Was verursacht Lecks in Rohrbündelwärmetauschern?

Der Druck auf der Wasserseite des Rekuperator-Wärmetauschers vom Oberflächentyp ist größer als der Druck auf der Dampfseite. Sobald das Rohrleitungssystem undicht ist, strömt das Speisewasser in den Mantel, wodurch die Dampfseite mit Wasser gefüllt wird. Entlang des Dampfentnahmerohrs kann Wasser zurück in die Dampfturbine gegossen werden, was eine Verformung des Dampfturbinenzylinders, Änderungen in der Differenzialausdehnung, Vibration der Einheit und sogar Schaufelbruch und andere Unfälle verursachen kann.

Diese Art von Unfällen, die durch das Lecken des Wärmetauschers verursacht wurden, verursachten das Abschalten der gesamten Ausrüstung und das Eindringen von Wasser in die Dampfturbine kam in der Fabrik viele Male vor. Daher ist es sehr wichtig, die Ursache einer Wärmetauscherleckage zu analysieren und Gegenmaßnahmen zu finden, um die Leckage so weit wie möglich zu reduzieren.

Leckursachenanalyse

Die Leckage des internen Leitungssystems des Röhrenwärmetauschers wird hauptsächlich in die Leckage des Rohrs selbst und die Leckage des Anschlusses unterteilt.

1 Ursachen für Undichtigkeiten am Schlauchanschluss

1.1 Übermäßige thermische Belastung

Im Betrieb des Rohrbündelwärmetauschers sind aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen des kalten und heißen Fluids die Temperaturen des Rohrbündels und der Rohrwand voneinander verschieden. Dieser Unterschied bewirkt, dass die Wärmeausdehnung des Mantels und des Rohrs unterschiedlich ist. Wenn der Temperaturunterschied zwischen den beiden groß ist, kann das Rohr verdreht werden oder das Rohr kann sich von der Blumenplatte lösen oder sogar den gesamten Wärmetauscher zerstören. Diesbezüglich ist es notwendig, den Einfluss der Wärmeausdehnung strukturell zu berücksichtigen und verschiedene Kompensationsmethoden anzuwenden.

Während des An- und Abfahrvorgangs des Wärmetauschers überschreiten die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit und die Temperaturabfallgeschwindigkeit die Vorschriften, so dass die Hochdruckrohre und -rohrböden einer höheren thermischen Belastung ausgesetzt werden und die Schweißnähte oder Kompensatoren die verbinden Rohre und Rohrböden sind beschädigt. Leckagen am Anschluss verursachen: wenn sich die Last während der Spitzenregelung zu schnell ändert oder der Hauptmotor oder Wärmetauscher ausfällt und der Wärmetauscher plötzlich abgeschaltet wird, wenn die Dampfseite die Dampfzufuhr zu schnell stoppt oder nachdem die Dampfseite die Dampfzufuhr stoppt, die Die Wasserseite tritt weiterhin in die Wasserversorgung ein, da die Rohrwand dünn ist und schnell schrumpft, und der Rohrboden dick ist und langsam schrumpft, was häufig zu Schäden an der Schweißnaht oder Dehnungsfuge zwischen Rohr und Rohrboden führt. Aus diesem Grund beträgt die zulässige Temperaturabfallrate nur 1,7 Grad/min-2.0 Grad/min, was strenger ist als die zulässige Temperaturanstiegsrate von 2 Grad/min-5 Grad/ Mindest.

1.2 Verformung des Rohrbodens

Es ist hauptsächlich die Verarbeitungsverformung des Rohrbodens und die während der Verarbeitung erzeugte Verformung. Das Rohr ist mit dem Rohrboden verbunden, und die Verformung des Rohrbodens verursacht eine Leckage an der Öffnung des Rohrs.

Die Wasserseite des hohen Rohrbodens hat hohen Druck und niedrige Temperatur, während die Dampfseite niedrigen Druck und hohe Temperatur hat, insbesondere wenn eine eingebaute hydrophobe Kühlstrecke vorhanden ist, ist der Temperaturunterschied noch größer.

