de água no lado da casca é mantido normal. A operação com baixo nível de água ou sem nível de água é proibida.

(2) Medidas preventivas para vibração de tubos

Instale uma porta de segurança do lado do vapor no lado do vapor alto; limitar a vazão de vapor ou água no lado do casco; a distância entre os tubos deve ser suficientemente grande, o que reduz, por um lado, o caudal lateral do casco e, por outro lado, reduz a possibilidade dos tubos colidirem entre si e serem danificados por fricção: Limitação O comprimento da secção livre do feixe de tubos.

(3) Medidas de prevenção de erosão na extremidade de entrada de água do tubo

A velocidade de fluxo do fluido no lado do tubo ou no lado do tubo não afeta apenas o valor do coeficiente de transferência de calor por convecção, mas também afeta a resistência térmica da sujeira, afetando assim o tamanho do coeficiente de transferência de calor total. Especialmente para fluidos que contêm sedimentos e outras partículas de fácil depósito, a vazão é muito baixa e pode até causar entupimento de tubulações, o que prejudica seriamente o uso dos equipamentos. No entanto, aumentar a taxa de fluxo aumentará significativamente a perda de pressão. Portanto, é muito importante escolher uma taxa de fluxo apropriada. Limite a vazão da água de alimentação, pare de usar uma linha de trocadores de calor ou bloqueie um grande número de trocadores de calor, a vazão no tubo aumentará significativamente, neste momento, parte da água de alimentação deve entrar na caldeira pelo bypass ou reduzir a carga da unidade; controle o teor de oxigênio da água de alimentação para ser pequeno 7ug/L, controle o valor de pH da água de alimentação em 9.2-9.6.

(4) Medidas de prevenção de corrosão

Alívio de tensão, a tensão pode ter várias fontes, como tensão aplicada, tensão residual, tensão de soldagem e tensão gerada por produtos de corrosão. Ao selecionar materiais, faça da unidade um sistema sem cobre, o que é benéfico para a anticorrosão de toda a unidade e o controle de qualidade dos cristais de vapor; para ter um sistema de liberação de ar completo, geralmente é recomendável não usar uma conexão em série passo a passo para conexões de tubulação. Evitar o acúmulo de gases não condensáveis ​​no trocador de calor com baixa pressão; garantir o funcionamento normal do sistema de liberação de ar. Ao ligar, o lado da água e o lado do vapor devem ser drenados do ar e a qualidade do abastecimento de água deve ser qualificada; boas medidas anticorrosivas devem ser tomadas ao sair da fábrica, para evitar corrosão durante o armazenamento e transporte. Para trocadores de calor de tubo de aço carbono, métodos anticorrosivos preenchidos com nitrogênio são geralmente usados ​​tanto para o lado do vapor quanto para o lado da água; , medidas anticorrosivas de enchimento de vapor ou nitrogênio e ajuste adequadamente o valor de pH da água desoxigenada no lado da água para desempenhar um papel protetor.

(5) Medidas preventivas para vazamento de tubo causado por material e mão de obra ruins

A parede do tubo deve estar pelo menos 2,0mm acima para melhorar a resistência à erosão. Cada tubo deve ser testado para detecção de falhas e teste hidrostático antes da montagem; o feixe tubular deve ser tratado termicamente e isento de defeitos visuais; o orifício do tubo da placa do tubo deve manter uma certa rugosidade, tolerância e concentricidade, e o chanfro ou arredondamento do orifício do tubo deve ser liso e sem defeitos. falha.

(6) Entupimento preventivo

Faça o bloqueio preventivo. Recomenda-se abrir um orifício de desvio de um determinado tamanho na placa do tubo enquanto bloqueia alguns tubos para reduzir a taxa de fluxo da água de alimentação e reduzir a corrosão. Este método foi adotado em muitas usinas de energia no país e no exterior, e foi comprovado que pode prolongar adequadamente a vida útil do trocador de calor e reduzir o número de vazamentos.

(7) Seleção do processo

No trocador de calor, que tipo de fluido flui pelo lado do tubo e qual tipo flui pelo lado da carcaça, os seguintes pontos podem ser considerados como princípios gerais para seleção:

a) Materiais não limpos ou de fácil decomposição e incrustações devem escorrer pelo lado de fácil limpeza. Para feixes de tubos retos, os materiais acima mencionados geralmente devem ser encaminhados dentro dos tubos, mas quando os feixes de tubos podem ser removidos para limpeza, eles também podem ser encaminhados para fora dos tubos.

b) O fluido que precisa aumentar a vazão para aumentar seu coeficiente de transferência de calor por convecção deve ir no tubo, pois a área da seção transversal dentro do tubo é geralmente menor que a área da seção transversal entre os tubos, e é fácil para usar várias passagens de tubo para aumentar a taxa de fluxo.

c) Os materiais corrosivos devem ir para dentro do tubo, para que o invólucro possa ser feito de materiais comuns, apenas o tubo, a folha do tubo e a cabeça devem ser feitos de materiais resistentes à corrosão.

d) O material com alta pressão vai para dentro do tubo, de forma que o invólucro não suporte a alta pressão.

e) Materiais com temperatura alta ou baixa devem ser encaminhados na tubulação para reduzir a perda de calor. Obviamente, para uma melhor dissipação de calor, materiais de alta temperatura também podem passar pelo invólucro.

f) O vapor é geralmente passado para o lado do casco, porque é conveniente descarregar o condensado, e o vapor é mais limpo, e seu coeficiente de transferência de calor por convecção tem pouca relação com a vazão.

g) Fluidos com alta viscosidade geralmente escoam pelo espaço lateral do casco, pois ao escoar no lado casco com defletores, a seção transversal e a direção do fluxo do canal de fluxo mudam constantemente, o que pode ser feito com números Re baixos (Re maior que 100) Alcançar o fluxo de pico é propício para melhorar o coeficiente de transferência de calor por convecção do fluido fora do tubo.

Os pontos acima não podem ser satisfeitos ao mesmo tempo, e às vezes são contraditórios, por isso devemos entender os principais aspectos e tomar as decisões apropriadas de acordo com a situação específica.