info@imp-trade.com
Ремонт та модернізація теплообмінників.
Технологія CTI для ремонту та модернізації кожухотрубних теплообмінників за допомогою металевих трубних вставок.
Зазвичай більшість ушкоджень у трубах теплообмінників, що використовуються на промислових підприємствах, відбувається на першій (150 мм) ділянці трубного пучка. Ушкодження труб виявляються у вигляді потонання труби, утворення канавок, точкової корозії, тріщин, що зрештою може призвести до витоку та збою в роботі трубного пучка (мал. 1).
Мал. 1. Корозійні ушкодження труб теплообмінників
а – на зовнішній поверхні;
б – на кінцевих ділянках;
в – щілинна корозія
У минулому цю досить локалізовану проблему було вирішено шляхом повної заміни труб, навіть незважаючи на те, що понад 95% довжини трубного пучка залишалося непошкодженим. У деяких випадках пучок могли «врятувати», вкоротивши теплообмінник, але при цьому зменшувалася площа теплопередавальної поверхні.
Будь-яке з цих радикальних рішень є дорогим і вимагає багато часу.
У 1970-х років було розроблено нову технологію ремонту труб теплообмінників, у якій використовуються розвальцьовані металеві дублери трубок (щити). Цей універсальний спосіб відновлення "за місцем" (in-situ) був успішно застосований і у разі руйнування труб по всій їх довжині шляхом встановлення вставок (дублерів) на всю довжину пошкоджених труб.
Будь-яке з цих радикальних рішень є дорогим і вимагає багато часу.
У 1970-х років було розроблено нову технологію ремонту труб теплообмінників, у якій використовуються розвальцьовані металеві дублери трубок (щити). Цей універсальний спосіб відновлення "за місцем" (in-situ) був успішно застосований і у разі руйнування труб по всій їх довжині шляхом встановлення вставок (дублерів) на всю довжину пошкоджених труб.
Звичайні механізми руйнування труб теплообмінників
Ерозія кінця впускної труби поширена в охолоджувачах зі сплавів вуглецевої сталі та міді, технологічних теплообмінниках та трубках конденсаторів та обумовлена кінетичною силою рідини (або газу), особливо, якщо вона містить абразивні домішки.
На входах в теплообмінні труби зміни напрямку потоку середовища і бульбашки повітря, що утворюються, створюють сильну турбулентність, призводячи до пошкодження захисних пасивних плівок на внутрішніх поверхнях трубок. Через 150 мм довжини трубок турбулентний потік стає ламінарним, і агресивна дія середовища різко зменшується. Інші фактори, що сприяють сильній турбулентності, - неправильна форма розподільної камери (каналу) і труби, що подає.
Якщо середовищі містяться корозійні складові, то негативних наслідків для теплообмінних трубок може бути значно більше. Це так зване явище ерозія-корозія. Спільний ефект від ерозії та хімічного впливу середовища значно вищий, ніж від їхнього впливу окремо. Причиною ерозії-корозії найчастіше є корозійноактивні технологічні рідини. Однак це явище може викликати і вода, наприклад, коли теплообмінні трубки піддають впливу охолоджуючої води з домішкою сульфідів і/або аміаку.
Корозійне розтріскування під напругою (КРН) є іншим поширеним видом руйнування трубок теплообмінників. Його причиною є спільна дія напруги при розтягуванні та корозії. КРН часто відбувається на ділянці розвальцювання труб безпосередньо за трубними гратами, особливо при надмірному розвальцуванні. Форми, що найчастіше зустрічаються, - це аміачне корозійне розтріскування сплавів на основі міді, хлоридне КРН аустенітної корозійно-стійкої сталі і лужне КРН вуглецевої і легованої сталей.
Інші види корозії, які зустрічаються на кінцях трубок і з'єднаннях труба-трубні грати, – це точковий вплив та щілинна корозія. Щілинна корозія – небезпечна форма глибокого локального проникнення, яка найчастіше зустрічається в аустенітній (Cr-Ni) корозійно-стійкій сталі, яка піддається впливу хлоридів.
Швидкість як КРН, і щілинної корозії значно збільшується за підвищення температури.
Причиною руйнування на ділянках впускної решітки і кінців теплообмінних трубок можуть бути також механічні фактори (наприклад, неправильне розвальцювання труби) і погано виконані зварні шви між трубою і трубними гратами.
Мал. 2. CTI Shield/Seals - Щит CTI
Тонкостінні металеві вставки для ремонту кінців трубок (щити)
Металеві тонкостінні вставки (щити) були вперше застосовані у 1976 році. При цьому способі відновлення відбуваються захист, відновлення та герметизація пошкоджених кінців труб. Щити (мал. 2) виготовляються за спеціальними розмірами та зберігають пластичність, необхідну для розвальцювання.
