Prefacio: Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos son actualmente el tipo de equipo de intercambio de calor más utilizado. En comparación con otros intercambiadores de calor de pared, el área de transferencia de calor proporcionada por los equipos de volumen unitario es mucho mayor y el efecto de transferencia de calor también es mejor. Debido a la estructura compacta y robusta del equipo, así como a la capacidad de utilizar múltiples materiales para la fabricación, tiene una gran adaptabilidad y se usa ampliamente en dispositivos grandes como alta temperatura y alta presión.

1. Introducción a los intercambiadores de calor tubulares

Durante muchos años, entre las diversas fallas del intercambiador de calor del suministro de agua en la fábrica, la proporción de fugas en las tuberías es la más alta. La presión del lado del agua del intercambiador de calor regenerativo 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. El agua puede regresar a la turbina a lo largo de la tubería de extracción, provocando accidentes como deformación del cilindro de la turbina, cambios en la diferencia de expansión, vibración de la unidad e incluso rotura de las palas.

Este tipo de accidente causado por fugas en el intercambiador de calor se ha producido varias veces en la fábrica, lo que ha provocado el apagado de todo el dispositivo y la entrada de agua a la turbina. Por lo tanto, es muy importante analizar las causas de las fugas en el intercambiador de calor y encontrar contramedidas para minimizar las fugas tanto como sea posible.


2. Análisis de la causa 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 puerto.

1. Razones de la fuga en el puerto de la tubería

1.1 Estrés térmico excesivo

Durante el funcionamiento de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos, debido a las diferentes temperaturas de los fluidos fríos y calientes, existen diferencias en las temperaturas de las paredes de carcasa y tubos. Esta diferencia da como resultado una expansión térmica diferente entre la carcasa y el tubo. Cuando la diferencia de temperatura entre los dos es grande, el tubo puede torcerse o estirarse del tablero de flores, o incluso todo el intercambiador de calor puede dañarse. En este sentido, es necesario considerar estructuralmente el impacto 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, causando un estrés térmico significativo en las tuberías y placas de tubos del calentador de alta presión, causando daños a las soldaduras o juntas de expansión entre las tuberías y placas de tubos, y provocando fugas en los puertos. Cuando la carga cambia demasiado rápido durante la reducción de picos y el motor principal o el intercambiador de calor falla y repentinamente apaga el intercambiador de calor, si el lado de vapor deja de suministrar vapor demasiado rápido, o si el lado de vapor deja de suministrar vapor, el lado de agua aún continúa ingresa al agua de alimentación. Debido a la pared delgada de la tubería, la contracción rápida, la placa de tubo gruesa y la contracción lenta, a menudo daña la soldadura o la junta de expansión entre la tubería y la placa de tubo. Es por eso que la tasa de caída de temperatura permitida especificada es de solo 1,7 ℃/min -2,0 ℃/min, que es más estricta que la tasa de aumento de temperatura permitida de 2 ℃/min -5 ℃/min.


1.2 Deformación de la placa del tubo

La deformación principal es la deformación del procesamiento de la placa del tubo y la deformación generada durante el procesamiento. El tubo está conectado a la placa del tubo y la deformación de la placa del tubo puede provocar fugas en el extremo del tubo.

La presión y temperatura del lado del agua de la placa del tubo calentador de alta presión son altas, mientras que la presión y temperatura del lado del vapor son bajas, especialmente para aquellos con secciones de enfriamiento de drenaje incorporadas, la diferencia de temperatura es aún mayor.

Si el espesor de la placa del tubo no es suficiente, se producirá cierta deformación en la placa del tubo. El centro de la placa del tubo se hinchará hacia el lado del vapor con baja presión y alta temperatura. En el lado del agua, la placa tubular presenta una depresión central.

Cuando cambia la carga del motor principal, la presión y la temperatura en el lado del vapor cambian en consecuencia. Especialmente cuando la amplitud máxima de afeitado es grande, la velocidad máxima de afeitado es demasiado rápida o la carga cambia repentinamente, bajo la condición de usar una bomba de alimentación de velocidad constante, la presión del lado del agua también sufrirá cambios significativos e incluso puede exceder la nominal. Presión del agua de alimentación del calentador de alta presión: estos cambios pueden provocar la deformación de la placa de la tubería, lo que provoca fugas en el puerto de la tubería o una deformación permanente de la placa de la tubería.

Si hay una fuga interna en la válvula de entrada del calentador de alta presión, detener el calentador de alta presión durante el funcionamiento del motor principal hará que el lado de agua del calentador de alta presión se caliente y presurice a un volumen constante. Si no hay una válvula de seguridad en el lado del agua o si la válvula de seguridad falla, la presión puede aumentar mucho y la placa de la tubería puede deformarse.


