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詳細闡述列管式換熱器泄漏的8種原因及9項對策
發布者:walt | 來源:小慧化工 | 0評論 | 10836查看 | 2017-03-21 10:17:07    
       列(lie)管式換熱(re)器是目前應(ying)用最廣泛的(de)一(yi)種(zhong)換熱(re)設(she)備。與其它幾種(zhong)間壁(bi)換熱(re)器相比,單位體積設(she)備所(suo)能(neng)提供的(de)傳熱(re)面積要大(da)得多(duo),傳熱(re)效果也較(jiao)好。由于(yu)設(she)備結構緊湊、堅固,且能(neng)選用多(duo)種(zhong)材料來制造,故適應(ying)性(xing)較(jiao)強,尤其在大(da)型裝置和高(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)壓中得到廣泛應(ying)用。

  列管式換熱器介紹

  多年來廠里給水換熱器各種故障中,管系泄漏所占比重最大。表面式回熱換熱器水側壓力大于汽側壓力,一旦管系泄漏,給水就會沖入殼體,引起汽側滿水。

  水將有可能沿著抽汽管道倒灌人汽輪機,造成汽輪機汽缸變形,脹差變化,機組振動,甚至葉片斷裂等事故。

  這類由于換熱器泄漏而引起整套裝置停車和汽輪機進水的事故在廠里發生過多起。因此分析換熱器泄漏原因,找出對策,以盡可能減少泄漏十分重要。

  泄漏原因分析

  列管換熱器內部管系泄漏主要分為管子本身泄漏和端口泄漏。

  1管子端口泄漏原因

  1.1熱應力過大

  列管式換熱器在操作時,由于冷、熱流體溫度不同,使殼體和管壁的溫度互有差異。這種差異使殼體和管子的熱膨脹不同,當兩者溫差較大時可能將管子扭彎,或使管子從花板上拉松,甚至毀壞整個換熱器。對此,就必須結構上考慮熱膨脹的影響,采用各種補償的方法。

  換熱器在啟停過程中溫升率、溫降率超過規定,使高加的管子和管板受到較大的熱應力,使管子和管板相聯接的焊縫或脹接處發生損壞,引起端口泄漏:調峰時負荷變化速度太快以及主機或換熱器故障而驟然停運換熱器時,如果汽側停止供汽過快,或汽側停止供汽后,水側仍繼續進入給水,因管子管壁薄,收縮快,管板厚,收縮慢,常導致管子與管板的焊縫或脹接處損壞。這就是規定的溫降率允許值只1.7℃/min-2.0℃/min,比溫升率允許值2℃/min-5℃/min要嚴格的原因。


  1.2管板變形

  主要是管板的加工變形及加工時產生的變形,管子與管板相連,管板變形會使管子的端口發生泄漏。

  高加管板水側壓力高、溫度低,汽側則壓力低、溫度高,尤其有內置式疏水冷卻段者,溫差更大。

  如果管板的厚度不夠,則管板會有一定的變形。管板中心會向壓力低、溫度高的汽側鼓凸。在水側,管板發生中心凹陷。

  在主機負荷變化時,加汽側壓力和溫度相應變化。尤其在調峰幅度大,調峰速度過快或負荷突變時,在使用定速給水泵的條件下,水側壓力也會發生較大的變化,甚至可能超過高加給水的額定壓力:這些變化會使管板發生變形導致管子端口泄漏或管板發生永久變形。

  如果高加的進汽門內漏,則在主機運行中停運高加后,會使高加水側被加熱而定容升壓,如水側無安全閥或安全閥失靈,壓力可能升得很高,也會使管板變形。


  1.3堵管工藝不當

  一般常用錐形塞焊接堵管。打入錐形塞時用力要適度;捶擊力量太大,引起管孔變形,影響鄰近管子與管板連處,會造成損壞而使之出現新的泄漏。焊接過程中,如預熱、焊縫位置及尺寸不合適,會造成鄰近管子與管板連接處的損壞。采用其他堵管方法,如脹管堵管、爆炸堵管等,如工藝不當,也會引起鄰近管口的泄漏。因此應遵循嚴格的堵管工藝。

