Qu'est-ce qui cause les fuites dans l'échangeur de chaleur à coque et à tube ?

La pression du côté eau de l'échangeur de chaleur récupérateur de surface est supérieure à la pression du côté vapeur. Une fois que le système de tuyauterie fuit, l'eau d'alimentation se précipite dans la coque, ce qui fait que le côté vapeur est plein d'eau. L'eau peut être renvoyée dans la turbine à vapeur le long du tuyau d'extraction de vapeur, provoquant une déformation du cylindre de la turbine à vapeur, des modifications de la dilatation différentielle, des vibrations de l'unité et même une rupture d'aube et d'autres accidents.

Ce genre d'accidents causés par la fuite de l'échangeur de chaleur a provoqué l'arrêt de l'ensemble des équipements et l'entrée d'eau de la turbine à vapeur s'est produite à plusieurs reprises dans l'usine. Par conséquent, il est très important d'analyser la cause des fuites de l'échangeur de chaleur et de trouver des contre-mesures pour réduire autant que possible les fuites.

Analyse des causes de fuite

La fuite du système de tuyauterie interne de l'échangeur de chaleur à tubes est principalement divisée en fuite du tube lui-même et en fuite de l'orifice.

1 Causes de fuite du port du tube

1.1 Contrainte thermique excessive

Lorsque l'échangeur de chaleur à calandre est en fonctionnement, du fait des températures différentes des fluides froid et chaud, les températures de la calandre et de la paroi du tube sont différentes l'une de l'autre. Cette différence fait que la dilatation thermique de la coque et du tube est différente. Lorsque la différence de température entre les deux est importante, le tube peut être tordu, ou le tube peut être détaché de la plaque de fleur, ou même détruire tout l'échangeur de chaleur. À cet égard, il est nécessaire de considérer l'influence de la dilatation thermique sur le plan structurel et d'adopter diverses méthodes de compensation.

Pendant le processus de démarrage et d'arrêt de l'échangeur de chaleur, le taux de montée en température et le taux de chute de température dépassent les réglementations, de sorte que les tubes et les plaques tubulaires à haute pression sont soumis à une plus grande contrainte thermique, et les soudures ou les joints de dilatation reliant le les tubes et les plaques tubulaires sont endommagés. Provoquer une fuite de port : lorsque la charge change trop rapidement pendant la régulation de pointe ou que le moteur principal ou l'échangeur de chaleur tombe en panne et que l'échangeur de chaleur est soudainement arrêté, si le côté vapeur arrête l'alimentation en vapeur trop rapidement, ou après que le côté vapeur arrête l'alimentation en vapeur, le le côté eau continue d'entrer dans l'alimentation en eau, car la paroi du tube est mince et se rétracte rapidement, et la plaque tubulaire est épaisse et se rétracte lentement, ce qui endommage souvent la soudure ou le joint de dilatation entre le tube et la plaque tubulaire. C'est pourquoi le taux de chute de température autorisé n'est que de 1,7 degré/min-2.0 degré/min, ce qui est plus strict que le taux d'augmentation de température autorisé de 2 degrés/min-5 degré/ min.

1.2 Déformation de la plaque tubulaire

Il s'agit principalement de la déformation de traitement de la plaque tubulaire et de la déformation générée lors du traitement. Le tube est relié à la plaque tubulaire et la déformation de la plaque tubulaire provoquera une fuite au niveau de l'orifice du tube.

Le côté eau de la plaque tubulaire haute a une haute pression et une basse température, tandis que le côté vapeur a une basse pression et une haute température, surtout s'il y a une section de refroidissement hydrophobe intégrée, la différence de température est encore plus grande.

Si l'épaisseur de la plaque tubulaire n'est pas suffisante, la plaque tubulaire aura une certaine déformation. Le centre de la plaque tubulaire se gonflera vers le côté vapeur avec une basse pression et une température élevée. Côté eau, la plaque tubulaire est enfoncée au centre.

Lorsque la charge du moteur principal change, la pression et la température du côté d'ajout de vapeur changent en conséquence. Surtout lorsque la plage de rasage de pointe est grande, la vitesse de rasage de pointe est trop rapide ou la charge change soudainement, sous la condition d'utiliser une pompe à eau d'alimentation à vitesse constante, la pression côté eau changera également considérablement et peut même dépasser la pression nominale d'eau d'alimentation élevée : ces changements La déformation de la plaque tubulaire peut entraîner des fuites aux extrémités des tubes ou une déformation permanente de la plaque tubulaire.

