January 15, 2024
シェルアンドチューブ熱交換器の漏れ処理
シェルアンドチューブ熱交換器は、現在最も広く使用されている熱交換装置の 1 つです。他の壁間熱交換器と比較して、単位容積装置ははるかに大きな伝熱面積とより優れた伝熱効果を提供できます。コンパクトな構造で強度があり、製造する材料も多様に選択できるため適応力が高く、特に大型装置4や高温高圧で広く使用されています。
まずはチューブ式熱交換器の紹介
プラント内の給水熱交換器の故障のうち、配管系統の漏洩が長年にわたり最も大きな割合を占めています。表面熱交換器の水側圧力は蒸気側圧力よりも高くなります。パイプシステムに漏れが発生すると、供給水がシェル内に突入し、蒸気側が水で満たされます。取出管を伝って蒸気タービン内に水が逆流し、蒸気タービンのシリンダーの変形、膨張差の変化、本体の振動、さらには翼の破損等の事故を引き起こす可能性があります。
このような設備一式による熱交換器の漏洩と蒸気タービンの停止事故がプラント内で発生しました。したがって、熱交換器の漏れの原因を分析し、漏れをできるだけ減らすための対策を見つけることが非常に重要です。
第二に、漏水原因の分析
チューブ熱交換器の内管系の漏れは、主にチューブ自体の漏れと端部の漏れに分けられます。
1.配管口漏れの原因
1.1過度の熱ストレス
シェルアンドチューブ熱交換器の動作では、冷たい流体と熱い流体の温度が異なるため、シェルとチューブの壁の温度は互いに異なります。この差によりシェルとチューブの熱膨張が異なり、両者の温度差によりチューブがねじれたり、天井からチューブが緩んだり、熱交換器全体が破壊される場合があります。したがって、構造的に熱膨張の影響を考慮し、さまざまな補償方法を採用する必要があります。熱交換器の起動時と停止時に、温度上昇率と温度降下率が規定を超えたため、Gawga のパイプと管板に大きな熱応力が加わり、パイプと管板の溶接または伸縮継手が損傷し、ポートの損傷が発生しました。漏れ：ピーク負荷の変化が速すぎて、熱交換器が突然停止したときに主エンジンまたは熱交換器が故障した場合、蒸気側の蒸気供給の停止が速すぎる場合、または蒸気側が停止した場合、水側が給水に入り続けます。チューブの壁が薄く、収縮が早く、チューブが厚く、収縮が遅いため、チューブやチューブプレートの溶接や伸縮継手の損傷につながることがよくあります。このため、必要な降温速度は 1.7℃/min ～ 2.0℃/min であり、昇温速度の比は 2℃/min ～ 5℃/min となります。
1.2 管板の変形
主に管板の変形や加工時に生じる変形です。チューブはチューブシートに接続されています。管板の変形により管端の漏れが発生します。管板の水側は高圧・低温、蒸気側は低圧・高温、特に内蔵ドレン冷却部では温度差が大きくなります。管板の厚さが不十分な場合、管板に変形が生じます。管板中央は低圧高温蒸気側が膨らみます。水側では、管板の中央に窪みが生じます。主機関の負荷が変化すると、それに応じて蒸気側の圧力と温度も変化します。特に、ピーク調整振幅が大きい場合、ピーク調整速度が速すぎる場合、または負荷が急激である場合、定速給水ポンプを使用する条件では、水側圧力も大きく変化し、ポンプの定格圧力を超える場合があります。給水量が多い場合: これらの変化は管板の変形を引き起こし、パイプ端での漏れや管板の永久変形を引き起こす可能性があります。Gawga の入口バルブに漏れがある場合、主エンジンの停止後に高水側の高圧が加熱されます。水側に安全弁がない場合、または安全弁が故障した場合、圧力が非常に上昇し、管板が変形する可能性があります。
1.3 不適切なプラグ接続プロセス
