Préface : Les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes sont actuellement le type d'équipement d'échange de chaleur le plus largement utilisé. Par rapport aux autres échangeurs de chaleur muraux, la zone de transfert de chaleur fournie par l'équipement de volume unitaire est beaucoup plus grande et l'effet de transfert de chaleur est également meilleur. En raison de la structure compacte et robuste de l'équipement, ainsi que de la possibilité d'utiliser plusieurs matériaux pour la fabrication, il présente une forte adaptabilité et est largement utilisé dans les grands appareils tels que les hautes températures et les hautes pressions.

1、 Introduction aux échangeurs de chaleur tubulaires

Depuis de nombreuses années, parmi les diverses pannes de l'échangeur de chaleur d'alimentation en eau dans l'usine, la proportion de fuites de canalisations est la plus élevée. La pression côté eau de l’échangeur thermique régénératif à surface est supérieure à la pression côté vapeur. Une fois que le système de canalisation fuit, l’eau d’alimentation se précipitera dans la coque, provoquant le remplissage d’eau du côté vapeur. L'eau peut refluer dans la turbine le long de la canalisation d'extraction, provoquant des accidents tels qu'une déformation du cylindre de la turbine, des changements dans la différence de dilatation, des vibrations de l'unité et même une rupture d'aube.

Ce type d'accident provoqué par une fuite de l'échangeur thermique s'est produit à plusieurs reprises dans l'usine, entraînant l'arrêt de l'ensemble du dispositif et une entrée d'eau dans la turbine. Par conséquent, il est très important d’analyser les causes des fuites de l’échangeur de chaleur et de trouver des contre-mesures pour minimiser autant que possible les fuites.


2. Analyse des causes de fuite
Les fuites du système de tuyauterie interne de l'échangeur de chaleur à tubes sont principalement divisées en fuites du tube lui-même et fuites du port.

1. Raisons des fuites au niveau du port du tuyau

1.1 Contraintes thermiques excessives

Lors du fonctionnement des échangeurs de chaleur à calandre et à tubes, en raison des températures différentes des fluides froids et chauds, il existe des différences dans les températures des parois des calandres et des tubes. Cette différence se traduit par une dilatation thermique différente entre la coque et le tube. Lorsque la différence de température entre les deux est importante, le tube peut être tordu ou étiré depuis le panneau fleuri, ou même l'ensemble de l'échangeur de chaleur peut être endommagé. À cet égard, il est nécessaire de considérer l’impact structurel de la dilatation thermique et d’adopter diverses méthodes de compensation.

Pendant le processus de démarrage et d'arrêt de l'échangeur de chaleur, le taux d'augmentation et de baisse de température dépasse la réglementation, provoquant une contrainte thermique importante sur les tuyaux et les plaques tubulaires du réchauffeur haute pression, endommageant les soudures ou les joints de dilatation entre les tuyaux et les plaques tubulaires, provoquant ainsi des fuites au niveau des orifices. Lorsque la charge change trop rapidement pendant l'écrêtement des pointes et que le moteur principal ou l'échangeur de chaleur fonctionne mal et arrête soudainement l'échangeur de chaleur, si le côté vapeur cesse de fournir de la vapeur trop rapidement, ou si le côté vapeur cesse de fournir de la vapeur, le côté eau continue à entrer dans l'eau d'alimentation. En raison de la paroi mince du tuyau, du retrait rapide, de la plaque tubulaire épaisse et du retrait lent, cela entraîne souvent des dommages à la soudure ou au joint de dilatation entre le tuyau et la plaque tubulaire. C'est pourquoi le taux de chute de température autorisé spécifié est de seulement 1,7 ℃/min -2,0 ℃/min, ce qui est plus strict que le taux d'augmentation de température autorisé de 2 ℃/min -5 ℃/min.


1.2 Déformation de la plaque tubulaire

La déformation principale est la déformation de traitement de la plaque tubulaire et la déformation générée pendant le traitement. Le tube est relié à la plaque tubulaire et la déformation de la plaque tubulaire peut provoquer une fuite à l'extrémité du tube.

La pression et la température côté eau de la plaque tubulaire chauffante haute pression sont élevées, tandis que la pression et la température côté vapeur sont faibles, en particulier pour celles avec sections de refroidissement de drainage intégrées, la différence de température est encore plus grande.

Si l'épaisseur de la plaque tubulaire n'est pas suffisante, il y aura une certaine déformation de la plaque tubulaire. Le centre de la plaque tubulaire se gonflera vers le côté vapeur à basse pression et haute température. Côté eau, la plaque tubulaire subit une dépression centrale.

Lorsque la charge du moteur principal change, la pression et la température du côté vapeur changent en conséquence. Surtout lorsque l'amplitude de rasage maximale est grande, que la vitesse de rasage maximale est trop rapide ou que la charge change soudainement, dans les conditions d'utilisation d'une pompe d'alimentation à vitesse constante, la pression côté eau subira également des changements significatifs et peut même dépasser la valeur nominale. pression de l'eau d'alimentation du réchauffeur haute pression : ces changements peuvent provoquer une déformation de la plaque tubulaire, entraînant une fuite au niveau de l'orifice du tuyau ou une déformation permanente de la plaque tubulaire.

S'il y a une fuite interne dans la soupape d'admission du réchauffeur haute pression, l'arrêt du réchauffeur haute pression pendant le fonctionnement du moteur principal entraînera le chauffage et la mise sous pression du côté eau du réchauffeur haute pression 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 la plaque tubulaire peut se déformer.