Як і у випадку з встановленням труб у теплообміннику, важливо вибрати потрібний сплав для виготовлення щитів залежно від матеріалу труби, функцій теплообмінника та механізму руйнування.
Вставки виготовляються з мідних сплавів (Cu-Ni та латунь), звичайної корозійно-стійкої сталі (аустенітна, феритна, мартенситна, двофазна), надаустенітних корозійно-стійких сталей (шість молібденових сплавів) і сплавів на основі 4 276). Це дає можливість вибрати необхідний сплав для захисту від специфічних механізмів руйнувань, наприклад хлоридної точкової корозії, КРН, утворення канавок під дією аміаку та ін.
Процес установки виконують "за місцем", починаючи з чищення внутрішнього діаметра труби дротяною щіткою для герметичного ущільнення. Після продування труб стисненим повітрям вимірюють внутрішній діаметр труби для визначення вимог до розвальцювання. Потім щити вставляють у кожен кінець труби. Зовнішній кінець щита розвальцьовують з обмеженням моменту, що крутить, використовуючи звичайний інструмент для розвальцювання труб, в той час як внутрішня ділянка щита розвальцьовується з використанням механічного обмежувача, таким чином, зменшується ймовірність надмірного розвальцювання. Останнім кроком є розвальцювання кінця щита таким чином, щоб він відповідав профілю трубної решітки.
Щити встановлювалися в установці високого тиску (30 МПа) та високої температури (300°С). У деяких випадках щити могли поєднувати повністю роз'єднані труби. Відновлення труб за допомогою розвальцьованих металевих щитів є економічно доцільним способом ремонту.
Завдяки тонкостінній конструкції та можливості гідравлічного розширення щитів, площа прохідного перерізу теплообмінних трубок зменшується незначно.
Металеві тонкостінні вставки (щити) були вперше застосовані у 1976 році. При цьому способі відновлення відбуваються захист, відновлення та герметизація пошкоджених кінців труб. Щити (мал. 2) виготовляються за спеціальними розмірами та зберігають пластичність, необхідну для розвальцювання.
Як і у випадку з встановленням труб у теплообміннику, важливо вибрати потрібний сплав для виготовлення щитів залежно від матеріалу труби, функцій теплообмінника та механізму руйнування.
Вставки виготовляються з мідних сплавів (Cu-Ni та латунь), звичайної корозійно-стійкої сталі (аустенітна, феритна, мартенситна, двофазна), надаустенітних корозійно-стійких сталей (шість молібденових сплавів) і сплавів на основі 4 276). Це дає можливість вибрати необхідний сплав для захисту від специфічних механізмів руйнувань, наприклад хлоридної точкової корозії, КРН, утворення канавок під дією аміаку та ін.
Процес установки виконують "за місцем", починаючи з чищення внутрішнього діаметра труби дротяною щіткою для герметичного ущільнення. Після продування труб стисненим повітрям вимірюють внутрішній діаметр труби для визначення вимог до розвальцювання. Потім щити вставляють у кожен кінець труби. Зовнішній кінець щита розвальцьовують з обмеженням моменту, що крутить, використовуючи звичайний інструмент для розвальцювання труб, в той час як внутрішня ділянка щита розвальцьовується з використанням механічного обмежувача, таким чином, зменшується ймовірність надмірного розвальцювання. Останнім кроком є розвальцювання кінця щита таким чином, щоб він відповідав профілю трубної решітки.
Щити встановлювалися в установці високого тиску (30 МПа) та високої температури (300°С). У деяких випадках щити могли поєднувати повністю роз'єднані труби. Відновлення труб за допомогою розвальцьованих металевих щитів є економічно доцільним способом ремонту.
Завдяки тонкостінній конструкції та можливості гідравлічного розширення щитів, площа прохідного перерізу теплообмінних трубок зменшується незначно.
Мал. 3. CTI Liners- Вставка (лайнер) на всю довжину труб
Трубні вставки (дублери) на повну довжину труб
Успішне застосування щитів для усунення руйнувань кінця трубок зумовило розробку аналогічної технології ремонту, що дозволяє відновлювати труби з руйнуванням по всій довжині. Такий ремонт передбачає встановлення вставки (лайнер), що дорівнює довжині всієї труби, та її подальше гідравлічне розширення для забезпечення контакту метал-метал.
Внаслідок точкової корозії на внутрішній поверхні та утворення канавок на зовнішній поверхні, зменшення товщини стінки по всій довжині теплообмінних трубок та пошкоджень внаслідок ударної корозії у трубному пучку з'являються витоки. У таких випадках зазвичай на пошкоджені труби встановлюються заглушки. При цьому теплообмінні трубки виводяться з експлуатації.
