O que fazer se houver vazamento no trocador de calor? Este texto explica as causas do vazamento e as medidas de tratamento

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Vazamentos nos trocadores de calor costumam causar a parada de todo o sistema, o que não só afeta a eficiência produtiva, mas também ameaça diretamente o funcionamento seguro do motor principal ou de outros equipamentos, podendo até causar sérios danos aos mesmos. Apresentação do trocador de calor de tubos em série O trocador de calor de tubos em série é atualmente o tipo de equipamento de troca de calor mais amplamente utilizado. Em comparação com outros tipos de trocadores de calor de parede intermediária, o equipamento de unidade de volume oferece uma área de transferência de calor muito maior, além de um melhor desempenho na transferência de calor. O trocador de calor de tubos é composto por tubos, placas de suporte aos tubos, placas de deflexão, gabinete e tampas laterais (caixas dos tubos). Durante a troca de calor, um fluido entra pelo tubo de conexão da extremidade do recipiente, flui pelo interior dos tubos e sai pelo tubo de saída na outra extremidade do recipiente. Isso é chamado de fluxo dentro dos tubos ； Outro fluido entra pelo tubo de conexão do corpo da câmara, e sai por outro tubo de conexão no mesmo corpo da câmara; isso é chamado de fluxo através do corpo da câmara. Causas de vazamento em trocadores de calor de tubos em série. Os vazamentos no sistema interno dos trocadores de calor de tubos em série podem ser divididos em vazamentos na própria tubulação e vazamentos nas extremidades dos tubos. Causas de vazamento nas extremidades dos tubos do trocador de calor: 1. Estresse térmico excessivo. Nos trocadores de calor de tipo tubular, durante a operação, devido às diferenças de temperatura entre os fluidos frio e quente, ocorrem diferenças de temperatura também na carcaça e nas paredes dos tubos. Essa diferença faz com que a expansão térmica do invólucro e dos tubos seja diferente. Quando há uma grande diferença de temperatura entre eles, isso pode causar o torcimento dos tubos ou fazer com que eles se soltem do suporte, podendo até mesmo destruir todo o trocador de calor. Para isso, é necessário levar em consideração, estruturalmente, o efeito da expansão térmica, adotando diversos métodos de compensação. Durante o ligar/desligar, a taxa de aumento e diminuição da temperatura do trocador de calor excede os limites estabelecidos, fazendo com que os tubos e as placas de tubos do sobreaquecedor sofram grandes tensões térmicas. Isso causa danos nas soldas ou nas juntas de expansão que conectam os tubos às placas de tubos, resultando em vazamentos nas extremidades. A deformação da placa de tubos ocorre principalmente devido à deformação durante o processamento da própria placa e às deformações que surgem no processo de fabricação. Como os tubos estão conectados à placa de tubos, a sua deformação pode causar vazamentos nas extremidades dos tubos. 3. Técnica inadequada de obturação dos tubos: Geralmente, utiliza-se a soldagem de tampões cónicos para obturar os tubos. Ao inserir a bucha cônica, a força deve ser moderada ； A força de martelamento é excessiva, causando a deformação dos orifícios dos tubos. Isso afeta a conexão entre os tubos vizinhos e a placa de tubos, podendo provocar danos e novos vazamentos. Durante o processo de soldagem, se a pré-aquecimento, a posição e o tamanho da junta de solda não estiverem corretos, isso pode causar danos nas conexões entre os tubos e as placas de suporte. O uso de outros métodos de obstrução dos tubos, como obstrução por expansão ou obstrução por explosão, também pode causar vazamentos nas conexões dos tubos vizinhos, caso o processo não seja realizado corretamente. Portanto, deve-se seguir um processo rigoroso de obstrução dos tubos. Causas de vazamento nos tubos do trocador de calor: 1. Erosão por erosão por fluxo. Uma das causas é quando a velocidade do fluxo de vapor é alta e o fluxo de vapor contém gotas grandes de água. Nesse caso, a parede externa dos tubos é danificada pelo fluxo de vapor e água, ficando mais fina, o que pode levar à ocorrência de furos ou ao rompimento dos tubos devido à pressão da água de alimentação. Outra razão é o impacto direto do vapor ou da hidrofobicidade. Devido ao material da placa de proteção e à maneira inadequada de sua fixação. Quebra ou se solta durante o funcionamento, perdendo assim sua função de proteção contra a erosão ； A área da placa de proteção não é suficientemente grande; as gotas d’água, movidas pelo fluxo de ar de alta velocidade, colidem com os tubos localizados fora da placa de proteção ； A distância entre a carcaça e o feixe de tubos é muito pequena, o que faz com que a velocidade do fluxo de vapor na entrada seja muito alta. 2. Vibração dos tubos Em situações como temperatura da água de alimentação muito baixa ou sobrecarga da unidade, quando o fluxo e a velocidade do vapor entre os tubos do trocador de calor excedem significativamente os valores de projeto, um feixe de tubos com certa elasticidade pode vibrar sob a ação das forças de perturbação do fluido no lado do casco. Quando a