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| 列管式換熱器泄漏原因及處理措施 |
| 發(fā)布人：泰興市東進(jìn)節(jié)能設(shè)備廠 發(fā)布時(shí)間：2019/1/25 8:50:51 閱讀次數(shù)：2476 |
泄漏原因分析
列管換熱器內(nèi)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(yīng)力過(guò)大
列管式換熱器在操作時(shí)，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(dāng)兩者溫差較大時(shí)可能將管子扭彎，或使管子從管板上拉松，甚至毀壞整個(gè)換熱器。對(duì)此，結(jié)構(gòu)上就必須考慮熱膨脹的影響，采用各種補(bǔ)償?shù)姆椒ā?br />
換熱器在啟停過(guò)程中溫升率、溫降率超過(guò)規(guī)定，使高溫的管子和管板受到較大的熱應(yīng)力，使管子和管板相聯(lián)接的焊縫或脹接處發(fā)生損壞，引起端口泄漏：調(diào)峰時(shí)負(fù)荷變化速度太快以及主機(jī)或換熱器故障而驟然停運(yùn)換熱器時(shí)，如果汽側(cè)停止供汽過(guò)快，或汽側(cè)停止供汽后，水側(cè)仍繼續(xù)進(jìn)入給水，因管子管壁薄，收縮快，管板厚，收縮慢，常導(dǎo)致管子與管板的焊縫或脹接處損壞。這就是規(guī)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(yán)格的原因。
1.2 管板變形
主要是管板的加工變形及加工時(shí)產(chǎn)生的變形，管子與管板相連，管板變形會(huì)使管子的端口發(fā)生泄漏。
高加管板水側(cè)壓力高、溫度低，汽側(cè)則壓力低、溫度高，尤其有內(nèi)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(huì)有一定的變形。管板中心會(huì)向壓力低、溫度高的汽側(cè)鼓凸。在水側(cè)，管板發(fā)生中心凹陷。
在主機(jī)負(fù)荷變化時(shí)，加汽側(cè)壓力和溫度相應(yīng)變化。尤其在調(diào)峰幅度大，調(diào)峰速度過(guò)快或負(fù)荷突變時(shí)，在使用定速給水泵的條件下，水側(cè)壓力也會(huì)發(fā)生較大的變化，甚至可能超過(guò)高加給水的額定壓力：這些變化會(huì)使管板發(fā)生變形導(dǎo)致管子端口泄漏或管板發(fā)生永久變形。
如果高加的進(jìn)汽門(mén)內(nèi)漏，則在主機(jī)運(yùn)行中停運(yùn)高加后，會(huì)使高加水側(cè)被加熱而定容升壓，如水側(cè)無(wú)安全閥或安全閥失靈，壓力可能升得很高，也會(huì)使管板變形。
1.3 堵管工藝不當(dāng)
一般常用錐形塞焊接堵管。打入錐形塞時(shí)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接處，會(huì)造成損壞而使之出現(xiàn)新的泄漏。焊接過(guò)程中，如預(yù)熱、焊縫位置及尺寸不合適，會(huì)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(dāng)，也會(huì)引起鄰近管口的泄漏。因此應(yīng)遵循嚴(yán)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(dāng)蒸汽的流動(dòng)速度較高且汽流中含有大的水滴時(shí)，管子外壁受汽、水兩相流沖刷，變薄，發(fā)生穿孔或受給水壓力而鼓破。換熱器內(nèi)部產(chǎn)生汽水兩相流的主要原因：一是過(guò)熱蒸汽冷卻段內(nèi)部及其出口的蒸汽達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的過(guò)熱度引起的；二是換熱器的疏水水位保持過(guò)低或無(wú)水位或疏水溫度遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值或疏水流動(dòng)阻力較大或抽汽壓力突然降低等因素使疏水閃蒸，疏水進(jìn)入下一級(jí)換熱器時(shí)就帶有蒸汽，沖刷換熱器管造成損壞；三是當(dāng)高加內(nèi)某根管子發(fā)生損壞泄漏時(shí)，高壓給水從泄漏處以極大的速度沖出會(huì)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(yùn)行中破碎或脫落，失去防沖刷保護(hù)作用；防沖板面積不夠大，水滴隨高速氣流運(yùn)動(dòng)，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(yīng)力腐蝕破裂是指拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)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(xì)裂紋穿透金屬或合金內(nèi)部。應(yīng)力腐蝕破裂能在常用的設(shè)計(jì)應(yīng)力范圍之內(nèi)產(chǎn)生，因此后果嚴(yán)重。引起應(yīng)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(yīng)力和金屬結(jié)構(gòu)。
