Was tun bei einem Leck im Wärmetauscher? Dieser Text erklärt Ihnen die Ursachen für das Lecken sowie die Gegenmaßnahmen

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Undichtigkeiten an Wärmetauschern führen häufig zum Stillstand der gesamten Anlage. Dies beeinträchtigt nicht nur die Wirtschaftlichkeit der Produktion, sondern stellt oft auch eine direkte Bedrohung für den sicheren Betrieb des Hauptaggregats oder anderer Anlagenteile dar – im schlimmsten Fall kann es sogar zu schweren Schäden an der Anlage kommen. Einführung in Rohrbündelwärmeaustauscher: Rohrbündelwärmeaustauscher sind derzeit die am häufigsten verwendeten Wärmeaustauschgeräte. Im Vergleich zu mehreren anderen Typen von Trennwand-Wärmeaustauschern ist die Wärmeübertragungsfläche, die pro Volumeneinheit des Geräts zur Verfügung steht, deutlich größer; außerdem ist die Wärmeübertragung effektiver. Ein Rohrwallwärmeaustauscher besteht aus Rohren, Rohrplatten, Baffle-Platten, Gehäuse sowie Enddeckeln (Rohrboxen). Beim Wärmeaustausch tritt ein Fluid über das Verbindungsrohr am Kopfstück ein, fließt durch die Rohre und verlässt sie anschließend über das Auslassrohr am anderen Ende des Kopfstücks. Dies wird als Rohrdurchgang bezeichnet ； Eine andere Flüssigkeit gelangt über einen Anschluss am Gehäuse hinein und tritt an einem anderen Anschluss des Gehäuses wieder aus; dies wird als Schalenseite bezeichnet. Ursachen für Lecks in Rohrwärmeübertragern Bei Rohrwärmeübertragern lassen sich die Lecks im inneren Rohrsystem hauptsächlich in Lecks an den Rohren selbst und Lecks an den Anschlüssen der Rohre einteilen. Ursachen für Lecks an den Anschlüssen der Wärmeaustauscherrohre: 1. Zu große thermische Belastung – Bei der Nutzung von Rohr-Wärmeaustauschern führen die unterschiedlichen Temperaturen der kalten und heißen Flüssigkeiten dazu, dass sich die Temperaturen der Gehäuse und der Rohrwände voneinander unterscheiden. Dieser Unterschied führt zu einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung des Gehäuses und der Rohre. Wenn die Temperaturdifferenz zwischen den beiden groß ist, kann dies dazu führen, dass die Rohre verbogen werden oder dass sie aus ihren Befestigungen gerissen werden – im schlimmsten Fall wird dadurch der gesamte Wärmetauscher zerstört. Dazu muss man strukturell die Auswirkungen der Wärmeausdehnung berücksichtigen und verschiedene Kompensationsmethoden anwenden. Während des Start- und Stopvorgangs des Wärmetauschers überschreiten die Temperatursteigerungs- und -abfallraten die zulässigen Werte. Dadurch werden die Rohre sowie die Rohrplatten des Hochdruckwärmetauschers starken thermischen Belastungen ausgesetzt. Dies kann zu Schäden an den Verbindungsstellen der Rohre und Rohrplatten führen – beispielsweise an den Schweißnähten oder Verbindungen durch Dehnung. Infolgedessen kann es zu Leckagen kommen. 2. Verformung der Rohrplatte: Dabei handelt es sich hauptsächlich um Verformungen, die während der Bearbeitung der Rohrplatte entstehen. Da die Rohre mit der Rohrplatte verbunden sind, kann eine Verformung der Rohrplatte dazu führen, dass es zu Undichtigkeiten an den Rohrenden kommt. Fehlerhafte Verrohrungstechnik: Üblicherweise werden kegelförmige Stopfen zur Verrohrung verwendet. Beim Einschlagen des kegelförmigen Stöpsels ist auf angemessenen Druck zu achten ； Die Schlagkraft ist zu groß, wodurch die Rohröffnungen verformt werden. Dies beeinträchtigt die Verbindungen zwischen den benachbarten Rohren und dem Rohrplatten. Dadurch entstehen Schäden, die wiederum zu neuen Leckagen führen können. Während des Schweißvorgangs können eine unzureichende Vorwärmung sowie eine ungünstige Position und Größe der Schweißnaht zu Beschädigungen an den Verbindungsstellen zwischen den benachbarten Rohren und dem Rohrbündel führen. Wenn andere Methoden zur Verstopfung der Rohre verwendet werden, wie zum Beispiel das Aufblähen der Rohre oder die Sprengung zur Verstopfung, kann bei unsachgemäßer Durchführung ebenfalls ein Leck an den benachbarten Rohranschlüssen entstehen. Daher sollte ein strenger Verstopfungsprozess befolgt