Si la soupape d'admission du réservoir de carburant élevé fuit à l'intérieur, après l'arrêt du réservoir de haute puissance pendant le fonctionnement du moteur principal, le côté eau du réservoir de carburant élevé sera chauffé et la pression augmentera à un volume constant. 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

Généralement, les bouchons coniques sont couramment utilisés pour souder les tuyaux de bouchage. Lors de l'enfoncement du bouchon conique, la force doit être modérée ; si la force de martelage est trop importante, le trou du tube sera déformé, affectant la connexion entre le tube adjacent et la plaque tubulaire, ce qui causera des dommages et provoquera de nouvelles fuites. Pendant le processus de soudage, si le préchauffage, la position et la taille du cordon de soudure ne conviennent pas, cela endommagera la connexion entre le tube adjacent et la plaque tubulaire. En utilisant d'autres méthodes de bouchage, telles que le bouchage du tube d'expansion, le bouchage par explosion, etc., si le processus est incorrect, cela entraînera également une fuite près de la buse. Par conséquent, un processus de colmatage strict doit être suivi.

2 La raison de la fuite du tuyau lui-même

2.1 Affouillement et érosion

Une des raisons est que lorsque la vitesse d'écoulement de la vapeur est élevée et que le flux de vapeur contient de grosses gouttelettes d'eau, la paroi extérieure du tuyau est lavée par le flux diphasique de vapeur et d'eau, s'amincit, se perfore ou éclate sous la pression de l'approvisionnement en eau. Les principales raisons de l'écoulement diphasique vapeur-eau à l'intérieur de l'échangeur de chaleur sont les suivantes : premièrement, la vapeur surchauffée dans la section de refroidissement de la vapeur surchauffée et sa sortie ne répondent pas aux exigences de conception ; deuxièmement, le niveau d'eau de vidange de l'échangeur de chaleur est maintenu trop bas ou il n'y a pas de niveau d'eau Ou la température hydrophobe est beaucoup plus élevée que la valeur de conception ou la résistance à l'écoulement hydrophobe est grande ou la pression d'extraction chute soudainement et d'autres facteurs rendent l'hydrophobe le flash s'évapore et lorsque l'hydrophobe pénètre dans l'échangeur de chaleur de l'étage suivant, il y aura de la vapeur qui lavera le tube de l'échangeur de chaleur et causera des dommages ; 3. C'est que lorsqu'un tuyau dans le tube à haute pression est endommagé et fuit, l'eau d'alimentation à haute pression sort de la fuite à grande vitesse, ce qui emporte les tuyaux ou les cloisons adjacents. Une autre cause est l'impact direct de la vapeur ou de l'hydrophobicité. En raison du matériau et de la méthode de fixation déraisonnables de la plaque anti-choc. Il se casse ou tombe pendant le fonctionnement et perd l'effet de protection anti-affouillement ; la surface de la plaque anti-affouillement n'est pas assez grande et les gouttelettes d'eau se déplacent avec le flux d'air à grande vitesse, frappant le faisceau de tubes à l'extérieur de la plaque anti-affouillement ; la distance entre la coque et le faisceau de tubes est trop petite, de sorte que le débit de vapeur à l'entrée La vitesse est très élevée.

La fissuration par corrosion sous contrainte fait référence à la fissuration de métaux ou d'alliages causée par l'action conjointe d'une contrainte de traction et de milieux corrosifs spécifiques. Il se caractérise par le fait que la majeure partie de la surface n'est pas endommagée, seule une partie des fines fissures pénètrent dans le métal ou l'alliage. La fissuration par corrosion sous contrainte peut se produire dans la plage de contraintes de conception couramment utilisée, de sorte que les conséquences sont graves. Les facteurs importants à l'origine de 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 tubes

