¿Qué hacer si hay una fuga en el intercambiador de calor? Este artículo te explica las causas de la fuga y las medidas para solucionarla

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Las fugas en los intercambiadores de calor suelen provocar el apagado de todo el sistema; esto no solo afecta la rentabilidad de la producción, sino que también amenaza directamente el funcionamiento seguro del equipo principal o de otros dispositivos, e incluso puede causar graves accidentes por daños en el equipo. Introducción a los intercambiadores de calor de tubos: Los intercambiadores de calor de tubos son el tipo de equipo de intercambio térmico más utilizado en la actualidad. En comparación con otros tipos de intercambiadores de calor de mampara, el área de transferencia de calor que puede proporcionar un equipo por unidad de volumen es mucho mayor, y el efecto de transferencia de calor también es mejor. El intercambiador de calor de tubos consta de tubos, placas de tubos, placas deflectoras, carcasa y tapas laterales (cajas de tubos), entre otros componentes. Durante el intercambio de calor, un fluido entra por los tubos de conexión de las tapas, fluye a través de ellos y sale por los tubos de salida en el otro extremo de las tapas. Esto se denomina circuito de tuberías ； Otro fluido entra por una conexión en la carcasa y sale por otra conexión en ella; a esto se le denomina flujo en el recorrido de la carcasa. Causas de las fugas en los intercambiadores de calor de tubos. Las fugas en el sistema de tuberías interno de los intercambiadores de calor de tubos se dividen principalmente en fugas en los propios tubos y fugas en las conexiones de los tubos. Causas de fugas en los extremos de los tubos del intercambiador de calor: 1. Estrés térmico excesivo. Durante el funcionamiento del intercambiador de calor de tubos, debido a las diferentes temperaturas de los fluidos frío y caliente, se producen diferencias de temperatura entre el cuerpo del intercambiador y las paredes de los tubos. Esta diferencia hace que la expansión térmica de la carcasa y de los tubos sea diferente. Cuando la diferencia de temperatura entre ellos es grande, esto puede causar que los tubos se doblen, o que se suelten de la placa de soporte; incluso, puede destruir todo el intercambiador de calor. Por lo tanto, es necesario tener en cuenta estructuralmente el efecto de la expansión térmica y emplear diversos métodos de compensación. Durante el arranque y parada del intercambiador de calor, las tasas de aumento y disminución de temperatura superan los valores permitidos, lo que genera grandes esfuerzos térmicos en las tuberías y los platos del intercambiador. Esto provoca daños en las soldaduras o uniones entre las tuberías y los platos, lo que a su vez causa fugas en las conexiones. Deformación de la placa de tuberías: se trata principalmente de la deformación que ocurre durante el procesamiento de la placa de tuberías, así como de las deformaciones que surgen durante ese mismo proceso. Dado que las tuberías están conectadas a la placa de tuberías, su deformación puede causar fugas en los extremos de las tuberías. 3. Técnica inadecuada de obturación de tuberías: Por lo general, se utiliza la soldadura de un tapón cónico para obturar las tuberías. Al introducir el tapón cónico, la fuerza debe ser moderada ； La fuerza de percusión es excesiva, lo que provoca la deformación de los orificios; esto afecta las uniones entre las tuberías adyacentes y el plato tubular, pudiendo causar daños y generar nuevas fugas. Durante el proceso de soldadura, si la precalentamiento, así como la ubicación y dimensiones de la soldadura, no son adecuados, esto puede causar daños en las conexiones entre las tuberías adyacentes y la placa de sujeción. El uso de otros métodos de obturación de tuberías, como la expansión térmica o la obturación por explosión, también puede causar fugas en las bocas de tubería adyacentes si el proceso no se realiza correctamente. Por lo tanto, se debe seguir un proceso estricto de obturación de tuberías. Causas de las fugas en los tubos del intercambiador de calor: 1. Erosión por erosión por flujo. Una de las causas es cuando la velocidad