CC BY
24УДК 66
Шарафутдинов Л.Р.
магистр
Казанский национальный исследовательский технологический университет
(г. Казань, Россия)
ИССЛЕДОВАНИЕ КОЖУХОТРУБЧАТЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ С ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ ПОВРЕЖДЕНИЯМИ и дефектами кожуха
Аннотация: в статье исследуются кожухотрубчатые теплообменные аппараты с эксплуатационными повреждениями и дефектами кожуха. В работе рассматриваются причины эксплуатационных повреждений кожухотрубчатых теплообменников, дефектов кожуха, а также их профилактика и способы устранения.
Ключевые слова: теплообмен, кожухотрубчатые теплообменные аппараты, эксплуатационные повреждения, дефекты кожуха.
Газовая и нефтяная отрасли являются одними из важнейших для экономики России. Для сохранения их лидирующих позиций необходимо постоянное совершенствование существующего оборудования.
В некоторых районах Российской Федерации температура воздуха может держаться ниже 0°С на протяжении всего года, вследствие чего проблемы теплоснабжения жилых домов и производственных объектов очень актуальны. В России преобладает централизованная система теплоснабжения. В первую очередь, это связано с экономическими затратами производства тепловой энергии: они меньше, чем у децентрализованных систем теплоснабжения. Суммарная протяженность тепловых сетей в двухтрубном исчислении, по данным Министерства энергетики Российской Федерации, составляет около 183 300 километров [2, с. 131].
Практически на всех предприятиях топливно-энергетического комплекса применяется процесс теплообмена - для этого используются теплообменные аппараты различных конструкций. Наилучшим образом себя зарекомендовали кожухотрубчатые теплообменники. Принцип работы кожухотрубчатых теплообменников заключатся в создании теплообмена между жидкостями (паром, газом) с разными температурными показателями. Данные теплообменные аппараты могут применяться в широких диапазонах давлений и температур и при этом просты в эксплуатации и ремонте [5, с. 54].
Основные преимущества кожухотрубчатых теплообменных аппаратов -надежность и простота в эксплуатации. Основная их задача - нагрев большего количества теплоносителя при одинаковых габаритных размерах существующих теплообменных аппаратов [2, с. 132-133].
Однако существует и ряд недостатков кожухотрубчатых теплообменников, приводящих к эксплуатационным повреждениям и дефектам. К таким недостаткам можно отнести низкую эффективность, большие габариты, частую остановку на чистку при использовании грязного продукта. Поэтому вопрос совершенствования кожухотрубчатых теплообменных аппаратов является актуальным.
Один из важных недостатков - склонность к зашламлению. При этом изначально установившаяся тенденция замены кожухотрубчатых теплообменников на пластинчатые, с целью снижения эксплуатационных затрат, обратилась в настоящее время к обратному переходу к кожухотрубчатым теплообменникам. Это связано с тем, что в пластинчатых теплообменниках скорость движения теплоносителя значительно ниже, чем в кожухотрубчатых, а значит, они более склонны к образованиям отложений и зашламлению. В связи с этим, актуальным становится вопрос снижения эксплуатационных затрат кожухотрубчатых теплообменников, а также повышения их энергетической эффективности [1].
Самая простая конструкция данного типа - с неподвижным пучком труб. Он состоит из корпуса и вмонтированного в него пучка трубок малого диаметра, концы которых развальцованы в решетках. Однако эта конструкция имеет недостатки: плохую передачу тепла из-за малых скоростей, а также возможные нарушения целостности развольцовки в связи с нагревом теплообменника и жестким креплением трубок [3, с. 101].
Основные элементы кожухотрубчатых теплообменников - корпус, трубные решетки, пучки труб малого диаметра, крышки, патрубки, элементы компенсации напряжений.
Кожухотрубчатый теплообменник считается исправным, если он обеспечивает максимально возможную величину тепловой нагрузки при эксплуатационных параметрах при минимальных гидравлических потерях, а также герметичность полостей с теплоносителями, предотвращая их попадание в окружающую среду или смешение. Воздействие эксплуатационных факторов в течение длительного времени может оказывать негативное влияние и вызывать снижение рабочих параметров и ухудшение его технического состояния (постепенное или внезапное) вплоть до отказа.
Нарушение герметичности рабочих полостей может быть вызвано эрозионным и коррозионным воздействием теплоносителей или окружающей среды, усталостью металла, наличием вибрации, различными внешними механическими воздействиями, гидравлическими ударами [4, с. 47].
Кожухотрубчатые теплообменники относятся к категории долговечных надежных аппаратов, так как способны выдерживать длительные контакты с агрессивными жидкостями и значительные гидроудары. Неисправности кожухотрубных теплообменников зачастую бывают связаны с несвоевременным проведением профилактических работ (рекомендуется производить их через каждые 50-1500 производственных часов), а также несоблюдением эксплуатационных требований. Вследствие неквалифицированного обращения может произойти разгерметизация труб, наступающая из-за износа
прокладочного материала, а также другие, более серьезные поломки. Помимо прочего, частой проблемой становится падение температуры в теплообменнике.