У міру зносу теплообмінника з часом та збільшенням числа труб із встановленими заглушками починає знижуватися ефективність установки та збільшуватися витрата рідини. Якщо заглушено більше 10% труб, необхідна повна заміна трубного пучка теплообмінного апарату.
У таких випадках привабливою альтернативою стає встановлення вставок на всю довжину трубок. Завдяки регулярному відновленню заглушених труб можна забезпечити додатковий термін експлуатації теплообмінника протягом багатьох років.
Успішне застосування щитів для усунення руйнувань кінця трубок зумовило розробку аналогічної технології ремонту, що дозволяє відновлювати труби з руйнуванням по всій довжині. Такий ремонт передбачає встановлення вставки (лайнер), що дорівнює довжині всієї труби, та її подальше гідравлічне розширення для забезпечення контакту метал-метал.
Внаслідок точкової корозії на внутрішній поверхні та утворення канавок на зовнішній поверхні, зменшення товщини стінки по всій довжині теплообмінних трубок та пошкоджень внаслідок ударної корозії у трубному пучку з'являються витоки. У таких випадках зазвичай на пошкоджені труби встановлюються заглушки. При цьому теплообмінні трубки виводяться з експлуатації.
У міру зносу теплообмінника з часом та збільшенням числа труб із встановленими заглушками починає знижуватися ефективність установки та збільшуватися витрата рідини. Якщо заглушено більше 10% труб, необхідна повна заміна трубного пучка теплообмінного апарату.
У таких випадках привабливою альтернативою стає встановлення вставок на всю довжину трубок. Завдяки регулярному відновленню заглушених труб можна забезпечити додатковий термін експлуатації теплообмінника протягом багатьох років.
Мал. 4. Встановлення вставок в апарат повітряного охолодження з оребреними
трубками
трубками
Процес установки трубних вставок (лайнерів) починається з видалення заглушок та ретельного очищення трубок (гідравлічної, гідромеханічної, застосуванням різних щіток та скребків з металу та нейлону). Далі в штатні теплообмінні трубки встановлюють лайнери (мал. 3, 4) з деяким припуском по довжині, що дозволяє використовувати спеціальні насадки для подачі води та стравлювання повітря.
Мал. 5. Гідравлічне розширення вставок.
Наступний етап – гідравлічне розширення лайнерів (мал. 5). При подачі всередину лайнерів води під високим тиском (15 ... 75 МПа) відбувається збільшення їх розмірів (по діаметру на всій довжині) до зіткнення зі штатними трубками.
Гідравлічне розширення припиняється лише після повного дотику стінок лайнерів зі стінками штатних трубок із необхідним натягом. Незважаючи на високий тиск, створюваний усередині лайнерів, технологія гідравлічного розширення практично унеможливлює ризик пошкодження штатних трубок. Далі лайнери підрізають, фрезерують та розвальцьовують відповідно до ТУ.
Визнані непридатними заглушені попередньо труби повертаються в експлуатацію.
Тонкостінні металеві вставки ефективно використовуються протягом більш ніж 35 років для відновлення труб, що вийшли з ладу і повернення в експлуатацію трубок теплообмінників у всьому світі.
Завдяки широкому спектру сплавів, придатних для виготовлення трубних вставок, за допомогою цього недорогого способу можна продовжувати термін експлуатації теплообмінників у корозійному середовищі та в умовах високої температури та тиску.
В даний час найчастіше в проект нових теплообмінників також входить методика встановлення щитів і вставок повної довжини.
Гідравлічне розширення припиняється лише після повного дотику стінок лайнерів зі стінками штатних трубок із необхідним натягом. Незважаючи на високий тиск, створюваний усередині лайнерів, технологія гідравлічного розширення практично унеможливлює ризик пошкодження штатних трубок. Далі лайнери підрізають, фрезерують та розвальцьовують відповідно до ТУ.
Визнані непридатними заглушені попередньо труби повертаються в експлуатацію.
Тонкостінні металеві вставки ефективно використовуються протягом більш ніж 35 років для відновлення труб, що вийшли з ладу і повернення в експлуатацію трубок теплообмінників у всьому світі.
Завдяки широкому спектру сплавів, придатних для виготовлення трубних вставок, за допомогою цього недорогого способу можна продовжувати термін експлуатації теплообмінників у корозійному середовищі та в умовах високої температури та тиску.
В даний час найчастіше в проект нових теплообмінників також входить методика встановлення щитів і вставок повної довжини.