  2管子本身泄漏原因

  2.1沖刷侵蝕

  一種原因是當蒸汽的流動速度較高且汽流中含有大的水滴時,管子外壁受汽、水兩相流沖刷,變薄,發生穿孔或受給水壓力而鼓破。換熱器內部產生汽水兩相流的主要原因:一是過熱蒸汽冷卻段內部及其出口的蒸汽達不到設計要求的過熱度引起的;二是換熱器的疏水水位保持過低或無水位或疏水溫度遠高于設計值或疏水流動阻力較大或抽汽壓力突然降低等因素使疏水閃蒸,疏水進入下一級換熱器時就帶有蒸汽,沖刷換熱器管造成損壞;三是當高加內某根管子發生損壞泄漏時,高壓給水從泄漏處以極大的速度沖出會將鄰近的管子或隔板沖刷破壞。另一種原因是受到蒸汽或疏水的直接沖擊。因防沖板材料和固定方式不合理。在運行中破碎或脫落,失去防沖刷保護作用;防沖板面積不夠大,水滴隨高速氣流運動,撞擊防沖板以外的管束;殼體與管束間的距離太小,使入口處的汽流速度很高。

  應力腐蝕破裂是指拉應力和特定腐蝕介質的共同作用而引起的金屬或合金的破裂。其特征是,大部分表面上并未遭破壞,只有一部分細裂紋穿透金屬或合金內部。應力腐蝕破裂能在常用的設計應力范圍之內產生,因此后果嚴重。引起應力腐蝕破裂的重要因素有溫度、溶液成分、金屬或合金的成分、應力和金屬結構。

       2.2管子振動

  給水溫度過低或機組超負荷等情況下,通過換熱器管子間蒸汽流量和流速超過設計值較多時,具有一定彈性的管束在殼側流體擾動力的作用下會產生振動,當激振力的頻率與管束自然振動頻率或其倍數相吻合時,將引起管束共振,使振幅大大的增加,導致管子與管板的連接處受到反復作用力造成管束損壞,管束振動損壞的機理一般有:

  ①由于振動而使管子或管子與管板連接處的應力超過材料的疲勞持久極限,使管子疲勞斷裂;

  ②振動的管子在支撐隔板的管孔中與隔板金屬發生摩擦,使管壁變薄,最后導致破裂;

  ③當振動幅度較大時,在跨度的中間位置相鄰的管子會相互摩擦,使管子磨損或疲勞斷裂。

  2.3管子給水入口端的侵蝕

  入口管端的侵蝕損壞只發生在碳鋼換熱器中,是一種侵蝕和腐蝕共同作用的損壞過程:其機理是管壁金屬在表面形成的氧化膜被高紊流度的給水破壞并帶走,金屬材料不斷損失。最終導致管子的破損。有時損壞面可以擴大到管端焊縫甚至管板:給水pH值低(小于9.6)、含氧量高(大于7μg/L)、溫度低(小于260℃)、紊流度大的情況下,容易發生侵蝕。

  2.4腐蝕

  當低壓換熱器的管材為銅,低加銅管常因泄漏嚴重而被迫更換。pH值8.5~8.8時,銅的腐蝕率最低.而碳鋼要求pH值不小于9.5。鍋爐給水pH值過高,導致了銅管的腐蝕。影響碳鋼管束腐蝕的主要因素有:含氧量和給水pH值:當給水中的溶解氧過高或pH值過低,會使高加管子的內壁受到腐蝕,故給水溶解氧的濃度不得超過7pg/L,pH值維持在9.3~9.6之間。如果殼側有氧氣存在,將會引起管束外壁的氧腐蝕。銅沉積:會引起點腐蝕,形成點蝕坑。溫度影響碳鋼表面Fe3O4氧化膜的形成:一般認為在260℃%以上時,Fe3O4氧化膜比較穩定.低于這個溫度時,Fe3O4氧化膜的保護程度取決于給水的pH值和其他環境因素。pH值大于9.6時,安全。