一般的に使用されるテーパープラグ溶接プラグパイプです。テーパープラグを打ち込むときは、適度な力で押し込んでください。ハンマーの力が大きすぎると、パイプの穴が変形し、隣接するパイプと管板の接合部に影響を与え、損傷や新たな漏れの原因になります。予熱などの溶接プロセス中に、溶接シームの位置とサイズが適切でないと、隣接するパイプや管板の接続に損傷が生じる可能性があります。拡張パイプの詰まり、爆発パイプの詰まりなど、不適切なプロセスなどの他のパイプの詰まり方法も、隣接するパイプの開口部からの漏れを引き起こす可能性があります。したがって、厳密なパイプ詰まりプロセスに従う必要があります。
2.配管自体の漏れの原因
2.1 侵食
その理由の一つとして、蒸気流速が速く、蒸気流中に大きな水滴が存在する場合、蒸気と水の二相流によって配管外壁が洗掘され、薄くなることが挙げられる。熱交換器内で蒸気と水の二相流が発生する主な理由は次のとおりです。まず、過熱蒸気冷却セクションとその出口の過熱蒸気が設計要件を満たせないことです。もう一つは、熱交換器の疎水性レベルが低すぎる、または水位が無い、または疎水性温度が設計値より大幅に高い、または疎水性流動抵抗が大きい、または吸入圧力が急激に低下するなどの場合です。蒸気とともに熱交換器の次の段階に排水し、熱交換器チューブの損傷を洗浄します。漏洩からの高圧給水が猛スピードで隣接する配管から飛び出したり、ダイヤフラムの浸食損傷を引き起こします。もう 1 つの理由は、蒸気や疎水性の水の直接的な影響です。耐衝撃プレートの材質と固定方法が合理的ではないため。使用中に破損したり脱落したりして、耐浸食保護の機能が失われます。耐侵食プレートの面積が十分に大きくなく、水滴が高速空気流とともに移動し、耐侵食プレートの外側のチューブ束に衝撃を与えます。シェルとチューブ束の間の距離が小さすぎると、入口での蒸気の流れが非常に高くなります。
応力腐食割れ (SCC) は、引張応力と特定の腐食媒体の複合作用によって引き起こされる金属または合金の割れです。表面の大部分は損傷を受けておらず、一部の微細な亀裂のみが金属または合金の内部に浸透しているのが特徴です。応力腐食割れは一般的に使用される設計応力の範囲内で発生する可能性があるため、その結果は深刻です。応力腐食割れを引き起こす重要な要因は、温度、溶液組成、金属または合金の組成、応力、および金属構造です。
2.2 配管の振動
水温が低すぎる場合や装置に過負荷がかかる場合、熱交換器のチューブ間の蒸気流量や速度が設計値を超えると、流体外乱力の作用により一定の弾性を持ったチューブが振動します。シェル側で、加振力の周波数が管束の固有振動数またはその倍数と一致すると、管束が共振して振幅が大幅に増加します。管束の振動損傷のメカニズムは次のとおりです。
(1) 振動により、管または管と管板の間の接合部の応力が材料の疲労耐久限界を超え、管の疲労破壊が発生します。
（２）バッフルを支持するパイプの穴の中で振動するパイプがバッフル金属と擦れてパイプの壁が薄くなり、最終的には破裂に至る。
(3) 振動振幅が大きい場合、スパン中央で隣接する配管同士が擦れ合い、配管が摩耗、疲労する。
2.3 パイプ給水口の浸食
インレットパイプ端部の腐食損傷は炭素鋼熱交換器のみで発生し、腐食とエロージョンが複合的に進行します。そのメカニズムは、パイプ壁金属の表面に形成された酸化皮膜が、熱交換器によって破壊され除去されることです。高乱流給水では、金属材料が失われます。ついにパイプが壊れてしまいました。供給水の pH 値が低く (9.6 未満)、酸素含有量が高く (7μg/L 以上)、温度が低い場合、損傷面がパイプ端の溶接部や管板にまで及ぶ場合があります。 （260℃未満）、乱流度が高く、エロージョンが発生しやすい。
2.4 腐食