Lorsque la température de l'eau d'alimentation est trop basse ou que l'unité est surchargée, lorsque le débit de vapeur et la vitesse entre les tubes de l'échangeur de chaleur dépassent la valeur de conception, le faisceau de tubes avec une certaine élasticité vibrera sous l'action de la force de perturbation du fluide sur le côté coque. Lorsque la force d'excitation Lorsque la fréquence du faisceau de tubes coïncide avec la fréquence de vibration naturelle du faisceau de tubes ou son multiple, cela fera résonner le faisceau de tubes et augmentera considérablement l'amplitude, ce qui entraînera une force répétée sur la connexion entre le tube et la plaque tubulaire, causant des dommages au faisceau tubulaire. Le mécanisme des dommages causés par les vibrations des faisceaux de tubes comprend généralement :

①En raison des vibrations, la contrainte du tuyau ou du joint entre le tuyau et la plaque tubulaire dépasse la limite d'endurance à la fatigue du matériau, provoquant la rupture du tuyau en raison de la fatigue ;

②Le tube vibrant frotte contre le métal du clin dans le trou du tube supportant le clin, ce qui amincit la paroi du tube et provoque finalement une rupture ;

③ Lorsque l'amplitude de vibration est importante, les tuyaux adjacents au milieu de la travée se frottent les uns contre les autres, provoquant l'usure ou la fatigue des tuyaux.

2.3 Corrosion à l'extrémité d'entrée de l'eau d'alimentation du tuyau

Les dommages dus à l'érosion à l'extrémité du tuyau d'admission ne se produisent que dans les échangeurs de chaleur en acier au carbone. Il s'agit d'un processus d'endommagement causé par l'action conjointe de l'érosion et de la corrosion : le mécanisme est que le film d'oxyde formé à la surface du métal de la paroi du tuyau est détruit et emporté par l'eau d'alimentation hautement turbulente. , Le matériau métallique est continuellement perdu. Éventuellement conduire à la rupture du tuyau. Parfois, la surface endommagée peut s'étendre à la soudure d'extrémité du tuyau ou même à la plaque tubulaire : lorsque le pH de l'eau d'alimentation est faible (inférieur à 9,6), la teneur en oxygène est élevée (supérieure à 7 ug/L), la température est faible (moins de 260 degrés) et le degré de turbulence est important, sujet à l'érosion.

2.4 Corrosion

Lorsque le matériau du tube de l'échangeur de chaleur basse pression est en cuivre, le tube en cuivre basse pression doit souvent être remplacé en raison d'une fuite importante. Lorsque la valeur du pH est de 8,5 à 8,8, le taux de corrosion du cuivre est le plus bas. L'acier au carbone nécessite une valeur de pH d'au moins 9,5. Le pH de l'eau d'alimentation de la chaudière était trop élevé, provoquant la corrosion des tuyaux en cuivre. Les principaux facteurs affectant la corrosion des faisceaux de tuyaux en acier au carbone sont : la teneur en oxygène et le pH de l'eau d'alimentation : lorsque l'oxygène dissous dans l'eau d'alimentation est trop élevé ou que le pH est trop bas, la paroi interne du tuyau à haute pression sera corrodé, de sorte que la concentration d'oxygène dissous dans l'eau d'alimentation ne doit pas dépasser 7pg/L, et la valeur du pH a été maintenue entre 9,3 et 9,6. Si de l'oxygène existe du côté calandre, cela provoquera une corrosion par l'oxygène sur la paroi extérieure du faisceau de tubes. Dépôts de cuivre : peuvent provoquer une corrosion par piqûres, formant des piqûres. La température affecte la formation du film d'oxyde Fe3O4 à la surface de l'acier au carbone : on pense généralement que le film d'oxyde Fe3O4 est relativement stable lorsqu'il est supérieur à 260 degrés. 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 la valeur du pH est supérieure à 9,6, il est sûr.

2.5 Mauvais matériel et fabrication

Le matériau du tube est médiocre, l'épaisseur de la paroi du tube est inégale, le tube est défectueux avant l'assemblage, la pièce d'expansion est trop dilatée et il y a des marques de dommages de traction à l'extérieur du tube. Lorsque l'échangeur de chaleur rencontre des conditions de travail anormales, cela causera beaucoup de dommages au tube.

3. Contre-mesures

1 Mesures de traitement en cas de fuite

Lorsqu'une fuite se produit, la pression de l'eau d'alimentation est réduite et la quantité d'eau d'alimentation envoyée à la chaudière est réduite. Par conséquent, lorsqu'une fuite du système de tuyauterie de l'échangeur de chaleur est détectée, l'échangeur de chaleur doit être arrêté immédiatement pour réduire le nombre de tuyaux endommagés et réduire le degré de dommage. Lorsque l'unité est hors service, vous devez vérifier s'il y a une fuite dans le générateur haute pression et trouver un moyen de l'éliminer.