  2.5材質、工藝不良

  管子材質不良,管壁厚薄不均,組裝前管子有缺陷,脹口處過脹,管子外側有拉損傷痕等,在換熱器遇到異常工況時,會導致管子大量損壞。

  處理對策

  1泄漏發生以后的處理措施

  泄漏發生時造成給水壓力降低,送至鍋爐的給水量減少。因此在發現換熱器管系泄漏時要立即停運換熱器,減少管子的損壞數量,減輕損壞程度。機組停運時,應檢查高加是否泄漏,并想辦法消除。

  對(dui)于端口(kou)泄漏,應(ying)刮(gua)去原(yuan)有(you)焊縫(feng)金(jin)屬再進行補焊,并進行適(shi)當的(de)熱處(chu)理(li),消(xiao)除熱應(ying)力:對(dui)于管(guan)(guan)(guan)子(zi)本(ben)身泄漏,應(ying)先查清管(guan)(guan)(guan)束泄漏的(de)形式及位置,并選用合適(shi)的(de)堵管(guan)(guan)(guan)工藝,堵塞管(guan)(guan)(guan)子(zi)的(de)兩個端口(kou)。無論采用何種堵管(guan)(guan)(guan)工藝,為保證堵管(guan)(guan)(guan)的(de)質量,被堵管(guan)(guan)(guan)的(de)端頭(tou)(tou)部位一(yi)定要(yao)(yao)經過良好(hao)處(chu)理(li),使(shi)管(guan)(guan)(guan)板、管(guan)(guan)(guan)孔圓(yuan)整(zheng)、清潔,與堵頭(tou)(tou)有(you)良好(hao)的(de)接(jie)(jie)觸(chu)面。在管(guan)(guan)(guan)子(zi)與管(guan)(guan)(guan)板連接(jie)(jie)處(chu)有(you)裂紋或沖蝕的(de)情況下,一(yi)定要(yao)(yao)去除端部原(yuan)管(guan)(guan)(guan)子(zi)材料及焊縫(feng)金(jin)屬,使(shi)堵頭(tou)(tou)與管(guan)(guan)(guan)板緊密接(jie)(jie)觸(chu)。


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  2預防措施


  2.1端(duan)口泄漏(lou)預防措施


  換(huan)熱器制造(zao)上(shang)(shang)(shang)應有足夠厚度的(de)管(guan)(guan)(guan)板,有良好的(de)管(guan)(guan)(guan)孔加(jia)工、堆焊、管(guan)(guan)(guan)子脹接、焊接工藝外,運行上(shang)(shang)(shang)要(yao)使換(huan)熱器在啟停時的(de)溫(wen)升率、溫(wen)降(jiang)率不超過規定,水側(ce)要(yao)有安全閥防(fang)止(zhi)超壓,檢(jian)修上(shang)(shang)(shang)要(yao)有正確的(de)堵(du)管(guan)(guan)(guan)工藝。


  2.2管子本身泄漏(lou)預防措施(shi)


  (1)沖刷侵蝕預防措施


  限制殼(ke)側蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)或疏水的流速及(ji)防止疏冷段(duan)內閃蒸(zheng)(zheng)(zheng);蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)冷卻(que)段(duan)出口蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)要有足(zu)夠的剩余過(guo)熱(re)度;防沖板的固定要牢固,面積足(zu)夠,材質要好;保持殼(ke)側水位正常,禁止低水位或無水位運行。


  (2)管子振(zhen)動預(yu)防措施


  在高(gao)加汽(qi)側安(an)裝汽(qi)側安(an)全(quan)門;限(xian)制殼側蒸(zheng)汽(qi)或疏(shu)水的流速(su);管(guan)(guan)子(zi)間距要足夠大,這一方(fang)面降低了殼側流速(su),另一方(fang)面減(jian)小了管(guan)(guan)子(zi)互相碰撞(zhuang)摩擦損壞的可能(neng)性:限(xian)制管(guan)(guan)束自由段長度。


