PDF《管壳式闭式水换热器泄漏处理》

71 管壳式闭式水换热器泄漏处理 尹浩 徐刚 东方电气股份有限公司, 成都

610036 摘要: 海外电站建设中关键设备的设计、 制造疏忽等往往会对现场工作乃至整个项目不利, 导致拖延项目工期, 增加项目 成本.

本文介绍了印尼某电厂闭式循环水系统管壳式闭式水换热器的泄漏问题及其分析和修复过程, 供海外建设项目的同 行借鉴参考. 关键词: 泄漏;

管壳式闭式水换热器;

现场处理 中图分类号: TM621.

7 文献标识码: B 文章编号: 1001-9006(2016)01-0071-06 Management of Leakage of CCCW Tube-and-shell Heat Exchanger YIN Hao, XU Gang ( Dongfang Electric Co. , Ltd. , 610036, Chengdu, China) Abstract: During Construction of overseas projects, negligence or errors in design and manufacturing of key items of equipment may lead to very negative impact on site works, causimg delays of completion and increase of project cost. This paper analyzes the problem of leakage of CCCW tube-and-shell heat exchanger and describes steps of sorting out the leakage in a project in Indonesia. The case may provide reference for other overseas project of similiar nature. Key words: leakage;

CCCW tube-and-shell heat exchanger;

defect removal on site 收稿日期: 2015-10-22 作者简介: 尹浩(1968- ), 男,

1991 年毕业于西安交通大学热力涡轮机专业, 大学本科, 工程师. 现在东方电气股份有限公司国际工程分 公司火电一部从事项目管理工作. 印度尼西亚西爪哇海边某

3 *

315 MW 的燃煤 电厂, 其主机设备为国产东方电气集团提供的锅 炉和汽轮发电机组, 循环冷却水系统采用海水直 排方式. 自2010 年1# 机组进入单体调试和系统调 试期间, 由于闭式水换热器发生泄漏, 使机组的 整套启动和调试工作严重受阻. 为此, 项目总包 商及闭式水换热器的制造厂一起从设备的设计、 制造和运行多角度进行了深刻分析, 找到原因, 处理了问题并对 2# 、 3# 机组的同样设备采取了预防 措施, 保证后续工作的正常进行.

1 闭式水冷却系统简介 闭式循环冷却水系统的功能是向汽轮机、 锅炉、 发电机的本体辅机及电厂的辅助设备等提供 冷却水. 该系统为一闭式回路, 用开式冷却水系 统中的海水流经闭式循环冷却水热交换器来冷却 闭式循环冷却水系统中的冷却水. 闭式循环水系统采用除盐水作为系统工质, 用除盐水输送泵向闭式循环冷却水高位水箱(膨胀 水箱)及其系统的管道注水, 然后通过闭式循环冷 却水泵在该闭式回路中做循环. 闭式循环水系统 主要包括

2 台100% 容量的闭式循环冷却水泵、 闭 式冷却水热交换器、

1 台膨胀水箱、 冷却水用户及 配套的电动闸阀、 截止阀等设备. 系统的简要流 程如下图

1 所示. 闭式循环水冷却 水系统的水泵和换热器按 一运一备 设置, 即1台闭式循环水泵和

1 台闭 式循环冷却水热交换器可满足机组 VWO 工况的 需求. 闭式水换热器的规范如表 1.

72 注: 1. 电动闭式循环冷却水泵 2. 闭式水换热器 3. 开式水 (海水)出口 4. 开式水(海水)入口 图1闭式冷却水系统图 表1闭式水换热器规格参数 参数 管侧 壳侧 流体 海水 除盐水 流量/ (t ・ h -

1 )

3 046

1 800 进口温度/ ℃ 30.

5 50 出口温度/ ℃ ≥37 ≤39 运行压力/ MPa(g) 0.

3 0.

6 ~ 0.

7 设计压力/ MPa(g) 0.