del flujo de vapor es alta y el vapor contiene gotas grandes de agua; en este caso, la pared exterior de los tubos se ve afectada por el flujo de vapor y agua, lo que provoca que se adelgace, se produzcan perforaciones o que los tubos estallen debido a la presión del agua de alimentación. Otra causa es la exposición directa al vapor o a sustancias hidrófobas. Debido a que el material de las placas de protección y su forma de fijación no son adecuados. Se rompen o se desprenden durante el funcionamiento, perdiendo así su función de protección contra la erosión ； El área de la placa de protección no es lo suficientemente grande; las gotas de agua, debido a las corrientes de aire a alta velocidad, chocan contra los tubos que se encuentran fuera de dicha placa de protección ； La distancia entre el carcasa y el haz de tubos es demasiado pequeña, lo que hace que la velocidad del flujo de vapor en la entrada sea muy alta. Vibraciones de los tubos: Cuando la temperatura del agua de alimentación es demasiado baja o cuando la unidad está sobrecargada, y el flujo y la velocidad del vapor a través de los tubos del intercambiador superan en gran medida los valores diseñados, el conjunto de tubos, que tiene cierta elasticidad, puede vibrar debido a las fuerzas perturbadoras del fluido en el lado del casco. Cuando la frecuencia de estas fuerzas perturbadoras coincide con la frecuencia natural de vibración de los tubos o con múltiplos de ella, se produce resonancia en el conjunto de tubos, lo que aumenta su amplitud de vibración. Esto provoca que las conexiones entre los tubos y las placas de soporte sean sometidas a fuerzas repetitivas, lo que a su vez daña el conjunto de tubos. Erosión en el extremo de entrada de los tubos de suministro de agua. La corrosión en este extremo solo ocurre en los intercambiadores de calor hechos de acero al carbono. Se trata de un proceso de daño causado por la combinación de erosión y corrosión: su mecanismo consiste en que la capa oxidativa que se forma en la superficie del metal de las paredes de los tubos es destruida por el agua de alta turbulencia, lo que provoca una pérdida continua del material metálico. Lo que finalmente provoca la rotura de la tubería. Cuando los tubos del intercambiador de calor a baja presión están hechos de cobre, estos suelen tener que ser reemplazados debido a graves fugas. Cuando el pH está entre 8,5 y 8,8, la tasa de corrosión del cobre es mínima. En cambio, para el acero al carbono se requiere que el pH sea no inferior a 9,5. El valor de pH del agua de alimentación de la caldera era demasiado alto, lo que causó la corrosión de las tuberías de cobre. 5. Material y proceso defectuosos: El material de los tubos es de mala calidad, el espesor de sus paredes es irregular, los tubos presentan defectos antes de su montaje, las uniones están excesivamente dilatadas y hay marcas de daños en la superficie exterior de los tubos. Cuando el intercambiador de calor se enfrenta a condiciones anormales, esto puede causar daños graves en los tubos. Medidas para tratar las fugas en intercambiadores de calor de tubos. Medidas a tomar después de que ocurra una fuga. Cuando se produce una fuga, la presión del agua de alimentación disminuye y la cantidad de agua suministrada al caldero se reduce. Por lo tanto, al detectar una fuga en el sistema de tuberías del intercambiador de calor, es necesario detenerlo de inmediato, a fin de reducir la cantidad de tuberías dañadas y disminuir la gravedad de los daños. Cuando la unidad está fuera de servicio, se debe verificar si hay fugas en el sobrecalentador de alta presión y tomar medidas para eliminarlas. En el caso de fugas en los puertos, es necesario eliminar el metal resultante de las soldaduras anteriores y luego realizar una nueva soldadura. Además, se debe aplicar un tratamiento térmico adecuado para eliminar las tensiones térmicas. En cuanto a las fugas en las propias tuberías, primero hay que determinar la forma y ubicación de la fuga, y luego elegir el método adecuado para sellar las dos extremidades de la tubería. Independientemente del proceso utilizado para tapar el tubo, con el fin de garantizar la calidad de dicha operación, las extremidades del tubo que se van a tapar deben ser tratadas adecuadamente, de modo que las placas del tubo y los orificios sean uniformes y limpios, y que haya una buena superficie de contacto con el elemento de cierre. En los puntos de conexión entre las tuberías y la placa de soporte, cuando existen grietas o erosión, es necesario eliminar el material original de la tubería y el metal resultante de la soldadura, para que el tapón pueda estar en contacto estrecho con la placa de soporte. Medidas preventivas contra fugas en intercambiadores de calor. 