Traitement des fuites des échangeurs de chaleur à coque et à tube

Traitement des fuites des échangeurs thermiques à calandre

L’échangeur de chaleur à calandre et tube est actuellement l’un des équipements d’échange de chaleur les plus utilisés.Comparé à d'autres échangeurs de chaleur inter-murs, l'équipement de volume unitaire peut fournir une zone de transfert de chaleur beaucoup plus grande et un meilleur effet de transfert de chaleur.En raison de la structure compacte, solide et permettant de choisir une variété de matériaux à fabriquer, une forte adaptabilité, en particulier dans les dispositifs à grande échelle 4 et à haute température et haute pression, est largement utilisée.

Tout d'abord, introduction de l'échangeur de chaleur tubulaire

Pendant de nombreuses années, les fuites du système de tuyauterie représentent la plus grande proportion parmi toutes sortes de défauts de l'échangeur thermique d'alimentation en eau de l'usine.La pression côté eau de l’échangeur thermique à surface est supérieure à la pression côté vapeur.Une fois que le système de tuyauterie fuit, l'eau d'alimentation se précipitera dans la coque, ce qui remplira le côté vapeur d'eau.Il est possible que l'eau reflue dans la turbine à vapeur le long du tuyau d'extraction, provoquant une déformation du cylindre de la turbine à vapeur, des changements de dilatation différentielle, des vibrations de l'unité et même une fracture des pales et d'autres accidents.

Ce type de fuite d'échangeur de chaleur provoqué par l'ensemble des équipements et des accidents d'arrêt de turbine à vapeur s'est produit dans l'usine.Par conséquent, il est très important d’analyser les raisons des fuites de l’échangeur de chaleur et de trouver les contre-mesures pour réduire autant que possible les fuites.

Deuxièmement, analyse des raisons de fuite

La fuite du système de tuyaux intérieurs de l’échangeur de chaleur à tubes est principalement divisée en fuite du tube lui-même et en fuite de l’extrémité.

1.Cause de la fuite du port du tuyau

1.1Contrainte thermique excessive

Lors du fonctionnement des échangeurs de chaleur à calandre et à tubes, en raison des températures différentes des fluides froids et chauds, les températures de la paroi de la calandre et du tube sont différentes les unes des autres.Cette différence rend la dilatation thermique de la coque et du tube différente, lorsque la différence de température entre les deux peut être un gros tube tordu, ou un tube du plafond se desserrer, ou même détruire l'ensemble de l'échangeur de chaleur.Il est donc nécessaire de prendre en compte l’effet de la dilatation thermique sur la structure et d’adopter diverses méthodes de compensation.Pendant le démarrage et l'arrêt de l'échangeur thermique, le taux d'augmentation et de chute de température a dépassé la réglementation, de sorte que le tuyau et la plaque tubulaire de Gawga ont été soumis à une contrainte thermique plus importante et que la soudure ou le joint de dilatation du tuyau et de la plaque tubulaire ont été endommagés, ce qui a provoqué un port. fuite : la charge de pointe change trop rapidement et le moteur principal ou l'échangeur de chaleur échouent lorsque l'arrêt soudain de l'échangeur de chaleur, si le côté vapeur arrête l'alimentation en vapeur trop rapidement, ou si le côté vapeur s'arrête, le côté eau continue à entrer dans l'eau d'alimentation, car le la paroi du tube est mince, le retrait est rapide, l'épaisseur du tube, le retrait lent, entraînent souvent des soudures de tubes et de plaques tubulaires ou des dommages aux joints de dilatation.C'est la raison pour laquelle le taux de chute de température requis est de seulement 1,7℃/min -2,0℃/min, et le rapport du taux d'augmentation de la température est de 2℃/min -5℃/min.