低圧熱交換器のチューブが銅である場合、低添加銅チューブは深刻な漏れのため交換を余儀なくされることがよくあります。銅の腐食速度は、pH 8.5 ～ 8.8 で最も低くなります。炭素鋼には少なくとも 9.5 の pH が必要です。ボイラー給水の高い pH 値は銅管の腐食につながります。炭素鋼管束の腐食に影響を与える主な要因は次のとおりです。 酸素含有量と供給水の pH 値: 供給水中の溶存酸素が高すぎるか、pH 値が低すぎる場合、高圧管の内壁は腐食します。したがって、給水中の溶存酸素濃度は 7 pg/L を超えてはならず、pH 値は 9.3 ～ 9.6 に維持する必要があります。シェル側に酸素があると、管束の外壁に酸素腐食が発生します。銅の析出: 孔食、孔食を引き起こす可能性があります。温度は炭素鋼表面の FE3O4 酸化膜の形成に影響します。一般に、FE3O4 酸化膜は 260℃以上の温度では比較的安定すると考えられています。この温度以下では、FE3O4 酸化膜の保護の程度は給水の pH やその他の環境要因に依存します。pHが9.6以上であれば安全です。
2.5 劣悪な素材と仕上がり
チューブの材質が良くない、チューブの厚さが均一でない、組み立て前にチューブに欠陥がある、拡張口が過度に膨張している、チューブの外側に引張損傷がある、など。
第三に、対策に取り組む
1.漏洩発生後の処置措置
漏洩が発生すると給水圧力が低下し、ボイラーへの給水量が減少します。したがって、熱交換器パイプシステムの漏れが見つかった場合は、チューブの損傷の数を減らし、損傷の程度を軽減するために、熱交換器を直ちに停止する必要があります。ユニットをシャットダウンし、GAWGA 漏れがないか確認し、取り除く方法を見つける必要があります。
端部の漏れについては、補修溶接の前に元の溶接金属を削り取り、熱応力を除去するために適切な熱処理を行う必要があります。パイプ自体の漏れの場合は、パイプの漏れの形状と位置を確認します。最初にパイプバンドルをチェックし、適切なパイププラグプロセスを選択して、パイプの両端をプラグします。どのような栓抜き技術を使用する場合でも、栓抜きの品質を確保するには、詰まったパイプの端をよく処理して、管板と穴を丸くきれいにし、プラグとの接触面を良好にする必要があります。管と管板の接合部に亀裂や浸食が発生した場合、プラグを管板に密着させるために、元の管材料と溶接金属を最後に除去する必要があります。
2. 予防措置
2.1 ポートの漏れに対する注意事項
熱交換器には十分な厚さの管板があり、良好なパイプ穴加工、表面溶接、パイプ拡張、溶接プロセス、熱交換器の開始時と停止時の温度上昇率、温度降下率が規定を超えていないことが必要であり、水側過圧を防ぐための安全弁、正しいパイプ詰まりプロセスを行うためのメンテナンスが必要です。
2.2 配管自体の漏洩防止対策
(1) エロージョンを防止し、シェル側の蒸気やドレンの流量を制限し、冷却部でのフラッシュを防止するための措置。蒸気冷却セクションの出口に蒸気の十分な過熱が残るようにする。プレートがしっかりと固定され、十分な面積があることを確認します。素材が良いこと。シェル側の水位を正常に保ち、低水位または無水位運転を禁止します。
(2) 配管の振動防止対策、高圧側に蒸気側安全扉の設置、胴側の蒸気またはドレンの流量制限、胴側の流量を低減するための十分な配管間隔一方、チューブの衝突や摩擦による損傷の可能性が減ります。つまり、チューブ束の自由セクションの長さが制限されます。
(3) 給水管入口の防食対策、配管側または配管側の流体の流速は、対流熱伝達係数の値に影響を与えるだけでなく、汚れの耐熱性にも影響を与えます。総熱伝達率に影響を与えるため。特に沈殿物や堆積しやすい粒子を含む流体の場合、流量が低いと配管閉塞を引き起こす可能性があり、装置の使用に重大な影響を及ぼします。ただし、流速が増加すると圧力損失が大幅に増加します。したがって、適切な流量を選択することが非常に重要です。給水流量が制限されている場合、熱交換器の列が停止したり、チューブの詰まりが多いと、チューブ内の流量は明らかに増加します。 給水の酸素含有量は 7 μg/l に制御されます。 、給水のｐＨ値は９．２〜９．６に制御される。