werden. Ursachen für Lecks in den Rohren des Wärmetauschers: 1. Abtrag durch Strömung – Eine Ursache ist, dass, wenn die Geschwindigkeit der Dampfströmung hoch ist und die Dampfströmung große Wassertropfen enthält, die Außenwand der Rohre durch die Strömung von Dampf und Wasser abgetragen wird. Dadurch werden die Rohrwände dünner, es können Löcher entstehen, oder die Rohre können unter dem Druck des Zuleitwassers platzen. Ein weiterer Grund ist der direkte Einfluss von Dampf oder Hydrophoben. Wegen unangemessener Materialien und Befestigungsmethoden der Stoßschutzplatten. Während des Betriebs zerbricht oder löst sich ab und verliert seine schutzwirkende Funktion gegen Erosionsschäden ； Die Fläche der Prallplatte ist nicht groß genug; die Wassertropfen bewegen sich mit dem Hochgeschwindigkeitsluftstrom und treffen auf den Rohrbündel außerhalb der Prallplatte ； Die Distanz zwischen dem Gehäuse und dem Rohrbaum ist zu gering, wodurch die Dampfgeschwindigkeit an der Eintrittsstelle sehr hoch ist. 2. Schwingungen der Rohre: Unter Bedingungen wie zu niedriger Speisewassertemperatur oder Überlastung der Anlage kann der Dampfstrom und die Strömungsgeschwindigkeit zwischen den Wärmetauscherrohren erheblich über die Auslegungswerte hinausgehen. In diesem Fall beginnt das relativ elastische Rohrbündel unter dem Einfluss der Störkräfte des Fluides auf der Gehäuseseite zu schwingen. Wenn die Frequenz der Anregungskraft mit der natürlichen Schwingungsfrequenz des Rohrbündels oder einem Vielfachen davon übereinstimmt, kommt es zur Resonanz des Rohrbündels. Dadurch vergrößert sich die Amplitude der Schwingungen, wodurch die Verbindungsstellen zwischen den Rohren und dem Rohrblatt wiederholt belastet werden und letztendlich zum Versagen des Rohrbündels führen. Erosion am Eingang der Wasserzufuhrrohre: Die Erosionsbeschädigungen am Eingang der Rohre treten nur in Wärmeaustauschern aus Kohlenstahl auf. Es handelt sich dabei um einen Schadensprozess, der durch die Kombination aus Erosion und Korrosion entsteht. Der Mechanismus besteht darin, dass die auf der Rohrwand entstehende Oxidschicht durch das stark turbulent fließende Wasser zerstört und weggetragen wird – dadurch geht das Metall kontinuierlich verloren. Was letztendlich zum Versagen der Rohre führt. Wenn das Rohrmaterial des niederdruckigen Wärmetauschers Kupfer ist, müssen die Kupferrohre im Niederdruckbereich aufgrund starker Leckagen oft ausgetauscht werden. Bei einem pH-Wert von 8,5–8,8 ist die Korrosionsrate von Kupfer am geringsten. Für Kohlenstoffstahl muss der pH-Wert mindestens 9,5 betragen. Der zu hohe pH-Wert des Kesselwassers führte zur Korrosion der Kupferrohre. 5. Schlechte Materialqualität und Verarbeitung: Das Material der Rohre ist von schlechter Qualität; die Wandstärke der Rohre ist ungleichmäßig. Vor dem Zusammenbau weisen die Rohre bereits Defekte auf. Die Ausdehnungsstellen der Rohre sind überdehnt, außerdem gibt es Zugspuren an der Außenseite der Rohre. Unter abnormalen Betriebsbedingungen im Wärmetauscher kann dies dazu führen, dass zahlreiche Rohre beschädigt werden. Maßnahmen zur Behebung von Leckagen an Rohrbündelwärmeaustauschern – Maßnahmen nach Auftreten einer Leckage: Bei einer Leckage sinkt der Speisewasserdruck, wodurch die Menge des zum Kessel gelangenden Speisewassers abnimmt. Daher muss bei Feststellung eines Lecks im Rohrleitungssystem des Wärmetauschers dieser unverzüglich abgeschaltet werden, um die Anzahl der beschädigten Rohre zu verringern und das Ausmaß des Schadens zu minimieren. Wenn die Anlage stillgelegt wird, muss überprüft werden, ob es Lecks im Hochdruckwärmer gibt, und Maßnahmen ergriffen werden, um diese zu beseitigen. Bei Portleckagen sollte das vorhandene Schweißgut abgekratzt und anschließend nachgeschweißt werden; außerdem ist eine geeignete Wärmebehandlung erforderlich, um thermische Spannungen zu beseitigen. Bei Leckagen am Rohr selbst muss zunächst die Art und der Ort des Lecks im Rohrbündel ermittelt werden; danach ist ein geeignetes Verfahren zur Rohrverstopfung auszuwählen, um beide Enden des Rohrs