Wenn die Dicke des Rohrbodens nicht ausreicht, weist der Rohrboden eine gewisse Verformung auf. Die Mitte des Rohrbodens wölbt sich bei niedrigem Druck und hoher Temperatur zur Dampfseite hin. Auf der Wasserseite ist der Rohrboden mittig eingelassen.

Wenn sich die Last der Hauptmaschine ändert, ändern sich Druck und Temperatur der Dampfbeigabeseite entsprechend. Insbesondere wenn der Peak-Shaving-Bereich groß ist, die Peak-Shaving-Geschwindigkeit zu schnell ist oder sich die Last plötzlich ändert, ändert sich unter der Bedingung, dass eine Speisewasserpumpe mit konstanter Geschwindigkeit verwendet wird, auch der wasserseitige Druck stark und kann sogar den Nenndruck überschreiten hohes Speisewasser: diese Veränderungen Durch Verziehen des Rohrbodens kann es zu Undichtigkeiten an den Rohrenden oder bleibenden Verformungen des Rohrbodens kommen.

Wenn das Einlassventil des Hochdrucktanks intern leckt, wird nach dem Abschalten des Hochleistungstanks während des Betriebs der Hauptmaschine die Wasserseite des Hochdrucktanks erwärmt und der Druck bei einem konstanten Volumen erhöht. Wenn auf der Wasserseite kein Sicherheitsventil vorhanden ist oder das Sicherheitsventil ausfällt, kann der Druck sehr hoch ansteigen und auch der Rohrboden verformen.

1.3 Unsachgemäßer Steckvorgang

Im Allgemeinen werden konische Stopfen zum Schweißen von Stopfenrohren verwendet. Beim Eintreiben in den konischen Stopfen sollte die Kraft mäßig sein; Wenn die Schlagkraft zu groß ist, wird das Rohrloch verformt, wodurch die Verbindung zwischen dem angrenzenden Rohr und dem Rohrboden beeinträchtigt wird, was zu Schäden und neuen Leckagen führt. Beim Schweißvorgang kommt es bei nicht geeigneter Vorwärmung, Schweißnahtlage und -größe zu Schäden an der Verbindung zwischen dem angrenzenden Rohr und dem Rohrboden. Die Verwendung anderer Verschlussmethoden, wie z. B. Expansionsrohrverschluss, Explosionsverschluss usw., führt bei unsachgemäßem Verfahren ebenfalls zu Undichtigkeiten in der Nähe der Düse. Daher sollte ein strenger Plugging-Prozess befolgt werden.

2 Der Grund für die Leckage des Rohrs selbst

2.1 Auswaschung und Erosion

Ein Grund dafür ist, dass bei hoher Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes und großen Wassertröpfchen im Dampfstrom die Außenwand des Rohres durch den Zweiphasenstrom aus Dampf und Wasser umspült wird, dünner wird, perforiert oder unter dem Druck platzt der Wasserversorgung. Die Hauptgründe für die Dampf-Wasser-Zweiphasenströmung innerhalb des Wärmetauschers sind: Erstens entspricht der überhitzte Dampf in der Kühlstrecke für überhitzten Dampf und seinem Auslass nicht den Auslegungsanforderungen; Zweitens wird der Ablaufwasserstand des Wärmetauschers zu niedrig gehalten oder es gibt keinen Wasserstand oder die hydrophobe Temperatur ist viel höher als der Auslegungswert oder der hydrophobe Strömungswiderstand ist groß oder der Extraktionsdruck fällt plötzlich ab und andere Faktoren machen hydrophob Flash-Verdampfung, und wenn das hydrophobe Mittel in den Wärmetauscher der nächsten Stufe eintritt, entsteht Dampf, der das Wärmetauscherrohr wäscht und Schäden verursacht; 3. Wenn ein Rohr im Hochdruckrohr beschädigt wird und leckt, strömt das Hochdruck-Speisewasser mit großer Geschwindigkeit aus dem Leck, wodurch die angrenzenden Rohre oder Trennwände weggespült werden. Eine weitere Ursache ist die direkte Einwirkung von Dampf oder Hydrophobie. Aufgrund des unangemessenen Materials und der Befestigungsmethode der Anti-Schock-Platte. Es bricht oder fällt während des Betriebs ab und verliert die Anti-Scheuerschutzwirkung; Die Fläche der Anti-Scheuerplatte ist nicht groß genug und die Wassertropfen bewegen sich mit dem Hochgeschwindigkeitsluftstrom und treffen auf das Rohrbündel außerhalb der Scheuerschutzplatte. der Abstand zwischen Mantel und Rohrbündel ist zu gering, so dass der Dampfstrom am Eintritt sehr hoch ist.