1.3 Proceso de taponamiento inadecuado

La soldadura de tapón cónico se utiliza comúnmente para tapar tuberías. Utilice una fuerza moderada al insertar el tapón cónico; Si la fuerza del martilleo es demasiado fuerte, puede provocar la deformación del orificio de la tubería, afectar la conexión entre las tuberías adyacentes y la placa de la tubería y causar daños, lo que provocará nuevas fugas. Durante el proceso de soldadura, el precalentamiento, la posición y el tamaño de la soldadura inadecuados pueden causar daños a las conexiones adyacentes del tubo a la placa del tubo. El uso de otros métodos de obturación, como la expansión y la explosión, también puede provocar fugas en las aberturas de tuberías adyacentes si el proceso no es adecuado. Por lo tanto, se deben seguir técnicas estrictas de taponamiento.

2. Razones de la fuga de la propia tubería.

2.1 Erosión y erosión

Una razón es que cuando el caudal de vapor es alto y hay grandes gotas de agua en el flujo de vapor, la pared exterior de la tubería es arrastrada por el flujo bifásico de vapor y agua, volviéndose más delgada. causando perforación o estallido debido a la presión del agua de alimentación. Las razones principales para la generación de un flujo bifásico de agua y vapor dentro del intercambiador de calor son: en primer lugar, el vapor dentro de la sección de enfriamiento de vapor sobrecalentado y su salida no pueden cumplir con los requisitos de diseño debido al sobrecalentamiento; La segunda razón es que el nivel del agua de drenaje del intercambiador de calor permanece demasiado bajo o no hay nivel de agua, la temperatura de drenaje es mucho más alta que el valor de diseño, la resistencia del flujo de drenaje es grande o la presión de extracción disminuye repentinamente, lo que causa el drenaje para flashear. Cuando el drenaje ingresa a la siguiente etapa del intercambiador de calor, transporta vapor, que lava los tubos del intercambiador de calor y causa daños; En tercer lugar, cuando una determinada tubería en el calentador de alta presión se daña o tiene una fuga, el suministro de agua a alta presión saldrá a gran velocidad desde el punto de la fuga, lo que provocará que la tubería o partición adyacente se lave y dañe. Otra razón es el impacto directo del vapor o materiales hidrofóbicos. Debido al material irrazonable y al método de fijación de la placa antiimpacto. Roto o desprendido durante la operación, perdiendo su función de protección antierosión; El área de la placa antiimpacto no es lo suficientemente grande y las gotas de agua se mueven con un flujo de aire a alta velocidad, golpeando el haz de tubos fuera de la placa antiimpacto; La distancia entre la carcasa y el haz de tubos es demasiado pequeña, lo que da como resultado una alta velocidad del flujo de vapor en la entrada.

2.2 Vibración de la tubería

Cuando la temperatura del agua de alimentación es demasiado baja o la unidad está sobrecargada, y el caudal de vapor y el caudal entre los tubos del intercambiador de calor exceden en gran medida el valor de diseño, el haz de tubos elásticos vibrará bajo la acción del fluido. fuerza perturbadora en el lado de la carcasa. Cuando la frecuencia de la fuerza de excitación coincide con la frecuencia de vibración natural del haz de tubos o su múltiplo, causará resonancia en el haz de tubos, lo que aumentará considerablemente la amplitud. La unión entre el tubo y la placa de tubos está sujeta a fuerzas repetidas, lo que resulta en daños al haz de tubos. El mecanismo de daño por vibración al haz de tubos generalmente incluye:

① Debido a la vibración, la tensión en la conexión entre el tubo o el tubo y la placa del tubo excede el límite de resistencia a la fatiga del material, lo que resulta en la fractura por fatiga del tubo;

② El tubo vibratorio roza contra el metal en el orificio del tubo que sostiene la partición, lo que hace que la pared del tubo se vuelva más delgada y, en última instancia, provoque una fractura;

③ Cuando la amplitud de la vibración es grande, las tuberías adyacentes en el medio del tramo rozarán entre sí, provocando desgaste de la tubería o fractura por fatiga.


2.3 Erosión en el extremo de entrada de la tubería de suministro de agua.

El daño por erosión en el extremo de la tubería de entrada sólo ocurre en los intercambiadores de calor de acero al carbono, que es un proceso combinado de erosión y corrosión. Su 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 suministro de agua de alta turbulencia, lo que resulta en una pérdida continua de materiales metálicos. Al final, provocó daños en la tubería. A veces, la superficie dañada puede expandirse hasta la soldadura del extremo de la tubería o incluso la placa de la tubería: el valor de pH del agua de alimentación es bajo (menos de 9,6) y el contenido de oxígeno es alto (más de 7 μ Cuando g/L), la temperatura es Si la temperatura es baja (menos de 260 ℃) y la turbulencia es alta, es probable que se produzca erosión.