5 0.

8 压头损失/ mH2 O ≤6 ≤12 总换热管(钛管)数量/ 根2068 备用管子/ 根103 清洁系数/ 根0.

85 换热面积/ m2

935 注: 经过计算, 实际备用管子数量为 8. 25% (170 根)

2 闭式水换热器出现的问题 2.

1 换热器泄漏问题 本电厂 1# 机组在海水冷却水通水、 闭式冷却 水系统投运以后不久, 发现闭式冷却水换热器发 生泄漏. 在切换备用换热器后打开问题换热器的 前端管箱人孔门, 发现以下情况. (1)个别换热管的泄漏成水柱状流出, 检测确 定为除盐水, 可以判断是壳侧的除盐水通过破裂 的换热管泄漏出来. (2) 有少许水流从换热管的管口焊接部位渗 出, 检查发现是换热管管口胀管部位因振动而开 裂, 继而对其他管口部位检查, 发现个别胀管质 量不合格. 根据常规处理换热器泄漏的方法, 采用从换 热管两端用堵头封堵的形式处理, 并且在封堵后 对换热器壳侧分别进行气压和水压. 气压用压缩 空气升压到 0.

3 MPa, 然后用肥皂水检查无泄漏;

水压升到设计压力的 1.

25 倍(1.

0 MPa) 后检查无 泄漏. 将换热器重新投运后不到

1 周时间, 发现换 热器再次发生泄漏, 且泄漏的换热管就在上次堵 管区域附近, 重复堵管和水压试验后投用不久, 又多次出现泄漏问题, 如图

2 所示. 图2泄露及前期修复的情况 重复处理, 问题仍未最终解决, 1# 机组

2 台换 热器 1A 和1B 发生泄漏的管数分别达到

63 根和

35 根. 由于闭式水换热器不断发生泄漏, 给机组的 单体调试和系统联调带来了很大的影响, 甚至造 成了试运工作的中断, 直接影响了项目进度. 2.

2 换热器衬胶破损问题 由于开式循环冷却水为海水, 腐蚀性较大, 闭式水换热器除管板用的是钛复合板外, 两端的 端盖与海水接触的部分材质为碳钢. 为了防止海 水腐蚀, 在端盖内侧进行衬胶防腐. 在现场对换 热器两端的端盖进行检查时, 发现衬胶开裂和破 损严重, 见图 3. 在极端的情况下, 一大块衬胶整体脱落堵塞 了一半的换热器管, 造成换热效率急剧降低, 闭 式水温度猛升至

46 ℃, 使大量辅机因冷却水温过 高而报警或者跳闸.

3 问题的原因分析 3.

1 换热器泄漏的原因 起初分析泄漏是由于工厂在换热管材料采购、 加工和组装过程中的个体质量控制原因, 但随着 工作的进一步开展, 发现其它的闭式水换热器也

73 图3换热器端盖衬胶破损情况 发生类似问题, 并且也在同样区域. 进一步研究 内部结构图纸和设计, 并经过分析对比, 看到泄 漏区域主要集中在

2 个地方: 换热器的除盐水入口 侧且靠近防冲板边沿的上下

2 部分区域, 如图

4 所示. 注: 1. 除盐水入口 2. 壳侧除盐水流方向 3. 换 热管集中损坏区域 4. 防冲板 图4闭式水换热器剖面图 换热器中防冲板的设计是为了防止换热器的 入口处(除盐水侧) 水流流速较快造成的冲击力过 大, 避免换热管受损破裂. 现场发现实际损坏的 换热管均位于防冲板的上下出口区域, 也就是意 味着除盐水从入口进入换热器壳侧后, 遇到防冲 板就分成上下

2 部分, 在防冲板出口区域冲击换热 管, 造成换热管的振动、 相互碰撞而破损. 为了验证这样的的推测, 现场要求工厂从设 计角度彻底分析产品泄漏原因, 工厂在核算设备 强度满足安全要求后, 决定使用 Fluent 软件对壳程 流体流场进行分析, 对可能造成换热管破坏的结 构进行局部改造, 以便彻底解决泄漏问题. Fluent 软件包含了工程上常用的多种湍流模型, 工厂委托 山东大学热能动力专业, 利用 ANSYS Fluent 12.