zu verschließen. Unabhängig von der verwendeten Verfahrensweise zur Abdichtung der Rohre muss die Endstelle des zu abdichtenden Rohres gründlich bearbeitet werden, um die Qualität der Abdichtung zu gewährleisten. Dadurch werden die Rohrplatten sowie die Rohröffnungen glatt und sauber, wodurch eine gute Kontaktfläche zum Abdichtungselement entsteht. Falls es an der Verbindung zwischen Rohr und Rohrplatte Risse oder Abnutzungen gibt, muss das ursprüngliche Rohrmaterial sowie das Schweißmetall an den Enden entfernt werden, damit der Stopfen eng mit der Rohrplatte in Berührung kommt. Vorbeugungsmaßnahmen gegen Leckagen an Wärmetauschern: 1. Vorbeugungsmaßnahmen gegen Leckagen an Rohrenden. Neben einer ausreichend dicken Rohrplatte sowie ordnungsgemäßer Bearbeitung der Rohrlöcher, Aufschweißverfahren und Rohrbördelung bzw. Schweißverfahren muss bei der Betriebsweise sichergestellt werden, dass die Temperaturanstiegs- bzw. -abfallrate beim Start und Stopp des Wärmetauschers die vorgegebenen Grenzwerte nicht überschreitet. Auf der Wasserseite müssen Sicherheitsventile zur Verhinderung von Überdruck vorhanden sein; bei Wartungsarbeiten ist ein korrektes Verfahren zum Verstopfen von Rohren erforderlich. 2 Vorbeugungsmaßnahmen gegen Leckagen am Rohr selbst, Vorbeugungsmaßnahmen gegen Erosionsschwemmung, Begrenzung der Strömungsgeschwindigkeit von Dampf oder Kondensat auf der Rohrhülle sowie Verhindern von Flüssigkeitsverdampfung im Kondensationsbereich ； Der Dampf am Ausgang der Dampfkühlstrecke muss eine ausreichende verbleibende Überhitzung aufweisen ； Die Befestigung der Stoßplatte muss fest sein, die Fläche ausreichend groß und das Material von guter Qualität ； Halten Sie den Wasserspiegel auf der Gehäuseseite auf einem normalen Niveau – ein Betrieb bei niedrigem Wasserstand oder ohne Wasser ist nicht zulässig. Maßnahmen zur Verhinderung von Vibrationen in Rohrleitungen: Installation einer Sicherheitstür auf der Dampfseite des Hochdruckverdampfers ； Begrenzung der Strömungsgeschwindigkeit von Dampf oder Kondensat auf der Shell-Seite ； Der Abstand zwischen den Rohren muss ausreichend groß sein; dies verringert einerseits die Strömungsgeschwindigkeit auf der Schalenseite und andererseits die Wahrscheinlichkeit von Beschädigungen durch gegenseitiges Zusammenstoßen der Rohre: Die Länge des freien Abschnitts des Rohrbündels wird begrenzt. Maßnahmen zur Verhinderung von Erosion am Eintrittsende des Rohres für die Wasserzufuhr: Die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Rohr wirkt sich nicht nur auf den Wert des konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten aus, sondern auch auf den Widerstand gegen die Bildung von Ablagerungen – und somit auf die Größe des gesamten Wärmeübergangskoeffizienten. Es ist sehr wichtig, eine geeignete Strömungsgeschwindigkeit zu wählen. Die Begrenzung der Speisewassergeschwindigkeit sowie das Abschalten eines Wärmetauschers oder eine hohe Anzahl verstopfter Rohre in einem Wärmetauscher führen beide zu einer deutlichen Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Rohr. In solchen Fällen sollte ein Teil des Speisewassers über einen Umgehungskreislauf in den Kessel geleitet oder die Last des Kraftwerks reduziert werden. Maßnahmen zur Korrosionsprävention: Entfernung von Spannungen. Spannungen können aus verschiedenen Quellen stammen, wie z. B. äußeren Spannungen, Restspannungen, Schweißspannungen sowie Spannungen, die durch Korrosionsprodukte entstehen. Bei der Materialauswahl wird die Anlage zu einem kupferfreien System, was sowohl der Korrosionsschutz der gesamten Anlage als auch der Kontrolle der Dampfqualität zugutekommt ； Es muss ein ordentliches Entlüftungssystem vorhanden sein. Bei der Verbindung der Rohre wird in der Regel empfohlen, nicht eine serielle Anordnung der Komponenten zu verwenden, um zu verhindern, dass sich nicht kondensierbare Gase in den Wärmeaustauschern mit niedrigem Druck ansammeln ； Es muss sichergestellt werden, dass das Entlüftungssystem ordnungsgemäß funktioniert. Beim Start müssen die Luftblasen auf der Wasserebene sowie