frequência da força excitadora coincide com a frequência de vibração natural do feixe de tubos ou com um múltiplo dela, ocorre a ressonância do feixe de tubos, fazendo com que a amplitude de vibração aumente consideravelmente, o que resulta em danos ao feixe de tubos devido à ação repetida de forças na junção entre os tubos e a placa tubular. Erosão na extremidade de entrada dos tubos de água: A deterioração na extremidade de entrada dos tubos ocorre apenas em trocadores de calor feitos de aço carbono. Trata-se de um processo de danificação causado pela combinação de erosão e corrosão. O mecanismo envolve a remoção da camada de oxidação que se forma na superfície do metal dos tubos, devido à alta turbulência da água que passa por eles; assim, o material metálico é gradualmente destruído. Isso acaba causando a ruptura do tubo. Quando os tubos do trocador de calor de baixa pressão são feitos de cobre, esses tubos costumam precisar ser substituídos devido a vazamentos graves. Quando o pH está entre 8,5 e 8,8, a taxa de corrosão do cobre é mínima. Já para o aço carbono, o pH deve ser igual ou superior a 9,5. O valor de pH da água de alimentação da caldeira estava muito alto, o que causou a corrosão dos tubos de cobre. 5. Material e processo deficientes: o material dos tubos é de qualidade inferior, a espessura das paredes dos tubos é irregular, existem defeitos nos tubos antes da montagem, as extremidades dos tubos estão excessivamente dilatadas, e há marcas de danos na superfície externa dos tubos. Quando o trocador de calor encontra condições operacionais anormais, isso pode causar grandes danos aos tubos. Medidas para tratar vazamentos em trocadores de calor de tubos. Medidas a serem tomadas após o ocorrimento do vazamento. Quando ocorre um vazamento, a pressão da água de alimentação diminui, e a quantidade de água enviada ao caldeirão também reduz. Portanto, ao detectar vazamentos no sistema de tubulações do trocador de calor, é necessário interromper imediatamente seu funcionamento, a fim de reduzir o número de tubos danificados e diminuir a gravidade dos danos. Quando a unidade está parada, deve-se verificar se há vazamentos no pré-aquecedor de alta pressão e encontrar uma maneira de eliminá-los. No caso de vazamentos nas portas, é necessário remover o metal resultante da soldagem original e realizar uma nova soldagem, além de aplicar um tratamento térmico adequado para eliminar as tensões térmicas. No caso de vazamentos no próprio tubo, é preciso primeiro identificar a forma e a localização do vazamento, e então escolher o método adequado para selar as duas extremidades do tubo. Independentemente do processo utilizado para obstruir o tubo, a fim de garantir a qualidade da obstrução, as extremidades do tubo a ser obstruído devem ser devidamente tratadas, de modo que a placa do tubo e os orifícios sejam lisos e limpos, oferecendo assim uma boa superfície de contato com o elemento de obstrução. Quando há rachaduras ou erosão na conexão entre o tubo e a placa de suporte, é necessário remover o material original do tubo e o metal da solda, para que o tampão fique em contato direto com a placa de suporte. Medidas de prevenção de vazamentos em trocadores de calor 1. Medidas de prevenção de vazamentos nas extremidades dos tubos. Além de os painéis dos tubos terem espessura suficiente durante a fabricação, é necessário que haja um bom processamento dos orifícios dos tubos, além de técnicas adequadas de soldagem e conexão dos tubos. Durante a operação, a taxa de aumento e diminuição da temperatura do trocador de calor não deve exceder os limites estabelecidos. Do lado da água, é necessário ter válvulas de segurança para evitar pressões excessivas. Além disso, é preciso utilizar métodos corretos para bloquear os tubos durante as manutenções. Medidas de prevenção de vazamentos no próprio tubo, medidas de prevenção da erosão causada pela água corrente, controle da velocidade do vapor ou do fluido de drenagem no lado do casco, e prevenção da formação de vapor nas seções de resfriamento ； O vapor de saída da seção de resfriamento a vapor deve ter um excesso de temperatura suficiente ； A fixação da placa de proteção deve ser firme, a área deve ser suficiente e o material, de boa qualidade ； Mantenha o nível da água no lado do casco normal; é proibido operar com nível de água baixo ou sem água. Medidas de prevenção de vibrações nos tubos: Instalação de válvulas de segurança no lado do vapor do gerador de alta pressão ； Limitar a velocidade do vapor ou do condensado no lado da casca ； A distância entre os tubos deve ser suficientemente grande; isso, por um lado, reduz a velocidade do fluxo no lado da carcaça e, por outro lado, diminui a possibilidade de danos causados pelo atrito entre os tubos, ao mesmo tempo em que se limita o comprimento da parte livre do feixe de tubos. Medidas de prevenção da erosão na extremidade de entrada de água do tubo. A velocidade do fluido no interior do tubo afeta não apenas o valor do coeficiente de transferência de calor por convecção, mas também a resistência térmica causada pela sujeira, o que, por sua vez, influencia o valor do coeficiente total de