2.2 管子振動(dòng)
給水溫度過(guò)低或機(jī)組超負(fù)荷等情況下，通過(guò)換熱器管子間蒸汽流量和流速超過(guò)設(shè)計(jì)值較多時(shí)，具有一定彈性的管束在殼側(cè)流體擾動(dòng)力的作用下會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)激振力的頻率與管束自然振動(dòng)頻率或其倍數(shù)相吻合時(shí)，將引起管束共振，使振幅大大的增加，導(dǎo)致管子與管板的連接處受到反復(fù)作用力造成管束損壞，管束振動(dòng)損壞的機(jī)理一般有：
①由于振動(dòng)而使管子或管子與管板連接處的應(yīng)力超過(guò)材料的疲勞持久極限，使管子疲勞斷裂；
②振動(dòng)的管子在支撐隔板的管孔中與隔板金屬發(fā)生摩擦，使管壁變薄，最后導(dǎo)致破裂；
③當(dāng)振動(dòng)幅度較大時(shí)，在跨度的中間位置相鄰的管子會(huì)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(fā)生在碳鋼換熱器中，是一種侵蝕和腐蝕共同作用的損壞過(guò)程：其機(jī)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(dǎo)致管子的破損。有時(shí)損壞面可以擴(kuò)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(fā)生侵蝕。
2.4 腐蝕
當(dāng)?shù)蛪簱Q熱器的管材為銅，低加銅管常因泄漏嚴(yán)重而被迫更換。pH 值8.5~8.8 時(shí)，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(guò)高，導(dǎo)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(dāng)給水中的溶解氧過(guò)高或pH 值過(guò)低，會(huì)使高加管子的內(nèi)壁受到腐蝕，故給水溶解氧的濃度不得超過(guò)7pg／L，pH 值維持在9.3~9.6 之間。如果殼側(cè)有氧氣存在，將會(huì)引起管束外壁的氧腐蝕。銅沉積：會(huì)引起點(diǎn)腐蝕，形成點(diǎn)蝕坑。溫度影響碳鋼表面Fe3O4氧化膜的形成：一般認(rèn)為在260℃％以上時(shí)，F(xiàn)e3O4氧化膜比較穩(wěn)定． 低于這個(gè)溫度時(shí)，F(xiàn)e3O4氧化膜的保護(hù)程度取決于給水的pH 值和其他環(huán)境因素。pH 值大于9.6 時(shí)，安全。
2.5 材質(zhì)、工藝不良
管子材質(zhì)不良，管壁厚薄不均，組裝前管子有缺陷，脹口處過(guò)脹，管子外側(cè)有拉損傷痕等，在換熱器遇到異常工況時(shí)，會(huì)導(dǎo)致管子大量損壞。
處理對(duì)策
1、泄漏發(fā)生以后的處理措施
泄漏發(fā)生時(shí)造成給水壓力降低，送至鍋爐的給水量減少。因此在發(fā)現(xiàn)換熱器管系泄漏時(shí)要立即停運(yùn)換熱器，減少管子的損壞數(shù)量，減輕損壞程度。機(jī)組停運(yùn)時(shí)，應(yīng)檢查高加是否泄漏，并想辦法消除。
對(duì)于端口泄漏，應(yīng)刮去原有焊縫金屬再進(jìn)行補(bǔ)焊，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，消除熱?yīng)力：對(duì)于管子本身泄漏，應(yīng)先查清管束泄漏的形式及位置，并選用合適的堵管工藝，堵塞管子的兩個(gè)端口。無(wú)論采用何種堵管工藝，為保證堵管的質(zhì)量，被堵管的端頭部位一定要經(jīng)過(guò)良好處理，使管板、管孔圓整、清潔，與堵頭有良好的接觸面。在管子與管板連接處有裂紋或沖蝕的情況下，一定要去除端部原管子材料及焊縫金屬，使堵頭與管板緊密接觸。
2、預(yù)防措施
2.1 端口泄漏預(yù)防措施
換熱器制造上應(yīng)有足夠厚度的管板，有良好的管孔加工、堆焊、管子脹接、焊接工藝外，運(yùn)行上要使換熱器在啟停時(shí)的溫升率、溫降率不超過(guò)規(guī)定，水側(cè)要有安全閥防止超壓，檢修上要有正確的堵管工藝。
2.2 管子本身泄漏預(yù)防措施