1.3 Processus de bouchage inapproprié

Le soudage par bouchon conique est couramment utilisé pour boucher les tuyaux. Utilisez une force modérée lors de l’insertion du bouchon conique ; Si la force de martelage est trop forte, elle peut provoquer une déformation du trou du tuyau, affecter la connexion entre les tuyaux adjacents et la plaque tubulaire et provoquer des dommages, entraînant de nouvelles fuites. Pendant le processus de soudage, un préchauffage, une position et une taille de soudure inappropriés peuvent endommager les connexions tube-plaque tubulaire adjacentes. L'utilisation d'autres méthodes de colmatage, telles que l'expansion et l'explosion, peut également provoquer des fuites par les ouvertures de tuyaux adjacentes si le processus est inapproprié. Par conséquent, des techniques de branchement strictes doivent être suivies.

2. Raisons de la fuite du tuyau lui-même

2.1 Érosion et érosion

Une des raisons est que lorsque le débit de vapeur est élevé et qu'il y a de grosses gouttelettes d'eau dans le flux de vapeur, la paroi extérieure du tuyau est emportée par le flux diphasique de vapeur et d'eau, devenant plus fine, provoquant une perforation ou un éclatement en raison de la pression de l'eau d'alimentation. Les principales raisons de la génération d'un flux diphasique de vapeur d'eau à l'intérieur de l'échangeur de chaleur sont les suivantes : premièrement, la vapeur à l'intérieur de la section de refroidissement de vapeur surchauffée et sa sortie ne peuvent pas répondre aux exigences de conception en raison d'une surchauffe ; La deuxième raison est que le niveau d'eau de drainage de l'échangeur de chaleur reste trop bas ou qu'il n'y a pas de niveau d'eau, que la température de drainage est beaucoup plus élevée que la valeur de conception, que la résistance au débit de drainage est grande ou que la pression d'extraction diminue soudainement, ce qui provoque le drainage à clignoter. Lorsque le drainage entre dans l'étage suivant de l'échangeur de chaleur, il transporte de la vapeur, qui lave les tubes de l'échangeur de chaleur et provoque des dommages ; Troisièmement, lorsqu'un certain tuyau du réchauffeur à haute pression est endommagé ou fuit, l'alimentation en eau à haute pression s'écoule à grande vitesse du point de fuite, provoquant le lavage et l'endommagement du tuyau ou de la cloison adjacente. Une autre raison est l’impact direct de la vapeur ou des matériaux hydrophobes. En raison du matériau et de la méthode de fixation déraisonnables de la plaque anti-impact. Cassé ou détaché pendant le fonctionnement, perdant sa fonction de protection anti-érosion ; La zone de la plaque anti-impact n'est pas assez grande et les gouttelettes d'eau se déplacent avec un flux d'air à grande vitesse, frappant le faisceau de tubes à l'extérieur de la plaque anti-impact ; La distance entre la coque et le faisceau de tubes est trop petite, ce qui entraîne une vitesse d'écoulement de vapeur élevée à l'entrée.

2.2 Vibration des tuyaux

Lorsque la température de l'eau d'alimentation est trop basse ou que l'unité est surchargée et que le débit de vapeur et le débit entre les tubes de l'échangeur de chaleur dépassent considérablement la valeur de conception, le faisceau de tubes élastiques vibre sous l'action du fluide. force de perturbation du côté de la coque. Lorsque la fréquence de la force d'excitation correspond à la fréquence de vibration naturelle du faisceau de tubes ou à son multiple, cela provoquera une résonance du faisceau de tubes, augmentant considérablement l'amplitude. Le joint entre le tube et la plaque tubulaire est soumis à des forces répétées, ce qui entraîne en endommageant le faisceau de tubes. Le mécanisme d'endommagement du faisceau de tubes par vibration comprend généralement :

① En raison des vibrations, la contrainte au niveau de la connexion entre le tube ou le tube et la plaque tubulaire dépasse la limite d'endurance à la fatigue du matériau, entraînant une rupture par fatigue du tube ;

② Le tube vibrant frotte contre le métal dans le trou du tube supportant la cloison, ce qui rend la paroi du tube plus fine et conduit finalement à une fracture ;

③ Lorsque l'amplitude des vibrations est importante, les tuyaux adjacents au milieu de la travée frotteront les uns contre les autres, provoquant une usure des tuyaux ou une rupture par fatigue.


2.3 Érosion à l'extrémité d'entrée du tuyau d'alimentation en eau

Les dommages dus à l'érosion à l'extrémité du tuyau d'entrée ne se produisent que dans les échangeurs de chaleur en acier au carbone, ce qui constitue un processus combiné d'érosion et de corrosion. Son mécanisme est que le film d'oxyde formé à la surface du métal de la paroi du tuyau est détruit et emporté par une alimentation en eau à forte turbulence, entraînant une perte continue de matériaux métalliques. Finalement, cela a endommagé la canalisation. Parfois, la surface endommagée peut s'étendre jusqu'à la soudure d'extrémité du tuyau ou même à la plaque du tuyau : la valeur du pH de l'eau d'alimentation est faible (inférieure à 9,6) et la teneur en oxygène est élevée (supérieure à 7 μ lorsque g/L), la température est faible (moins de 260 ℃) et la turbulence est élevée, l'érosion est susceptible de se produire.