Spannungsrisskorrosion bezeichnet die Rissbildung von Metallen oder Legierungen, die durch die gemeinsame Einwirkung von Zugspannung und bestimmten korrosiven Medien verursacht wird. Es zeichnet sich dadurch aus, dass der größte Teil der Oberfläche nicht beschädigt wird, nur ein Teil feiner Risse durchdringt das Metall oder die Legierung. Spannungskorrosionsrisse können innerhalb des üblicherweise verwendeten Auslegungsspannungsbereichs auftreten, sodass die Folgen schwerwiegend sind. Die wichtigen Faktoren, die Spannungsrisskorrosion verursachen, sind Temperatur, Lösungszusammensetzung, Metall- oder Legierungszusammensetzung, Spannung und Metallstruktur.

2.2 Rohrvibration

Wenn die Speisewassertemperatur zu niedrig ist oder die Einheit überlastet ist, wenn der Dampfstrom und die Geschwindigkeit zwischen den Rohren des Wärmetauschers den Auslegungswert überschreiten, vibriert das Rohrbündel mit einer gewissen Elastizität unter der Wirkung der Fluidstörkraft auf den Schalenseite. Wenn die anregende Kraft Wenn die Frequenz des Rohrbündels mit der Eigenschwingungsfrequenz des Rohrbündels oder ihrem Vielfachen zusammenfällt, wird das Rohrbündel in Resonanz versetzt und die Amplitude stark erhöht, was zu einer wiederholten Kraft auf die Verbindung zwischen Rohr und führt des Rohrbodens, wodurch das Rohrbündel beschädigt wird. Der Mechanismus der Vibrationsschädigung von Rohrbündeln umfasst im Allgemeinen:

①Aufgrund von Vibrationen überschreitet die Belastung des Rohrs oder der Verbindung zwischen Rohr und Rohrboden die Ermüdungsfestigkeit des Materials, wodurch das Rohr aufgrund von Ermüdung bricht;

②Das vibrierende Rohr reibt gegen das Metall der Schindel in dem Rohrloch, das die Schindel trägt, wodurch die Rohrwand dünner wird und schließlich ein Reißen verursacht wird;

③ Wenn die Vibrationsamplitude groß ist, reiben die benachbarten Rohre in der Mitte der Spannweite aneinander, wodurch die Rohre verschleißen oder ermüden.

2.3 Korrosion am Speisewassereintrittsende der Leitung

Erosionsschäden am Einlassrohrende treten nur bei Wärmetauschern aus Kohlenstoffstahl auf. Es handelt sich um einen Schädigungsprozess, der durch das Zusammenwirken von Erosion und Korrosion verursacht wird: Der Mechanismus besteht darin, dass der auf der Oberfläche des Rohrwandmetalls gebildete Oxidfilm zerstört und durch das hochturbulente Speisewasser abgetragen wird. , Das Metallmaterial geht kontinuierlich verloren. Schließlich zum Bruch des Rohres führen. Manchmal kann sich die beschädigte Oberfläche bis zur Rohrendschweißung oder sogar zum Rohrboden ausdehnen: Wenn der pH-Wert des Speisewassers niedrig ist (unter 9,6), der Sauerstoffgehalt hoch ist (über 7ug/L), die Temperatur hoch ist niedrig (weniger als 260 Grad), und der Grad der Turbulenz ist groß, anfällig für Erosion.