1.2 Déformation de la plaque tubulaire

Il s'agit principalement de la déformation de la plaque tubulaire et de la déformation produite lors du traitement.Le tube est relié à la plaque tubulaire.La déformation de la plaque tubulaire provoquera une fuite de l'extrémité du tube.Haute pression et basse température du côté eau de la plaque tubulaire, basse pression et haute température du côté vapeur, en particulier la section de refroidissement du drain intégrée, la différence de température est plus grande.Si l'épaisseur de la plaque tubulaire n'est pas suffisante, la plaque tubulaire subira une certaine déformation.Le centre de la plaque tubulaire sera bombé côté vapeur à basse pression et à haute température.Côté eau, une dépression centrale se produit dans la plaque tubulaire.Lorsque la charge du moteur principal change, la pression et la température du côté vapeur changent en conséquence.Surtout lorsque l'amplitude de régulation maximale est grande, que la vitesse de régulation maximale est trop rapide ou que la charge est soudaine, dans les conditions d'utilisation d'une pompe d'alimentation à vitesse constante, la pression côté eau changera également considérablement, elle peut même dépasser la pression nominale du eau d'alimentation élevée : ces changements peuvent provoquer une déformation de la plaque tubulaire entraînant une fuite à l'extrémité du tuyau ou une déformation permanente de la plaque tubulaire.Si la soupape d'admission de Gawga fuit, la haute pression du côté haute eau sera chauffée après l'arrêt du moteur principal.S'il n'y a pas de soupape de sécurité côté eau ou si la soupape de sécurité tombe en panne, la pression peut monter très haut et déformer également la plaque tubulaire.

1.3 Mauvais processus de branchement

Tuyau de bouchon de soudage à bouchon conique généralement utilisé.Lorsque le bouchon conique est enfoncé, la force doit être modérée ;la force du marteau est trop importante, ce qui provoque la déformation du trou du tuyau, affecte le joint du tuyau et de la plaque tubulaire adjacent et provoquera des dommages et de nouvelles fuites.Pendant le processus de soudage, tel que le préchauffage, l'emplacement et la taille du cordon de soudure ne sont pas appropriés, ce qui entraînera des dommages aux connexions des tuyaux et des plaques tubulaires adjacentes.D'autres méthodes de bouchage de tuyaux, telles que le bouchage de tuyaux d'expansion, le bouchage de tuyaux par explosion, tel qu'un processus inapproprié, provoqueront également des fuites des orifices de tuyaux adjacents.Par conséquent, le processus strict de bouchage des tuyaux doit être suivi.

2.Cause de fuite du tuyau lui-même

2.1 Érosion

L'une des raisons est que lorsque la vitesse d'écoulement de la vapeur est élevée et qu'il y a de grosses gouttelettes d'eau dans le flux de vapeur, la paroi externe du tuyau est récurée et amincie par l'écoulement diphasique vapeur-eau.Les principales raisons de l'écoulement diphasique vapeur-eau dans l'échangeur de chaleur sont les suivantes : premièrement, la vapeur surchauffée dans la section de refroidissement de vapeur surchauffée et sa sortie ne peuvent pas répondre aux exigences de conception ;L'autre est que le niveau hydrophobe de l'échangeur de chaleur est maintenu trop bas ou qu'il n'y a pas de niveau d'eau ou que la température hydrophobe est beaucoup plus élevée que la valeur de conception, ou que la résistance à l'écoulement hydrophobe est plus grande ou que la pression d'aspiration diminue soudainement, etc. drainage vers l'étape suivante de l'échangeur de chaleur avec de la vapeur, lavage des dommages au tube de l'échangeur de chaleur ;L'approvisionnement en eau à haute pression provenant de la fuite à grande vitesse sera précipité hors du tuyau adjacent ou des dommages causés par l'érosion du diaphragme.Une autre raison est l’impact direct de la vapeur ou de l’eau hydrophobe.Parce que le matériau de la plaque anti-impact et la manière fixe ne sont pas raisonnables.En fonctionnement, il se casse ou tombe et perd la fonction de protection anti-érosion ;la zone de la plaque anti-érosion n'est pas assez grande et les gouttelettes d'eau se déplacent avec le flux d'air à grande vitesse, impactant le faisceau de tubes à l'extérieur de la plaque anti-érosion ;la distance entre la coque et le faisceau de tubes est trop petite, ce qui rend le débit de vapeur à l'entrée très élevé.

La fissuration par corrosion sous contrainte (SCC) est la fissuration d'un métal ou d'un alliage provoquée par l'action combinée d'une contrainte de traction et d'un milieu de corrosion spécifique.Il se caractérise par le fait que la majeure partie de la surface n’est pas endommagée et que seule une partie des fines fissures pénètre à l’intérieur du métal ou de l’alliage.La fissuration par corrosion sous contrainte peut se produire dans la plage de contraintes de conception couramment utilisée, ses conséquences sont donc graves.Les facteurs importants provoquant la fissuration par corrosion sous contrainte sont la température, la composition de la solution, la composition du métal ou de l'alliage, la contrainte et la structure du métal.