Отметим, что часто встречающейся причиной повреждений кожухотрубчатых теплообменников является коррозионное разрушение металла труб, при этом примерно четверть всех повреждений связана с внутренней язвенной коррозией. Это следствие многолетнего применения устаревших конструкционных материалов, технологического и технического несовершенства применяемых методов обработки воды, а также низкого уровня технической эксплуатации. Коррозия и загрязнения увеличивают термическое сопротивление теплопередающих стенок и тем самым ухудшают характеристики теплообменных аппаратов. Загрязнение случается чаще всего по причине несовершенства обработки поверхностей и появления шероховатости на теплообменных поверхностях, а также загрязненности рабочих жидкостей; коррозия является следствием использования некачественных конструкционных материалов и агрессивности рабочих сред.
Так, кожухотрубчатые теплообменники могут иметь различные эксплуатационные повреждения. Назовем наиболее распространенные дефекты теплообменников, вышедших из строя.
1. Сквозная коррозия камер или корпуса. Эту проблему можно решить путем подварки или установки заплатки либо изготовления новой камеры или корпуса.
2. Засорение по трубкам или по межтрубному пространству. Исправить ситуацию можно с помощью химической или механической очистки.
3. Покрытие известью или накипью, а также иными отложениями межтрубного пространства либо самих трубок. Проблема решается путем очистки с помощью специальных химических средств.
4. Сквозная коррозия трубок: возникает вследствие неправильно подобранного материала трубок или из-за длительного использования теплообменника, а также непосредственной коррозии.
* *
Рис. 1. Сквозная коррозия трубок
Эту проблему можно решить путем высверливания трубки и установки новой, а также с помощью зачистки и заваривания (заглушки) трубки. При этом необходимо помнить, что при установке заглушек важно соблюдать требования с учетом возросшего сопротивления. Учитывая причины возникновения сквозной коррозии, надо понимать, что с большой вероятностью в ближайшее время могут начать выходить из строя и следующие трубки.
Зачастую при возникновении сквозной коррозии наиболее эффективным методом решения проблемы является простая замена трубного пучка (изготовление нового трубного пучка). Это бывает особенно актуальным, если повторный дефект на трубках возник вскоре после первой поломки.
5. Вырывание трубок из трубных досок: возникает по причине неравномерного расширения корпуса и трубок.
Рис. 2. Вырывание трубок из трубных досок
Если устанавливаются заглушки на дефектные трубки, важно учитывать, что сопротивление данной трассы возрастает и немного ухудшается теплообмен. Чаще всего кожухотрубчатые теплообменники рассчитаны так, чтобы без сильного влияния на технический процесс можно было заглушить примерно до 10% трубок. Однако этот вопрос надо изучать отдельно в каждом исследуемом случае. Необходимо помнить, что, в зависимости от конструктивных особенностей кожухотрубчатых аппаратов, их ремонт может быть затруднен [4, с. 47-48].
Отметим, что самый простой способ предупреждения неисправности кожухотрубчатого теплообменника - ежедневный визуальный контроль, позволяющий узнать о дефектах. Он должен производиться по установленному регламенту. Помимо этого, важно проверять текущие показатели приборов (термометров, манометров и другой контролирующей аппаратуры). Они могут косвенно указать на сбои в работе системы. Нередко проблемы приобретают комплексный характер и требуют глобальной диагностики и проверки компонентов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Курдюков С.Ю., Макеев А.Н. К вопросу организации импульсной циркуляции в системе горячего водоснабжения с кожухотрубчатым теплообменником // Огарёв-ОпЛпе. 2014. №23 (37).
2. Кущев Л.А., Никулин Н.Ю., Овсянников Ю.Г., Алифанова А.И. Современные способы интенсификации работы кожухотрубных теплообменных аппаратов систем теплоснабжения // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2018. №2 (25). С. 130-140.
3. Ташева Д.И. Теплообменные аппараты в переработке нефти // Инновационная наука. 2017. №2-1. С. 101-103.
4. Хасанов И.И., Попов Д.М. Прогнозирование остаточного ресурса паровых труб с применением неразрушающих методов контроля // НефтеГазоХимия. 2022. №1-2. С. 46-52.
5. Юсупов И.М. Сравнительная оценка кожухотрубчатых теплообменников с сегментными и винтовыми перегородками // Инновационная наука. 2019. №12. С. 54-56.
Sharafutdinov L.R.
Master
Kazan National Research Technological University (Kazan, Russia)
INVESTIGATION OF SHELL-AND-TUBE HEAT EXCHANGERS WITH OPERATIONAL DAMAGE AND CASING DEFECTS
Abstract: the article examines shell-and-tube heat exchangers with operational damages and casing defects. The paper discusses the causes of operational damage to shell-and-tube heat exchangers, casing defects, as well as their prevention and methods of elimination.
Keywords: heat exchange, shell-and-tube heat exchangers, operational damage, casing
defects.