2.4 Korrosion

Wenn das Rohrmaterial des Niederdruck-Wärmetauschers Kupfer ist, muss das Niederdruck-Kupferrohr oft aufgrund einer ernsthaften Leckage ersetzt werden. Bei einem pH-Wert von 8,5 bis 8,8 ist die Korrosionsrate von Kupfer am niedrigsten. Kohlenstoffstahl erfordert einen pH-Wert von mindestens 9,5. Der pH-Wert des Kesselspeisewassers war zu hoch, was zu Korrosion der Kupferrohre führte. Die Hauptfaktoren, die die Korrosion von Rohrbündeln aus Kohlenstoffstahl beeinflussen, sind: Sauerstoffgehalt und pH-Wert des Speisewassers: Wenn der gelöste Sauerstoff im Speisewasser zu hoch oder der pH-Wert zu niedrig ist, wird die Innenwand des Hochdruckrohrs beschädigt korrodiert, daher sollte die Konzentration an gelöstem Sauerstoff im Speisewasser 7 pg/L nicht überschreiten, und der pH-Wert wurde zwischen 9,3 und 9,6 gehalten. Wenn Sauerstoff auf der Mantelseite vorhanden ist, führt dies zu einer Sauerstoffkorrosion an der Außenwand des Rohrbündels. Kupferablagerungen: Kann Lochfraß verursachen und Löcher bilden. Die Temperatur beeinflusst die Bildung des Fe3O4-Oxidfilms auf der Oberfläche von Kohlenstoffstahl: Es wird allgemein angenommen, dass der Fe3O4-Oxidfilm relativ stabil ist, wenn er über 260 Grad liegt. Unterhalb dieser Temperatur hängt der Schutzgrad des Fe3O4-Oxidfilms vom pH-Wert des Speisewassers und anderen Umweltfaktoren ab. Wenn der pH-Wert größer als 9,6 ist, ist es sicher.

2.5 Schlechtes Material und schlechte Verarbeitung

Das Material des Schlauchs ist schlecht, die Dicke der Schlauchwand ist ungleichmäßig, der Schlauch ist vor der Montage defekt, das Dehnungsteil ist überdehnt und es gibt Zugschäden an der Außenseite des Schlauchs. Wenn der Wärmetauscher anormalen Arbeitsbedingungen ausgesetzt ist, wird das Rohr stark beschädigt.

3. Gegenmaßnahmen

1 Behandlungsmaßnahmen nach Auftreten einer Leckage

Wenn ein Leck auftritt, wird der Druck des Speisewassers reduziert und die Menge des zum Kessel geleiteten Speisewassers wird reduziert. Wenn daher ein Leck im Rohrsystem des Wärmetauschers festgestellt wird, sollte der Wärmetauscher sofort angehalten werden, um die Anzahl der beschädigten Rohre und den Grad der Beschädigung zu verringern. Wenn das Gerät außer Betrieb ist, sollten Sie prüfen, ob eine Leckage im Hochdruckerzeuger vorhanden ist, und eine Möglichkeit finden, diese zu beseitigen.

Bei Anschlussleckagen sollte das ursprüngliche Schweißgut vor dem Reparaturschweißen abgeschabt und eine entsprechende Wärmebehandlung durchgeführt werden, um thermische Spannungen zu beseitigen: Für die Leckage des Rohrs selbst sollten Form und Ort der Leckage des Rohrbündels sein zuerst überprüft und ein geeignetes Rohrverschlussverfahren ausgewählt werden sollte, verschließen Sie die beiden Anschlüsse des Rohrs. Unabhängig davon, welche Art von Stopfen verwendet wird, muss das Ende des blockierten Rohrs gut behandelt werden, damit die Rohrplatte und das Rohrloch rund und sauber sind und einen guten Kontakt haben, um die Qualität des verschlossenen Rohrs sicherzustellen Oberfläche mit Stecker. Bei Rissen oder Erosion an der Verbindung zwischen Rohr und Rohrboden muss das ursprüngliche Rohrmaterial und das Schweißgut am Ende entfernt werden, damit der Stopfen eng am Rohrboden anliegt.

2 Vorsichtsmaßnahmen

2.1 Vorsichtsmaßnahmen bei Anschlusslecks

Bei der Herstellung von Wärmetauschern sollte auf ausreichend dicke Rohrböden, gute Rohrlochbearbeitung, Auftragsschweißung, Rohrkompensatoren und Schweißverfahren geachtet werden. In Bezug auf den Betrieb sollten die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit und Temperaturabfallgeschwindigkeit des Wärmetauschers die Vorschriften nicht überschreiten, es muss ein Sicherheitsventil auf der Wasserseite vorhanden sein, um Überdruck zu vermeiden, und es muss ein korrekter Verschlussvorgang für die Wartung vorhanden sein.