2.2 Vibrations des tuyaux

Lorsque la température de l'eau est trop basse ou que l'unité est surchargée, lorsque le débit de vapeur et la vitesse entre les tubes de l'échangeur thermique dépassent la valeur conçue, les tubes avec une certaine élasticité vibreront sous l'action de la force de perturbation du fluide sur du côté de la coque, lorsque la fréquence de la force d'excitation coïncide avec la fréquence naturelle du faisceau de tubes ou son multiple, cela fera résonner le faisceau de tubes et augmentera considérablement l'amplitude, le mécanisme d'endommagement par vibration du faisceau de tubes est le suivant :

(1) en raison des vibrations, la contrainte du tube ou du joint entre le tube et la plaque tubulaire dépasse la limite d'endurance à la fatigue du matériau, ce qui provoque la rupture par fatigue du tube ;

(2) le tuyau vibrant dans le trou du tuyau supportant le déflecteur frottera avec le métal du déflecteur, de sorte que la paroi du tuyau deviendra mince et mènera finalement à la rupture ;

(3) lorsque l'amplitude des vibrations est grande, les tuyaux adjacents au milieu de la travée frotteront les uns contre les autres, porteront ou fatigueront le tuyau.

2.3 Érosion de l'entrée d'eau du tuyau

Les dommages causés par la corrosion à l'extrémité du tuyau d'entrée ne se produisent que dans l'échangeur thermique en acier au carbone, qui est un processus combiné de corrosion et d'érosion : le mécanisme est que le film d'oxydation formé sur la surface métallique de la paroi du tuyau est détruit et emporté par le approvisionnement en eau à haute turbulence, le matériau métallique perd.Finalement, le tuyau s'est cassé.Parfois, la surface endommagée peut s'étendre jusqu'à la soudure d'extrémité du tuyau et même à la plaque tubulaire : lorsque la valeur du pH de l'eau d'alimentation est faible (inférieure à 9,6), la teneur en oxygène est élevée (plus de 7 μg/L), la température est basse (moins de 260 °C) et le degré de turbulence est élevé, l'érosion est facile à se produire.

2.4 Corrosion

Lorsque le tube de l'échangeur de chaleur basse pression est en cuivre, le tube en cuivre à faible ajout est souvent obligé d'être remplacé en raison de fuites importantes.Le taux de corrosion du cuivre est le plus bas à un pH compris entre 8,5 et 8,8.L'acier au carbone nécessite un pH d'au moins 9,5.Le pH élevé de l’eau d’alimentation des chaudières entraîne la corrosion des tuyaux en cuivre.Les principaux facteurs affectant la corrosion des faisceaux de tubes en acier au carbone sont : la teneur en oxygène et la valeur du pH de l'eau d'alimentation : lorsque l'oxygène dissous dans l'eau d'alimentation est trop élevé ou que la valeur du pH est trop basse, la paroi interne du tube haute pression sera corrodé, par conséquent, la concentration d'oxygène dissous dans l'eau d'alimentation ne doit pas dépasser 7 pg/L et la valeur du pH doit être maintenue entre 9,3 et 9,6.S'il y a de l'oxygène du côté de la coque, cela provoquera une corrosion par l'oxygène sur la paroi extérieure du faisceau de tubes.Dépôt de cuivre : peut provoquer une corrosion par piqûres, des piqûres.La température affecte la formation du film d'oxyde FE3O4 à la surface de l'acier au carbone.On considère généralement que le film d'oxyde FE3O4 est relativement stable lorsque la température est supérieure à 260°C%.En dessous de cette température, le degré de protection du film d'oxyde FE3O4 dépend du pH de l'eau d'alimentation et d'autres facteurs environnementaux.Lorsque le pH est supérieur à 9,6, c'est sûr.

2.5 Mauvais matériaux et fabrication

Le matériau du tube n'est pas bon, l'épaisseur du tube n'est pas uniforme, le tube présente des défauts avant l'assemblage, la bouche d'expansion est surgonflée, l'extérieur du tube présente des dommages de traction, etc.