auf der Dampfebene beseitigt werden. Die Qualität des Zulaufwassers muss zudem einwandfrei sein ； Bei der Auslieferung müssen gute Korrosionsschutzmaßnahmen vorhanden sein, um eine Korrosion während des Transports und der Lagerung zu verhindern. Bei Wärmeaustauschern aus Kohlenstoffstahl wird in der Regel eine Stickstofffüllung auf der Dampfseite sowie auf der Wasserseite verwendet, um Korrosion zu vermeiden ； Wenn der Wärmetauscher stillgelegt wird, werden je nach Dauer der Stilllegung in der Regel Korrosionsschutzmaßnahmen wie Befüllung mit Wasser, Dampf oder Stickstoff angewandt. Zudem wird auf der Wassenseite der pH-Wert des Entoxidationswassers entsprechend angepasst, um einen Schutzeffekt zu erzielen. Präventive Maßnahmen gegen Lecks in Rohren durch minderwertige Materialien und Herstellungsverfahren: Die Rohrwand sollte mindestens 2,0 mm dick sein, um eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb zu gewährleisten. Vor dem Zusammenbau müssen jede Rohrleitung auf Mängel überprüft und einem Drucktest unterzogen werden ； Die Rohrbündel müssen wärmebehandelt sein und dürfen keine sichtbaren Defekte aufweisen ； Die Rohröffnungen im Rohrplatte müssen eine bestimmte Rauheit, Toleranz und Konzentriertheit aufweisen. Die Kanten der Rohröffnungen sollten glatt sein, ohne Kanten oder Späne. Präventive Verstopfung: Es wird eine präventive Verstopfung durchgeführt. Es wird empfohlen, während ein Teil der Rohre verstopft wird, in der Rohrplatte Öffnungen für Umleitungswege von angemessener Größe zu schaffen, um die Durchflussgeschwindigkeit des Wassers zu verringern und so die Korrosion zu mindern. Diese Methode wurde in vielen Kraftwerken im In- und Ausland angewandt und hat sich als geeignet erwiesen, die Lebensdauer der Wärmeübertrager zu verlängern und die Anzahl der Lecks zu reduzieren. Auswahl des Prozesses Bei Wärmeaustauschern kann man als allgemeine Grundsätze für die Entscheidung darüber, welches Fluid durch die Rohrleitung und welches durch die Außenhülle fließen soll, folgende Punkte berücksichtigen: a) Unreine oder leicht verkrustende Stoffe sollten auf der Seite fließen, die leicht zu reinigen ist. Bei Rohrpackungen mit geraden Rohren sollte die oben genannte Flüssigkeit in der Regel durch die Rohre fließen. Wenn die Packung jedoch demontiert und gereinigt werden kann, kann die Flüssigkeit auch außerhalb der Rohre fließen. b) Flüssigkeiten, bei denen die Strömungsgeschwindigkeit erhöht werden muss, um den konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten zu steigern, sollten durch Rohre geleitet werden. Denn der Querschnitt innerhalb der Rohre ist in der Regel kleiner als der Querschnitt zwischen den Rohren. Zudem lässt sich die Strömungsgeschwindigkeit leicht erhöhen, indem mehrere Rohrwege verwendet werden. c) Korrosive Stoffe sollten durch die Rohre geleitet werden. Auf diese Weise kann der Behälter aus gewöhnlichen Materialien hergestellt werden; nur die Rohre, das Rohrblatt und der Deckel müssen aus korrosionsbeständigem Material bestehen. d) Materialien mit hohem Druck fließen durch die Rohre – dadurch muss die Hülle keinen hohen Druck aushalten. e) Materialien mit sehr hohen oder sehr niedrigen Temperaturen sollten durch Rohre geleitet werden, um den Wärmeverlust zu verringern. Natürlich kann man, um eine bessere Wärmeableitung zu erreichen, auch die heißen Materialien durch den Außenkanal leiten lassen. f) Dampf wird in der Regel in die Schalenströmung eingeleitet, da dies das Abführen des Kondensats erleichtert. Zudem ist der Dampf sauberer, und sein Wärmeübergangskoeffizient hängt nur wenig von der Strömungsgeschwindigkeit ab. g) Flüssigkeiten mit hoher Viskosität fließen in der Regel im Rohrumfangraum. Da sich im Rohrumfangraum, in dem sich Blenden befinden, sowohl die Querschnittsfläche des Strömungskanals als auch die Strömungsrichtung ständig ändern, kann bereits bei niedrigen Reynolds-Zahlen (Re > 100) eine Turbulenz entstehen. Dies trägt dazu bei, den konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten der Flüssigkeit außerhalb der Rohre zu erhöhen.