0 版 本根据电厂系统设计进行数据建模, 通过软件进 行流体力学分析, 发现软件找出受力比较集中的 部分, 跟损坏的部分基本吻合. 采用 Fluent 软件对换热器的介质流动进行分析 时, 首先采用多孔介质模型模拟换热器列管结构, 根据列管布置结构及运行条件, 确定了相应的流 体流动阻力系数, 建立的模型如图

5 所示. 注: 右侧为防冲板 图5Fluent 模型 经过换热器壳侧(除盐水侧) 的流场分析, 得 出在换热器除盐水入口防冲板边缘区域的流速最 大, 约4~5m/ s, 其余区域流速为

1 ~

3 m/ s, 如图6所示. 注: 右侧上下部位对应防冲板的上下出口部位 图6换热器内壳侧的流速分布

74 根据入口处壳程横截面流体速度分析,

3 个不 同截面的流速分布规律基本相似. 靠近入口接管 的纵向截面速度分布如图

7 所示. 图7换热器内入口接管的纵向截面速度分布 经过换热器内流场的分析, 得出换热器内流 速最快的区域位于除盐水入口侧的防冲板上下出 口区域, 也就是实际中换热管发生泄漏的区域. 由此可以判定, 换热管发生泄漏的原因在于局部 水流速度过快, 从而对换热管造成冲击和振动过 大乃至相互碰撞, 发生破裂损坏. 破裂后的换热 管在随后的运行中, 极有可能断裂, 由于换热管 为钛材质, 具有极大的脆性和硬度, 其断裂的不 规则裂口, 将会割坏其余尚好的换热管, 从而造 成换热管受损区域继续扩大. 另外, 在最初的常规堵管方案中, 换热器顺 利通过了水压试验, 由于水压试验为一种静态的 承压, 换热管不会出现损坏情况, 这同样可由换 热器的流场分析结果来解释. 造成此种情况的原 因是在制造换热器的时候除盐水入口处的防冲板 的位置设计不合理, 不能对入口处的全部换热管 进行有效的保护. 3.

2 端盖内部衬胶破损的原因 由于电厂正处在调试阶段, 所以换热器投用 时间不长, 对端盖金属部分没有造成太大的腐蚀. 经过检查发现衬胶破损和开裂区域主要集中在海 水出水的一侧. 在实际运行中, 这一侧很容易由 于回水管内的负压的影响, 对衬胶起到一个不断 拉扯的作用, 从而使得衬胶脱落. 另外, 还发现衬胶的胶皮材质较硬(采用材质 为天 然硬质胶板, 现场检测硬度达到85 ( 邵氏D)), 极易发生脆化, 这也是衬胶开裂的一个重要 原因.

4 采取维修措施 换热器设备已经投运, 重新更换和布置防冲 板需要将整个换热器解体, 需要

2 ~

3 月时间, 会 对整个项目造成

3 个月的延误. 在涉外项目中, 拖延3个月将面临天价的罚款, 为了尽快将换热器投 入正常的使用, 只能采用局部维修的办法. 4.

1 换热器泄漏的修复措施 经过分析得知换热管损坏的主要原因是流速 过高造成的冲击和振动, 因此将受冲击区域的换 热管进行加固, 增强其抗冲击和抗振动能力, 则 问题就迎刃而解. 为此, 经过技术分析, 决定采 用厚壁钢管将换热管内部支撑住, 提高其刚度, 两端用钛堵头进行封焊. 同时为避免换热器在投 运和备用切换的过程因........