  (3)管子給(gei)水入(ru)口端的侵蝕(shi)預防(fang)措施


  流(liu)(liu)(liu)體在管(guan)(guan)(guan)程或(huo)管(guan)(guan)(guan)程中的(de)流(liu)(liu)(liu)速(su),不僅影(ying)響(xiang)(xiang)對(dui)流(liu)(liu)(liu)傳熱(re)(re)系數的(de)數值,而(er)且(qie)影(ying)響(xiang)(xiang)污垢(gou)熱(re)(re)阻,從而(er)影(ying)響(xiang)(xiang)總傳熱(re)(re)系數的(de)大(da)小。特別(bie)對(dui)于含有泥(ni)沙等較(jiao)易沉(chen)積顆粒的(de)流(liu)(liu)(liu)體,流(liu)(liu)(liu)速(su)過低甚(shen)至可(ke)能(neng)導致管(guan)(guan)(guan)路賭塞(sai),嚴(yan)重(zhong)(zhong)影(ying)響(xiang)(xiang)設備的(de)使用(yong)。但增(zeng)加(jia)流(liu)(liu)(liu)速(su)又(you)會使壓力損(sun)失顯(xian)著增(zeng)大(da)。因此,選擇適宜的(de)流(liu)(liu)(liu)速(su)十分(fen)(fen)重(zhong)(zhong)要。限制給(gei)(gei)水(shui)(shui)流(liu)(liu)(liu)速(su),停用(yong)一(yi)列(lie)換熱(re)(re)器或(huo)換熱(re)(re)器堵管(guan)(guan)(guan)數量(liang)(liang)較(jiao)多時,都會使管(guan)(guan)(guan)內流(liu)(liu)(liu)速(su)明(ming)顯(xian)增(zeng)大(da),這時應讓一(yi)部分(fen)(fen)給(gei)(gei)水(shui)(shui)經旁路進入(ru)鍋(guo)爐或(huo)降低機組(zu)負(fu)荷;控制給(gei)(gei)水(shui)(shui)含氧量(liang)(liang)小7μg/L,控制給(gei)(gei)水(shui)(shui)pH值在9.2-9.6。


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  (4)腐(fu)蝕預防措施(shi)


  消(xiao)除應(ying)力,應(ying)力可以(yi)有各種來源(yuan),如外加(jia)應(ying)力、殘余應(ying)力、焊接應(ying)力以(yi)及腐蝕產物產生(sheng)的(de)(de)(de)應(ying)力。材料(liao)選擇(ze)時(shi),使機(ji)組(zu)(zu)變成為無(wu)銅(tong)系(xi)統(tong)(tong),這(zhe)對整(zheng)個機(ji)組(zu)(zu)的(de)(de)(de)防(fang)腐和汽(qi)水(shui)(shui)(shui)晶質(zhi)控制(zhi)都有利;要有完善的(de)(de)(de)放(fang)空(kong)氣系(xi)統(tong)(tong),在管道連接上一(yi)般建議不采(cai)用(yong)逐(zhu)級串聯的(de)(de)(de)方式,以(yi)防(fang)不凝結氣體在壓力較低的(de)(de)(de)換熱器中積聚;保(bao)證放(fang)空(kong)氣系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)正常(chang)(chang)工(gong)作(zuo),在啟動時(shi),水(shui)(shui)(shui)側(ce)、汽(qi)側(ce)應(ying)排凈空(kong)氣,給(gei)水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質(zhi)要合格;出廠時(shi)要有良(liang)好的(de)(de)(de)防(fang)腐措施(shi),防(fang)止(zhi)貯運(yun)過程中的(de)(de)(de)腐蝕,對碳鋼管換熱器,通(tong)常(chang)(chang)對汽(qi)側(ce)和水(shui)(shui)(shui)側(ce)均采(cai)取充氮防(fang)腐的(de)(de)(de)辦法;換熱器停用(yong)時(shi),通(tong)常(chang)(chang)根據停用(yong)時(shi)間的(de)(de)(de)長短,分別采(cai)用(yong)充水(shui)(shui)(shui)、充汽(qi)或充氮的(de)(de)(de)防(fang)腐措施(shi),在水(shui)(shui)(shui)側(ce)適當調節除氧水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)pH值,以(yi)起(qi)保(bao)護(hu)作(zuo)用(yong)。