transferência de calor. É muito importante escolher uma velocidade de fluxo adequada. A limitação da vazão da água de alimentação, a desativação de um trocador de calor ou o grande número de tubos entupidos num trocador de calor fazem com que a velocidade do fluxo dentro dos tubos aumente significativamente. Nesses casos, é necessário permitir que parte da água de alimentação entre na caldeira por um desvio ou reduzir a carga da unidade. Medidas de prevenção da corrosão: eliminação das tensões. As tensões podem ter diversas origens, como tensões aplicadas, tensões residuais, tensões decorrentes da soldagem e tensões geradas pelos produtos da corrosão. Ao selecionar os materiais, o conjunto torna-se um sistema sem cobre, o que é benéfico para a proteção contra corrosão do conjunto inteiro e para o controle da qualidade do vapor ； É necessário dispor de um sistema eficaz de liberação de ar. Geralmente, recomenda-se não utilizar conexões em série entre os tubos, a fim de evitar que gases não condensáveis se acumulem nos trocadores de calor com pressão mais baixa ； Garantir o funcionamento normal do sistema de desaeração. Na partida, o ar deve ser completamente eliminado tanto no lado da água quanto no lado do vapor; a qualidade da água de alimentação deve estar dentro dos padrões ； Na saída da fábrica, devem ser adotadas boas medidas de proteção contra a corrosão, a fim de evitar danos durante o armazenamento e transporte. Nos trocadores de calor feitos de tubos de aço carbono, geralmente se utiliza nitrogênio para proteger tanto o lado do vapor quanto o lado da água ； Quando o trocador de calor é desativado, geralmente, dependendo da duração dessa desativação, são adotadas medidas de proteção contra a corrosão, como encher o equipamento com água, vapor ou nitrogênio. Além disso, o valor de pH da água desoxidada é ajustado adequadamente no lado da água, a fim de proporcionar proteção. Medidas preventivas contra vazamentos em tubos causados por materiais e processos de fabricação inadequados. A espessura da parede do tubo deve ser de pelo menos 2,0 mm para aumentar sua resistência à erosão. Antes da montagem, é necessário realizar inspeções como teste de detecção de defeitos em cada tubo e teste de pressão com água ； Os tubos devem ser submetidos a tratamento térmico, sem defeitos visíveis ； Os orifícios nos tubos da placa de tubulação devem manter uma certa rugosidade, tolerância e concentricidade; além disso, as bordas dos orifícios devem ser lisas, sem rebarbas. Oclusão preventiva: Realizar oclusão preventiva. Recomenda-se que, ao obstruir parte dos tubos, sejam feitos orifícios de derivação de tamanho adequado na placa dos tubos, a fim de reduzir a velocidade do fluxo de água e diminuir a corrosão. Este método já foi utilizado em várias usinas elétricas, tanto no país quanto no exterior, e comprovou-se que pode prolongar adequadamente a vida útil dos trocadores de calor e reduzir o número de vazamentos. Escolha do processo: Nos trocadores de calor, para determinar qual fluido deve fluir pelo lado dos tubos e qual deve fluir pelo lado do casco, podem-se considerar os seguintes princípios como guia para a escolha: a) Os materiais sujos ou que tendem a formar incrustações devem fluir pelo lado que é mais fácil de limpar. Para os feixes de tubos retos, os materiais mencionados geralmente devem passar pelo interior dos tubos. No entanto, quando o feixe de tubos pode ser removido para ser limpo, eles também podem passar pelo exterior dos tubos. b) Os fluidos que necessitam de uma maior velocidade de fluxo para aumentar seu coeficiente de transferência de calor por convecção devem circular dentro dos tubos. Isso porque a área de seção transversal dentro dos tubos é geralmente menor do que a área entre os tubos. Além disso, é fácil utilizar vários canais internos nos tubos para aumentar a velocidade de fluxo. c) Os materiais corrosivos devem ser transportados por meio de tubulações. Dessa forma, é possível utilizar materiais comuns para a fabricação do invólucro; apenas as tubulações, as placas de suporte e as tampas precisam ser feitas de materiais resistentes à corrosão. d) Os materiais sob alta pressão circulam pelo interior dos tubos, de modo que a carcaça não precisa suportar essa pressão. e) Materiais com temperatura muito alta ou muito baixa devem ser transportados por tubulações, a fim de reduzir a perda de calor. Claro, se for para uma melhor dissipação de calor, também é possível fazer com que os materiais quentes passem pelo lado externo do tubo. f) O vapor é geralmente introduzido no lado do casco, pois isso facilita a remoção do líquido condensado. Além disso, o vapor é mais limpo, e seu coeficiente de transferência de calor por convecção tem pouca relação com a velocidade do fluxo. g) Fluidos com alta viscosidade geralmente fluem pelo espaço externo ao tubo. Isso ocorre porque, ao fluir em um espaço delimitado por placas, a seção transversal do fluxo e sua direção mudam constantemente. Em valores baixos de Re (Re maior que 100), já é possível obter turbulência, o que contribui para aumentar o coeficiente de transferência de calor por convecção do fluido fora do tubo.