Troisièmement, gérer les contre-mesures

1. Après l'apparition de mesures de traitement des fuites

Lorsqu'une fuite se produit, la pression de l'eau d'alimentation diminue et le débit d'eau d'alimentation de la chaudière diminue.Par conséquent, lorsqu'une fuite dans le système de tuyaux de l'échangeur de chaleur est détectée, l'échangeur de chaleur doit être arrêté immédiatement afin de réduire le nombre de dommages causés aux tubes et de réduire l'étendue des dommages.L'arrêt de l'unité doit vérifier s'il y a une fuite de GAWGA et trouver des moyens de l'éliminer.

Pour la fuite de l'extrémité, le métal soudé d'origine doit être gratté avant le soudage de réparation, et un traitement thermique approprié doit être effectué pour éliminer la contrainte thermique : pour la fuite du tuyau lui-même, la forme et l'emplacement de la fuite du le faisceau de tuyaux doit être vérifié en premier et sélectionner le processus de bouchage de tuyau approprié, en bouchant les deux extrémités du tuyau.Quelle que soit la technologie de bouchage utilisée, afin de garantir la qualité du bouchage, l'extrémité du tuyau bloqué doit être bien traitée pour rendre la plaque tubulaire et le trou ronds et propres, et avoir une bonne surface de contact avec le bouchon.En cas de fissure ou d'érosion au niveau du joint du tube et de la plaque tubulaire, le matériau du tube d'origine et le métal soudé doivent être retirés à l'extrémité pour que le bouchon soit en contact étroit avec la plaque tubulaire.

2. Mesures préventives

2.1 Précautions contre les fuites de ports

L'échangeur de chaleur doit avoir une plaque tubulaire d'épaisseur suffisante, avoir un bon traitement des trous de tuyaux, un soudage de surface, une expansion des tuyaux, un processus de soudage, le fonctionnement de l'échangeur de chaleur au démarrage et à l'arrêt du taux d'augmentation de la température, le taux de chute de température ne dépasse pas les dispositions, le côté eau devrait avoir une soupape de sécurité pour éviter la surpression, un entretien pour avoir le bon processus de bouchage des tuyaux.

2.2 Mesures préventives en cas de fuite du tuyau lui-même

(1) Mesures visant à prévenir l'érosion, à limiter le débit de vapeur ou de drainage côté calandre et à éviter le flash dans la section de refroidissement ;s'assurer qu'il y a une surchauffe résiduelle suffisante de la vapeur à la sortie de la section de refroidissement de la vapeur ;pour s'assurer que la plaque est solidement fixée et qu'elle a une surface suffisante ;Matériel pour être bon;maintenir le niveau d'eau côté coque normal, interdire le niveau d'eau bas ou l'absence de fonctionnement du niveau d'eau.

(2) Mesures préventives contre les vibrations des canalisations, installation d'une porte de sécurité côté vapeur côté haute pression, limitation du débit de vapeur ou de drainage côté calandre et espacement suffisant des canalisations pour réduire le débit côté calandre , d'autre part, cela réduit le risque de collision des tubes et de dommages par frottement : cela limite la longueur de la section libre du faisceau de tubes.

(3) Les mesures de prévention de la corrosion à l'entrée du tuyau d'alimentation en eau, la vitesse d'écoulement du fluide côté tuyau ou côté tuyau, affectent non seulement la valeur du coefficient de transfert de chaleur par convection, mais affectent également la résistance thermique de la saleté, de manière à affecter le coefficient de transfert de chaleur total.En particulier pour les fluides contenant des sédiments et d'autres particules faciles à déposer, un faible débit peut même conduire à un blocage des canalisations, ce qui affecte sérieusement l'utilisation de l'équipement.Cependant, la perte de pression augmente considérablement avec l’augmentation de la vitesse d’écoulement.Il est donc très important de choisir le bon débit.Lorsque le débit de l'eau d'alimentation est limité, le débit dans le tube augmentera évidemment lorsqu'une rangée d'échangeurs de chaleur est bouchée ou que le nombre de tubes bouchés est important. La teneur en oxygène de l'eau d'alimentation est contrôlée à 7 μg/l. , et la valeur du pH de l'eau d'alimentation est contrôlée pour être comprise entre 9,2 et 9,6.