  (5)材質、工藝(yi)不良(liang)引起管子(zi)泄漏(lou)的預防措施


  管(guan)壁至少應在(zai)2.0mm以上以提高抗沖刷(shua)能力。組(zu)裝前要對每根管(guan)子探傷、水壓試驗等檢驗;管(guan)束應熱處理、無(wu)直觀(guan)缺陷;管(guan)板管(guan)孔應保持(chi)一(yi)定的粗糙度、公差(cha)和同心度,管(guan)孔倒(dao)角(jiao)或倒(dao)圓應光滑無(wu)毛(mao)刺(ci)。


  (6)預防性堵管


  進行(xing)預防性堵管(guan)。建(jian)議在(zai)堵一部分管(guan)的同時(shi)在(zai)管(guan)板上開一定大小的旁路孔,以(yi)降低給(gei)水(shui)流速,減(jian)輕腐蝕,此方法(fa)在(zai)國內外多家電廠采用過,證明可以(yi)適當延長換熱器壽命,減(jian)少(shao)泄漏次(ci)數(shu)。


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  (7)流程的選擇


  在換熱器中,哪一(yi)種(zhong)流(liu)(liu)體流(liu)(liu)經(jing)管程,哪一(yi)種(zhong)流(liu)(liu)經(jing)殼程,可(ke)考慮下列幾點做為選(xuan)擇的一(yi)般原(yuan)則:


  a)不潔凈或(huo)易(yi)于分解結(jie)垢的物料應(ying)當(dang)流經(jing)易(yi)于清洗的一側(ce)。對于直(zhi)管(guan)(guan)管(guan)(guan)束,上述物料一般應(ying)走管(guan)(guan)內,但當(dang)管(guan)(guan)束可以(yi)拆出清洗時,也(ye)可以(yi)走管(guan)(guan)外(wai)。


  b)需要提高流速以增大(da)(da)其(qi)對流傳熱系數(shu)的流體應當走管(guan)內,因為管(guan)內截面積(ji)通常比管(guan)間(jian)的截面積(ji)小,而且易(yi)于采用多管(guan)程以增大(da)(da)流速。


  c)具有腐蝕(shi)性的物料(liao)(liao)應走(zou)管內,這樣可以用普通材料(liao)(liao)制造殼體,僅(jin)僅(jin)管子,管板和封(feng)頭要(yao)采(cai)用耐蝕(shi)材料(liao)(liao)。


  d)壓力高(gao)的物(wu)料走管內,這樣外殼可(ke)以不承受高(gao)壓。


  e)溫(wen)(wen)度(du)很高或很低的物料應走管內以減少熱量的散失(shi)。當然,如果(guo)為了更(geng)好的散熱,也可以讓高溫(wen)(wen)的物料走殼(ke)程。


  f)蒸汽一(yi)般通入殼程,因為這(zhe)樣(yang)便于排出冷(leng)凝液,而且蒸汽較清潔,其對流傳熱(re)系數又與流速關系小(xiao)。


  g)粘度(du)大(da)的流體,一般在(zai)(zai)殼程空間流過,因在(zai)(zai)設(she)有(you)(you)擋板的殼程中流動(dong)時,流道截面(mian)和流向都在(zai)(zai)不斷改(gai)變,在(zai)(zai)低Re數(shu)下(Re大(da)于(yu)100)即可(ke)達到(dao)喘流,有(you)(you)利于(yu)提高管外流體的對(dui)流傳熱系數(shu)。


  以上各點不(bu)可能(neng)同時(shi)滿足,而且有時(shi)還會互相矛盾、故應根據具體情況(kuang),抓住主要方(fang)面,作(zuo)出適宜的決定。

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