Pour les fuites d'orifice, le métal de soudure d'origine doit être gratté avant le soudage de réparation, et un traitement thermique approprié doit être effectué pour éliminer les contraintes thermiques : pour la fuite du tuyau lui-même, la forme et l'emplacement de la fuite du faisceau de tuyaux doivent être vérifié en premier, et un processus de bouchage de tuyau approprié doit être sélectionné, bouchez les deux orifices du tube. Quel que soit le type de processus de bouchage utilisé, afin d'assurer la qualité du tuyau bouché, l'extrémité du tuyau bouché doit être bien traitée, de sorte que la plaque tubulaire et le trou du tube soient ronds et propres, et aient un bon contact surface avec le bouchon. En cas de fissures ou d'érosion au niveau de la connexion entre le tube et la plaque tubulaire, le matériau du tube d'origine et le métal de soudure à l'extrémité doivent être retirés afin que le bouchon soit en contact étroit avec la plaque tubulaire.

2 Précautions

2.1 Précautions contre les fuites dans les ports

Dans la fabrication des échangeurs de chaleur, il doit y avoir des plaques tubulaires d'une épaisseur suffisante, un bon traitement des trous de tube, un soudage de surfaçage, des joints de dilatation de tube et des procédés de soudage. En termes de fonctionnement, le taux de montée en température et le taux de chute de température de l'échangeur de chaleur ne doivent pas dépasser les réglementations, il doit y avoir une soupape de sécurité côté eau pour éviter la surpression, et il doit y avoir un processus de bouchage correct pour l'entretien.

2.2 Mesures de prévention des fuites du tuyau lui-même

(1) Mesures préventives contre l'érosion

Limiter le débit vapeur ou hydrophobe côté calandre et éviter le flashing dans la partie refroidissement ; la vapeur à la sortie de la section de refroidissement à la vapeur doit avoir une surchauffe résiduelle suffisante ; la plaque anti-récurage doit être solidement fixée, la surface est suffisante et le matériau est bon; le niveau d'eau côté coquille est maintenu normal. Le fonctionnement avec un niveau d'eau bas ou sans niveau d'eau est interdit.

(2) Mesures préventives pour les vibrations des tuyaux

Installez une porte de sécurité côté vapeur du côté haute vapeur ; limiter le débit de vapeur ou d'eau côté virole ; la distance entre les tubes doit être suffisamment grande, ce qui réduit d'une part le débit côté virole, et d'autre part réduit la possibilité que les tubes entrent en collision et soient endommagés par frottement : Limitation La longueur de la section libre du faisceau de tubes.

(3) Mesures de prévention de l'érosion à l'extrémité d'entrée d'eau du tuyau

La vitesse d'écoulement du fluide côté tube ou côté tube affecte non seulement la valeur du coefficient de transfert de chaleur par convection, mais affecte également la résistance thermique de la saleté, affectant ainsi la taille du coefficient de transfert de chaleur total. Surtout pour les fluides contenant des sédiments et d'autres particules faciles à déposer, le débit est trop faible et peut même provoquer un colmatage des canalisations, ce qui nuit gravement à l'utilisation des équipements. Cependant, l'augmentation du débit augmentera considérablement la perte de charge. Par conséquent, il est très important de choisir un débit approprié. Limitez le débit d'eau d'alimentation, arrêtez d'utiliser une rangée d'échangeurs de chaleur ou bloquez un grand nombre d'échangeurs de chaleur, le débit dans le tuyau augmentera considérablement, à ce moment, une partie de l'eau d'alimentation doit entrer dans la chaudière par le by-pass ou réduire la charge de l'unité ; contrôler la teneur en oxygène de l'eau d'alimentation pour qu'elle soit petite de 7 ug/L, contrôler la valeur du pH de l'eau d'alimentation à 9.2-9.6.