1. Medidas preventivas contra fugas en los extremos de los tubos. Además de contar con placas de tubos de espesor suficiente en su fabricación, así como con buenos procesos de mecanizado de orificios, soldadura por acumulación, expansión de tubos y soldadura, en funcionamiento se debe asegurar que la tasa de aumento o disminución de temperatura del intercambiador durante el arranque y apagado no exceda los límites establecidos. En el lado del agua, debe haber válvulas de seguridad para prevenir sobrepresiones; en cuanto al mantenimiento, se requiere un procedimiento correcto para tapar los tubos. 2. Medidas preventivas contra fugas en los propios tubos, medidas preventivas contra la erosión por arrastre, limitación de la velocidad del vapor o del drenaje en el lado de la carcasa y prevención de la flash vaporización en la sección de drenaje ； El vapor que sale de la sección de enfriamiento por vapor debe tener un exceso de temperatura suficiente ； La placa de protección debe estar fijada de manera firme, tener un área suficiente y ser de buena calidad ； Mantener el nivel de agua en el lado del casco dentro de los límites normales; está prohibido operar con un nivel de agua bajo o sin agua. Medidas de prevención de vibraciones en las tuberías: Instalación de válvulas de seguridad en el lado del vapor del calentador de vapor ； Limitar la velocidad del vapor o del fluido hidrófobo en el lado de la carcasa ； La distancia entre las tuberías debe ser lo suficientemente grande; esto, por un lado, reduce la velocidad del flujo en el lado de la carcasa y, por otro lado, disminuye la posibilidad de que las tuberías chocen entre sí y se dañen debido a la fricción. Además, esto también sirve para limitar la longitud de la sección libre del conjunto de tuberías. Medidas de prevención de la erosión en el extremo de entrada de agua en las tuberías. La velocidad del fluido dentro de las tuberías no solo afecta el valor del coeficiente de transferencia de calor por convección, sino que también influye en la resistencia térmica causada por la suciedad, lo cual a su vez afecta el valor total del coeficiente de transferencia de calor. Es muy importante elegir una velocidad de flujo adecuada. La limitación de la velocidad del agua de alimentación, la desactivación de un intercambiador de calor o el gran número de tubos obstruidos en los intercambiadores hacen que la velocidad del flujo dentro de los tubos aumente significativamente. En tales casos, se debe permitir que una parte del agua de alimentación entre al caldero por un bypass o reducir la carga de la unidad. Medidas de prevención de la corrosión: Eliminar las tensiones. Estas pueden tener diversas fuentes, como las tensiones aplicadas desde el exterior, las tensiones residuales, las tensiones generadas por el proceso de soldadura, así como las tensiones causadas por los productos de la corrosión. Al elegir los materiales, se logra que la unidad sea un sistema sin cobre, lo cual es beneficioso tanto para la protección contra la corrosión de toda la unidad como para el control de la calidad del vapor ； Es necesario contar con un sistema adecuado para la liberación de gases. En cuanto a las conexiones entre las tuberías, se recomienda no utilizar una configuración en serie, a fin de evitar que los gases no condensables se acumulen en los intercambiadores de calor donde la presión es más baja ； Se debe garantizar el funcionamiento adecuado del sistema de purga de aire. Al iniciar el sistema, es necesario eliminar todo el aire presente en el lado del agua y en el lado del vapor. La calidad del agua de alimentación