(4) 防食対策
応力を除去するには、外部応力、残留応力、溶接応力、腐食生成物によって生成される応力など、さまざまな原因から応力が発生する可能性があります。材料が選択されると、ユニットは銅フリーシステムに変更されます。これは、低圧熱での不凝縮ガスを防ぐために、ユニット全体の防食と蒸気と結晶の品質の管理に有益です。熱交換器の蓄積は、ベントエアシステムの正常な動作を確保するために、始動時に、水側、蒸気側がきれいな空気、水質が適格であることを排出する必要があります。保管および輸送中の腐食を防ぐために、工場を出る前に適切な防食対策を講じる必要があります。炭素鋼管熱交換器は蒸気側、水側とも窒素封入防食方式が一般的で、それぞれ水封入、ガス封入、窒素封入の防食対策を採用し、脱気水のpH値を適切に調整しています。水辺で保護の役割を果たします。
(5) 材質・技術不良による配管漏洩の防止対策
耐浸食性を向上させるために、チューブ壁は少なくとも 2.0 mm でなければなりません。組み立てる前に、各チューブは探傷と水圧テストによって検査され、チューブ束は視覚的な欠陥がないように熱処理され、チューブシートのチューブ穴は一定の粗さ、公差、および同心度に維持される必要があります。パイプ穴の面取りまたは丸みはバリがなく滑らかである必要があります。
(6) 目詰まり防止
予防プラグを行ってください。給水流量を減らして腐食を軽減するには、管の一部を塞いで管板にある程度の大きさのバイパス孔を設けることが考えられます。この方法は国内外の多くの発電所で採用されており、熱交換器の寿命を適切に延長し、漏洩の数を減らすことができることが証明されています。
(7) プロセスの選択
熱交換器では、流体がチューブ側を通って流れ、流体がシェル側を通って流れるため、選択の一般原則は次のことを考慮することになります。
a) 汚れている、または分解しやすい材料やスケールは、掃除が簡単な側を通って流れる必要があります。直管束の場合、上記の材料は通常管の内側に入りますが、洗浄のために束が取り外せる場合は、管の外側に出ても構いません。
b) 対流熱伝達率を高めるために流量の増加が必要な流体は、チューブを通って移動する必要があります。これは、チューブ内の断面積がチューブ間の断面積よりも通常小さく、複数のチューブの長さを使用して増加させるのが簡単であるためです。流量。
c) 腐食性材料はパイプの内部に運ばれ、シェルが通常の材料で作られるようにし、パイプ、管板およびヘッドのみが耐食性材料で作られるものとする。
d) パイプ内に高圧物質が入り込むため、ハウジングが高圧に耐えられなくなります。
e) 熱損失を減らすために、非常に高い温度または非常に低い温度の材料をチューブに通す必要があります。もちろん、冷却を改善するために、高温の材料シェルの移動を許可することもできます。
f) 蒸気は一般にシェル側を通過します。これは、凝縮水を排出するのに便利であり、蒸気がよりクリーンであり、その対流熱伝達係数は流量とほとんど関係がありません。
g) 粘性流体は一般にシェル側に流れます。これは、バッフルを使用して流体がシェル側に流れるとき、チャネルの断面積と流れの方向が常に変化し、低い Re 数でサージ フローを達成できるためです ( Re＞100) であり、チューブ外の流体の対流熱伝達率の向上に役立ちます。上記の点は同時に満たすことはできず、場合によっては矛盾する場合もありますが、特定の状況に基づいて主要な側面を把握し、適切な決定を下す必要があります。