2.2 Leckageverhinderungsmaßnahmen des Rohres selbst

(1) Vorbeugende Maßnahmen gegen Erosion

Begrenzen Sie die Dampf- oder hydrophobe Durchflussrate auf der Mantelseite und verhindern Sie ein Flashen in der Kühlstrecke; der Dampf am Ausgang der Dampfkühlstrecke muss eine ausreichende Restüberhitzung aufweisen; die Scheuerschutzplatte muss fest sitzen, die Fläche ausreichend und das Material gut sein; der Wasserstand auf der Schalenseite wird normal gehalten. Der Betrieb bei niedrigem Wasserstand oder ohne Wasserstand ist verboten.

(2) Vorbeugende Maßnahmen für Rohrvibrationen

Installieren Sie eine dampfseitige Sicherheitstür auf der Hochdampfseite; die Strömungsgeschwindigkeit von Dampf oder Wasser auf der Gehäuseseite begrenzen; der Abstand zwischen den Rohren sollte groß genug sein, was einerseits die mantelseitige Strömungsgeschwindigkeit reduziert und andererseits die Möglichkeit verringert, dass die Rohre miteinander kollidieren und durch Reibung beschädigt werden: Begrenzung Die Länge des freien Abschnitts des Rohrbündels.

(3) Erosionsschutzmaßnahmen am Wassereintrittsende des Rohrs

Die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids in der Rohrseite oder in der Rohrseite beeinflusst nicht nur den Wert des konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten, sondern auch den Wärmewiderstand des Schmutzes und damit die Größe des gesamten Wärmeübergangskoeffizienten. Insbesondere bei Flüssigkeiten, die Sedimente und andere leicht absetzbare Partikel enthalten, ist die Durchflussrate zu niedrig und kann sogar zu einer Verstopfung der Rohrleitung führen, was die Nutzung der Ausrüstung ernsthaft beeinträchtigt. Eine Erhöhung der Durchflussrate erhöht jedoch den Druckverlust erheblich. Daher ist es sehr wichtig, eine geeignete Durchflussrate zu wählen. Begrenzen Sie die Durchflussmenge des Speisewassers, verwenden Sie keine Reihe von Wärmetauschern oder blockieren Sie eine große Anzahl von Wärmetauschern. Die Durchflussmenge in der Leitung wird erheblich ansteigen. Zu diesem Zeitpunkt sollte ein Teil des Speisewassers durch den Bypass in den Kessel gelangen oder die Belastung des Geräts reduzieren; Kontrollieren Sie den Sauerstoffgehalt des Speisewassers auf kleine 7ug/L, kontrollieren Sie den pH-Wert des Speisewassers auf 9.2-9.6.

(4) Korrosionsschutzmaßnahmen

Spannungsabbau, Spannungen können verschiedene Quellen haben, wie z. B. angelegte Spannungen, Restspannungen, Schweißspannungen und Spannungen, die durch Korrosionsprodukte erzeugt werden. Machen Sie bei der Auswahl der Materialien die Einheit zu einem kupferfreien System, was dem Korrosionsschutz der gesamten Einheit und der Qualitätskontrolle von Dampfkristallen zugute kommt. Um ein vollständiges Entlüftungssystem zu haben, wird im Allgemeinen empfohlen, keine schrittweise Reihenschaltung für Rohrleitungsverbindungen zu verwenden. Verhindern Sie, dass sich nicht kondensierbares Gas im Wärmetauscher mit niedrigem Druck ansammelt; stellen Sie den normalen Betrieb des Entlüftungssystems sicher. Beim Anfahren sind Wasser- und Dampfseite zu entlüften und die Qualität der Wasserversorgung zu prüfen; Beim Verlassen des Werks müssen gute Korrosionsschutzmaßnahmen ergriffen werden, um Korrosion während der Lagerung und des Transports zu verhindern. Bei Rohrwärmetauschern aus Kohlenstoffstahl werden normalerweise stickstoffgefüllte Korrosionsschutzmethoden sowohl für die Dampfseite als auch für die Wasserseite verwendet; , Dampf- oder Stickstofffüllung Korrosionsschutzmaßnahmen und stellen den pH-Wert des sauerstofffreien Wassers auf der Wasserseite richtig ein, um eine schützende Rolle zu spielen.