(4) Mesures de prévention de la corrosion

Pour éliminer les contraintes, les contraintes peuvent provenir de diverses sources, telles que les contraintes externes, les contraintes résiduelles, les contraintes de soudage et les contraintes générées par les produits de corrosion.Lorsque le matériau est sélectionné, l'unité sera transformée en un système sans cuivre, ce qui est bénéfique pour l'anticorrosion de l'ensemble de l'unité et le contrôle de la vapeur et de la qualité des cristaux, afin d'éviter la non-condensation des gaz dans la chaleur à basse pression. accumulation d'échangeur, pour assurer le fonctionnement normal du système d'air de ventilation, au démarrage, côté eau, côté vapeur doit être évacué de l'air propre, qualité de l'eau qualifiée ;De bonnes mesures anticorrosion doivent être prises avant de quitter l'usine pour éviter la corrosion pendant le stockage et le transport.Les méthodes anticorrosion remplies d'azote sont généralement adoptées pour les échangeurs de chaleur à tubes d'acier au carbone, côté vapeur et côté eau, les mesures anticorrosion de remplissage d'eau, de remplissage de gaz ou de remplissage d'azote sont adoptées respectivement, et la valeur du pH de l'eau de désaération est ajustée de manière appropriée. au bord de l'eau pour jouer un rôle protecteur.

(5) Mesures préventives contre les fuites de tuyaux causées par des matériaux et une technologie médiocres

La paroi du tube doit mesurer au moins 2,0 mm pour améliorer la résistance à l'érosion.Avant l'assemblage, chaque tube doit être inspecté au moyen d'une détection de défauts et d'un test de pression d'eau, le faisceau de tubes doit être traité thermiquement sans défauts visuels et les trous de tube sur la plaque tubulaire doivent être maintenus avec une certaine rugosité, tolérance et degré de concentricité, Le chanfrein ou l'arrondi du trou du tuyau doit être lisse et sans bavures.

(6) Obturation préventive

Effectuer un bouchage préventif.Il est suggéré de réaliser un trou de dérivation d'une certaine taille sur la plaque tubulaire tout en bloquant une partie du tube afin de réduire le débit d'eau d'alimentation et de réduire la corrosion.Cette méthode a été utilisée dans de nombreuses centrales électriques au pays et à l'étranger, et il a été prouvé qu'elle peut prolonger la durée de vie des échangeurs de chaleur de manière appropriée et réduire le nombre de fuites.

(7) Sélection du processus

Dans un échangeur de chaleur, dont le fluide s'écoule côté tube et qui s'écoule côté calandre, le principe général de choix peut être de considérer les éléments suivants :

a) les matériaux sales ou facilement décomposés et le tartre doivent s'écouler par le côté facile à nettoyer.Pour le faisceau de tubes droit, les matériaux mentionnés ci-dessus doivent généralement aller à l'intérieur du tube, mais lorsque le faisceau de tubes peut être retiré pour le nettoyage, il peut également sortir du tube.

b) les fluides qui nécessitent des débits accrus pour augmenter leur coefficient de transfert de chaleur par convection doivent traverser le tube, car la section transversale du tube est généralement plus petite que celle entre les tubes, et il est facile d'utiliser plusieurs longueurs de tube pour augmenter le débit.

c) le matériau corrosif doit être transporté à l'intérieur du tuyau de sorte que l'enveloppe puisse être constituée de matériaux ordinaires, seuls le tuyau, la plaque tubulaire et la tête doivent être constitués de matériaux résistant à la corrosion.

d) un matériau haute pression pénètre à l'intérieur du tuyau de sorte que le boîtier ne peut pas résister à une haute pression.

e) les matériaux à des températures très élevées ou très basses doivent circuler dans le tube pour réduire les pertes de chaleur.Bien entendu, pour un meilleur refroidissement, vous pouvez également autoriser le déplacement du matériau à haute température.

f) la vapeur passe généralement par le côté coque, car il est pratique d'évacuer le condensat, la vapeur est plus propre et son coefficient de transfert de chaleur par convection a peu de relation avec le débit.

g) le fluide visqueux s'écoule généralement du côté de la coque, car la section transversale et la direction d'écoulement du canal changent constamment lorsque le fluide s'écoule du côté de la coque avec des déflecteurs, et l'écoulement de pointe peut être obtenu au faible nombre Re ( Re>100), ce qui est bénéfique pour améliorer le coefficient de transfert de chaleur par convection du fluide à l'extérieur du tube.Les points ci-dessus ne peuvent pas être satisfaits en même temps, et parfois contradictoires, ils doivent se baser sur des circonstances spécifiques, en saisir les principaux aspects et prendre les décisions appropriées.