(4) Mesures de prévention de la corrosion

Soulagement des contraintes, les contraintes peuvent avoir diverses sources, telles que les contraintes appliquées, les contraintes résiduelles, les contraintes de soudage et les contraintes générées par les produits de corrosion. Lors de la sélection des matériaux, faites de l'unité un système sans cuivre, ce qui est bénéfique pour l'anti-corrosion de l'ensemble de l'unité et le contrôle de la qualité des cristaux de vapeur ; Pour disposer d'un système complet de purge d'air, il est généralement recommandé de ne pas utiliser une connexion en série pas à pas pour les connexions de canalisation. Empêcher les gaz non condensables de s'accumuler dans l'échangeur de chaleur à basse pression ; assurer le fonctionnement normal du système de purge d'air. Lors du démarrage, le côté eau et le côté vapeur doivent être purgés d'air et la qualité de l'alimentation en eau doit être qualifiée ; de bonnes mesures anti-corrosion doivent être prises à la sortie de l'usine, pour éviter la corrosion pendant le stockage et le transport. Pour les échangeurs de chaleur à tubes en acier au carbone, des méthodes anti-corrosion remplies d'azote sont généralement utilisées à la fois pour le côté vapeur et le côté eau ; , des mesures anti-corrosion de remplissage à la vapeur ou à l'azote, et ajuster correctement la valeur du pH de l'eau désoxygénée côté eau pour jouer un rôle protecteur.

(5) Mesures préventives pour les fuites de tuyaux causées par des matériaux et une fabrication de mauvaise qualité

La paroi du tuyau doit être d'au moins 2,0 mm au-dessus pour améliorer la résistance à l'érosion. Chaque tube doit être testé pour la détection des défauts et le test hydrostatique avant l'assemblage ; le faisceau de tubes doit être traité thermiquement et exempt de défauts visuels ; le trou de tube de la plaque tubulaire doit conserver une certaine rugosité, tolérance et concentricité, et le chanfrein ou l'arrondi du trou de tube doit être lisse et exempt de défauts. problème.

(6) Bouchage préventif

Effectuer un blocage préventif. Il est recommandé d'ouvrir un trou de dérivation d'une certaine taille sur la plaque tubulaire tout en bloquant certains tubes pour réduire le débit d'eau d'alimentation et réduire la corrosion. Cette méthode a été adoptée dans de nombreuses centrales électriques au pays et à l'étranger, et il a été prouvé qu'elle peut prolonger correctement la durée de vie de l'échangeur de chaleur et réduire le nombre de fuites .

(7) Sélection du processus

Dans l'échangeur de chaleur, quel type de fluide s'écoule du côté tube et quel type s'écoule du côté calandre, les points suivants peuvent être considérés comme des principes généraux de sélection :

a) Les matériaux qui ne sont pas propres ou faciles à décomposer et à tartrer doivent s'écouler du côté facile à nettoyer. Pour les faisceaux de tubes droits, les matériaux mentionnés ci-dessus doivent généralement être acheminés à l'intérieur des tubes, mais lorsque les faisceaux de tubes peuvent être retirés pour le nettoyage, ils peuvent également être acheminés à l'extérieur des tubes.

b) Le fluide qui doit augmenter le débit pour augmenter son coefficient de transfert de chaleur convectif doit aller dans le tube, car la section transversale à l'intérieur du tube est généralement plus petite que la section transversale entre les tubes, et il est facile d'utiliser plusieurs passages de tube pour augmenter le débit.

c) Les matériaux corrosifs doivent pénétrer à l'intérieur du tuyau, de sorte que la coque 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) Le matériau à haute pression va à l'intérieur du tuyau, de sorte que la coque ne peut pas supporter la haute pression.

e) Les matériaux à haute ou basse température doivent être acheminés dans le tuyau pour réduire la perte de chaleur. Bien sûr, pour une meilleure dissipation de la chaleur, des matériaux à haute température peuvent également être autorisés à traverser la coque.

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

g) Les fluides à haute viscosité s'écoulent généralement à travers l'espace côté coque, car lorsqu'ils s'écoulent du côté coque avec chicanes, la section transversale et la direction d'écoulement du canal d'écoulement changent constamment, ce qui peut être fait à de faibles nombres Re (Re supérieur à 100) L'obtention d'un débit d'appoint est propice à l'amélioration du coefficient de transfert thermique convectif du fluide à l'extérieur du tube.

Les points ci-dessus ne peuvent pas être satisfaits en même temps, et parfois ils sont contradictoires, nous devons donc saisir les principaux aspects et prendre les décisions appropriées en fonction de la situation spécifique.