también debe ser adecuada ； Al salir de fábrica, deben contar con buenas medidas de protección contra la corrosión, a fin de evitar su deterioro durante el almacenamiento y el transporte. En el caso de los intercambiadores de calor hechos de tubos de acero al carbono, generalmente se utiliza nitrógeno para proteger tanto el lado del vapor como el lado del agua ； Cuando el intercambiador de calor está fuera de servicio, generalmente se aplican medidas de protección contra la corrosión, según la duración del tiempo en que permanece inactivo: se llena con agua, vapor o nitrógeno. Además, se ajusta adecuadamente el valor de pH del agua desoxidada en el lado del agua, con el fin de brindar protección. Medidas preventivas contra las fugas en las tuberías causadas por materiales o procesos de fabricación deficientes. El espesor de la pared de la tubería debe ser de al menos 2,0 mm para mejorar su resistencia a la erosión. Antes del montaje, es necesario realizar pruebas de inspección en cada tubo, así como pruebas de presión con agua ； Los tubos deben someterse a un tratamiento térmico y no presentar defectos visibles ； Los orificios para tubos en la placa de tubos deben mantener una cierta rugosidad, tolerancia y concentricidad; los chaflanes o redondeos de los orificios deben ser suaves y sin rebabas. Obstrucción preventiva de tuberías. Se realiza una obstrucción preventiva de las tuberías. Se recomienda abrir orificios de derivación de un tamaño adecuado en la placa de tubos mientras se obstruye parte de ellos, a fin de reducir la velocidad del flujo de agua de alimentación y disminuir la corrosión. Este método ha sido utilizado en numerosas centrales eléctricas tanto en el país como en el extranjero, demostrando que puede prolongar adecuadamente la vida útil del intercambiador de calor y reducir el número de fugas. Elección del proceso En los intercambiadores de calor, para determinar qué fluido fluirá por el interior de los tubos y cuál por el exterior de la carcasa, se pueden considerar los siguientes principios como guía para la elección: a) Los materiales sucios o propensos a formar incrustaciones deben fluir por el lado que sea más fácil de limpiar. En el caso de los grupos de tuberías rectas, los materiales mencionados suelen circular por dentro de las tuberías. Pero cuando es posible desmontar los grupos de tuberías para limpiarlos, también pueden circular por fuera de ellas. b) Los fluidos que requieren una mayor velocidad de flujo para aumentar su coeficiente de transferencia de calor por convección deben circular dentro de los tubos, ya que la sección transversal interior de los tubos suele ser más pequeña que la sección transversal entre ellos. Además, es fácil utilizar múltiples etapas de tuberías para incrementar la velocidad de flujo. c) Los materiales corrosivos deben transportarse a través de tuberías; de esta manera, se puede utilizar material común para fabricar la carcasa. Solo las tuberías, las placas de sujeción y los sellos deben estar hechos de materiales resistentes a la corrosión. d) Los materiales a alta presión circulan por dentro de los tubos, de modo que la carcasa no tiene que soportar esa presión. e) Los materiales con temperaturas muy altas o muy bajas deben transportarse por tuberías para reducir la pérdida de calor. Por supuesto, si se desea una mejor disipación del calor, también se puede hacer que los materiales a alta temperatura circulen por el circuito externo. f) Generalmente, el vapor se introduce en el circuito de la carcasa, ya que así es más fácil eliminar el condensado. Además, el vapor es más limpio, y su coeficiente de transferencia de calor por convección depende poco de la velocidad del flujo. g) Los fluidos con alta viscosidad, por lo general, fluyen en el espacio del lado de la carcasa. Al circular en el lado de la carcasa donde hay deflectores, tanto la sección transversal del conducto como la dirección del flujo cambian constantemente; por ello, incluso a números de Reynolds bajos (Re superior a 100) se puede alcanzar el flujo turbulento, lo cual es beneficioso para aumentar el coeficiente de transferencia de calor por convección del fluido fuera de los tubos.