(5) Vorbeugende Maßnahmen für Rohrleckagen, die durch schlechtes Material und schlechte Verarbeitung verursacht werden

Die Rohrwand sollte mindestens 2,0 mm hoch sein, um die Erosionsbeständigkeit zu verbessern. Jedes Rohr sollte vor dem Zusammenbau auf Fehlererkennung und hydrostatischen Test getestet werden; das Rohrbündel sollte wärmebehandelt und frei von optischen Mängeln sein; das Rohrloch der Rohrplatte sollte eine gewisse Rauhigkeit, Toleranz und Konzentrizität beibehalten, und die Fase oder Rundung des Rohrlochs sollte glatt und fehlerfrei sein. Panne.

(6) Vorbeugendes Verstopfen

Führen Sie eine vorbeugende Blockade durch. Es wird empfohlen, ein Bypass-Loch einer bestimmten Größe auf dem Rohrboden zu öffnen und gleichzeitig einige Rohre zu blockieren, um die Durchflussrate des Speisewassers und die Korrosion zu verringern. Diese Methode wurde in vielen Kraftwerken im In- und Ausland übernommen, und es wurde bewiesen, dass sie die Lebensdauer des Wärmetauschers angemessen verlängern und die Anzahl der Lecks verringern kann.

(7) Prozessauswahl

Bei Wärmetauschern, welche Art von Fluid durch die Rohrseite und welche durch die Mantelseite strömt, können die folgenden Punkte als allgemeine Prinzipien für die Auswahl betrachtet werden:

a) Unsaubere oder leicht zersetzbare Materialien und Zunder sollten durch die leicht zu reinigende Seite fließen. Bei geraden Rohrbündeln sollten die oben genannten Materialien generell innerhalb der Rohre geführt werden, aber wenn die Rohrbündel zur Reinigung entfernt werden können, können sie auch außerhalb der Rohre geführt werden.

b) Die Flüssigkeit, die die Durchflussrate erhöhen muss, um ihren konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten zu erhöhen, sollte in das Rohr gehen, da die Querschnittsfläche im Inneren des Rohrs normalerweise kleiner ist als die Querschnittsfläche zwischen den Rohren, und es ist einfach mehrere Rohrdurchgänge zu verwenden, um die Flussrate zu erhöhen.

c) Korrosive Materialien sollten in das Rohr gelangen, damit der Mantel aus gewöhnlichen Materialien hergestellt werden kann, nur das Rohr, der Rohrboden und der Kopf sollten aus korrosionsbeständigen Materialien bestehen.

d) Das Material mit hohem Druck geht in das Rohr, so dass die Schale den hohen Druck nicht aushalten kann.

e) Materialien mit hoher oder niedriger Temperatur sollten im Rohr verlegt werden, um den Wärmeverlust zu reduzieren. Natürlich können zur besseren Wärmeabfuhr auch Hochtemperaturmaterialien durch die Hülle gelassen werden.

f) Der Dampf wird im Allgemeinen in die Gehäuseseite geleitet, da es bequem ist, das Kondensat abzulassen, und der Dampf sauberer ist und sein konvektiver Wärmeübertragungskoeffizient wenig mit der Strömungsgeschwindigkeit zusammenhängt.

g) Fluide mit hoher Viskosität strömen in der Regel durch den mantelseitigen Raum, da sich beim Einströmen in die Mantelseite mit Leitblechen Querschnitt und Strömungsrichtung des Strömungskanals ständig ändern, was bei kleinen Re-Zahlen (Re größer als 100) Das Erreichen einer Stoßströmung ist förderlich für die Verbesserung des konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten des Fluids außerhalb des Rohrs.

Die oben genannten Punkte können nicht gleichzeitig erfüllt werden und sind manchmal widersprüchlich, daher sollten wir die Hauptaspekte erfassen und je nach Situation angemessene Entscheidungen treffen.