（1） 沖刷侵蝕預(yù)防措施
限制殼側(cè)蒸汽或疏水的流速及防止疏冷段內(nèi)閃蒸；蒸汽冷卻段出口蒸汽要有足夠的剩余過(guò)熱度；防沖板的固定要牢固，面積足夠，材質(zhì)要好；保持殼側(cè)水位正常，禁止低水位或無(wú)水位運(yùn)行。
（2） 管子振動(dòng)預(yù)防措施
在高加汽側(cè)安裝汽側(cè)安全門(mén)；限制殼側(cè)蒸汽或疏水的流速；管子間距要足夠大，這一方面降低了殼側(cè)流速，另一方面減小了管子互相碰撞摩擦損壞的可能性：限制管束自由段長(zhǎng)度。
（3） 管子給水入口端的侵蝕預(yù)防措施
流體在管程或管程中的流速，不僅影響對(duì)流傳熱系數(shù)的數(shù)值，而且影響污垢熱阻，從而影響總傳熱系數(shù)的大小。特別對(duì)于含有泥沙等較易沉積顆粒的流體，流速過(guò)低甚至可能導(dǎo)致管路賭塞，嚴(yán)重影響設(shè)備的使用。但增加流速又會(huì)使壓力損失顯著增大。因此，選擇適宜的流速十分重要。限制給水流速，停用一列換熱器或換熱器堵管數(shù)量較多時(shí)，都會(huì)使管內(nèi)流速明顯增大，這時(shí)應(yīng)讓一部分給水經(jīng)旁路進(jìn)入鍋爐或降低機(jī)組負(fù)荷；控制給水含氧量小7μg/L，控制給水pH 值在9.2- 9.6。
（4） 腐蝕預(yù)防措施
消除應(yīng)力，應(yīng)力可以有各種來(lái)源，如外加應(yīng)力、殘余應(yīng)力、焊接應(yīng)力以及腐蝕產(chǎn)物產(chǎn)生的應(yīng)力。材料選擇時(shí)，使機(jī)組變成為無(wú)銅系統(tǒng)，這對(duì)整個(gè)機(jī)組的防腐和汽水晶質(zhì)控制都有利；要有完善的放空氣系統(tǒng)，在管道連接上一般建議不采用逐級(jí)串聯(lián)的方式，以防不凝結(jié)氣體在壓力較低的換熱器中積聚；保證放空氣系統(tǒng)的正常工作，在啟動(dòng)時(shí)，水側(cè)、汽側(cè)應(yīng)排凈空氣，給水水質(zhì)要合格；出廠時(shí)要有良好的防腐措施，防止貯運(yùn)過(guò)程中的腐蝕，對(duì)碳鋼管換熱器，通常對(duì)汽側(cè)和水側(cè)均采取充氮防腐的辦法；換熱器停用時(shí)，通常根據(jù)停用時(shí)間的長(zhǎng)短，分別采用充水、充汽或充氮的防腐措施，在水側(cè)適當(dāng)調(diào)節(jié)除氧水的pH 值，以起保護(hù)作用。
（5） 材質(zhì)、工藝不良引起管子泄漏的預(yù)防措施
管壁至少應(yīng)在2.0mm 以上以提高抗沖刷能力。組裝前要對(duì)每根管子探傷、水壓試驗(yàn)等檢驗(yàn)；管束應(yīng)熱處理、無(wú)直觀缺陷；管板管孔應(yīng)保持一定的粗糙度、公差和同心度，管孔倒角或倒圓應(yīng)光滑無(wú)毛刺。
（6） 預(yù)防性堵管
進(jìn)行預(yù)防性堵管。建議在堵一部分管的同時(shí)在管板上開(kāi)一定大小的旁路孔，以降低給水流速，減輕腐蝕，此方法在國(guó)內(nèi)外多家電廠采用過(guò)，證明可以適當(dāng)延長(zhǎng)換熱器壽命，減少泄漏次數(shù)。
（7） 流程的選擇
在換熱器中，哪一種流體流經(jīng)管程，哪一種流經(jīng)殼程，可考慮下列幾點(diǎn)做為選擇的一般原則：
a） 不潔凈或易于分解結(jié)垢的物料應(yīng)當(dāng)流經(jīng)易于清洗的一側(cè)。對(duì)于直管管束，上述物料一般應(yīng)走管內(nèi)，但當(dāng)管束可以拆出清洗時(shí)，也可以走管外。
b） 需要提高流速以增大其對(duì)流傳熱系數(shù)的流體應(yīng)當(dāng)走管內(nèi)，因?yàn)楣軆?nèi)截面積通常比管間的截面積小，而且易于采用多管程以增大流速。
c） 具有腐蝕性的物料應(yīng)走管內(nèi)，這樣可以用普通材料制造殼體，僅僅管子，管板和封頭要采用耐蝕材料。
d） 壓力高的物料走管內(nèi)，這樣外殼可以不承受高壓。
e） 溫度很高或很低的物料應(yīng)走管內(nèi)以減少熱量的散失。當(dāng)然，如果為了更好的散熱，也可以讓高溫的物料走殼程。
f） 蒸汽一般通入殼程，因?yàn)檫@樣便于排出冷凝液，而且蒸汽較清潔，其對(duì)流傳熱系數(shù)又與流速關(guān)系小。
g） 粘度大的流體，一般在殼程空間流過(guò)，因在設(shè)有擋板的殼程中流動(dòng)時(shí)，流道截面和流向都在不斷改變，在低Re 數(shù)下（Re 大于100）即可達(dá)到喘流，有利于提高管外流體的對(duì)流傳熱系數(shù)。
以上各點(diǎn)不可能同時(shí)滿足，而且有時(shí)還會(huì)互相矛盾、故應(yīng)根據(jù)具體情況，抓住主要方面，作出適宜的決定。
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