Ремонттеплообменной аппаратуры

 

Теплообменные аппараты являются очень распространеннымтипом аппаратуры. Доля теплообменной аппара­туры составляет около 40%.

В процессе длительной работы теплообменные аппараты под­вергаютсязагрязнению и износу. Поверхность их покрывается накипью, маслом, отложениямисолей и смол, окисляется и т.п. С увеличением отложений возрастает термическоесопротивление стенки и ухудшается теплообмен.

 

Износ теплообменного аппарата выражается в следующем:

1) уменьшение толщины стенки корпуса, днища, трубныхрешеток;

2) выпучины и вмятины на корпусе и днищах;

3) свищи, трещины, прогары на корпусе, трубках и фланцах;

4) увеличение диаметра отверстий для труб в трубнойрешетке;

5) прогиб трубных решеток и деформация трубок;

6) заклинивание плавающих головок и по­вреждение ихструбцин;

7) повреждение линзовых компенсаторов;

8) повреждение сальниковых устройств, катковых ипружинных опор;

9) нарушение гидро- и термоизоляции.

 

Подготовка к ремонту включает выполнение следующих меро­приятий:

1) снижается избыточное давление до атмосферного иаппарат освобождается от продукта;

2) отключается арматура и ставятся заглушки на всехподводящих и отводящих трубопро­водах;

3) проводится продувка азотом или водяным паром с после­дующейпромывкой водой и продувкой воздухом,

4) выполняется анализ на наличие ядовитых и взрывоопасныхпродуктов;

5) со­ставляется план и получается разрешение на огневыеработы, если они необходимы в процессе ремонта;

6) составляется акт сдачи в ре­монт.

Далее выполняются следующие работы:

1) снятие крышек ап­парата, люков, демонтаж обвязки иарматуры;

2) выявление дефектов вальцовки и сварки, а такжецелостности трубок гидра­влическим и пневматическим испытаниями на рабочеедавление;

3) частичная смена или отключение дефектных трубок,крепление труб вальцовкой или сваркой;

4) ремонт футеровки и антикор­розионных покрытий деталейс частичной заменой;

5) ремонт или замена износившейся арматуры,трубопроводов, регулировка предохранительных клапанов;

6) смена уплотнений разборных соединений;

7) извлечение трубок, чистка внутренней поверхностикорпуса аппарата и теплообменных трубок, зачистка отвер­стий в трубной решетке,зачистка концов трубок;

8) замена части корпуса, днищ (крышек) и изношенныхдеталей;

9) изготовление новых трубок;

10) монтаж трубного пучка и вальцовка труб в ре­шетке;

11) ремонт плавающих головок;

12) монтаж резьбовых соединений;

13) гидравлическое испытание межтрубной и труб­ной частейаппарата пробным давлением;

14) пневматическое испытание аппарата.

 

Для очистки теплообменной аппаратуры используютхимическую, абразивную или специальную очистку.

Химическая очистка осуществляется без вскрытия и разборкитеплообменника. Для очистки от накипи применяют 5 – 15 % раствор солянойкислоты с добавками ингибиторов. Для очистки от органических отложенийиспользуются углеводородные рас­творители. Очистка от твердых отложений путемзаполнения теплообменника на сутки 5 % раствором соляной кислоты с добавкойжидкого стекла. Твердый осадок разрыхляется в этом растворе и затем легкосмывается водой.

Абразивная очистка подразделяются на механическую,гидропневматическую, гидромеханическую и пескоструйную.

Механическая очистка проводится при помощи шомполов,сверл, щеток, шарошек, резцов, буров с подачей воды или воздуха для удаленияпродуктов очистки.

 

 

Рисунок – Приспособление для механической чистки труб

1 – пневмодрель; 2 – конус Морзе; 3 – трубка; 4 –трубка-держатель;

5 – держа­тель резцов; 6 – резец; 7 – победитовыйнаконечник; 8 – пружина.

 

 

Рисунок – Приспособление для механической чисткитеплообменников

а – горизонтального; б – вертикального.

1 – бур; 2 – полый вал; 3 – распределительный золотник; 4– привод; 5 – упор;

6 – таль; 7 – тренога; 8 – лебедка; 9 – подкрановые пути.

 

Гидромеханическая очистка проводится с помощью воды ивоздуха. В загрязненную трубку одновременно подаются вода под давлением 0,5 –0,6 МПа и сжатый воздух под давлением 0,7 – 0,8 МПа. Сжатый воздух, расширяясь,резко увеличивает скорость дви­жения воды, которая начинает перемещаться потрубке последовательными водяными «проб­ками» с интенсивными завихрениями.Совместное движение воды и воздуха быстро разрушает отложения на стенкахтрубок, очи­щая их.

Гидромеханическая очистка состоит в следующем. Насосомвысокого давления по напорным шлангам вода подается в полую штангу, на концекоторой установлено сопло с несколькими от­верстиями. Струя воды выходит изсопла под большим давлением, режет и отрывает отложения от стенок очищаемыхповерхностей. Достоинство такого метода – возможность очистки внутренней инаружной поверхностей трубок, а также корпуса непосред­ственно на местеустановки аппарата. При этом достигаемая сте­пень очистки значительно выше, чемпри других методах.

Пескоструйная очистка дает возможность достигнуть наи­болееполной очистки труб, в результате чего коэффициент тепло­передачивосстанавливается до значений, соответствующих отсут­ствию термическихсопротивлений, обусловленных загрязнени­ями. Сущность пескоструйной очисткизаключается в обработке очищаемой поверхности взвесью песка в воздухе или воде,подава­емой с большой скоростью.

К специальной очистке относится ультразвуковая очистка.Ультразвуковые преобразователи посредством головок с виб­раторами,устанавливаемыми в жидкости (воде) внутри очища­емого объема, позволяютполностью удалить твердые отложения, разрушаемые под действием ультразвуковыхколебаний и вымыва­емые звукопередающей средой.

 

Отказы теплообменников происходят в основном из-запропуска продукта через вальцовочные соединения и из-за коррозии труб трубногопучка.

Скрытые дефекты теплообменников устанавливают опрессовкоймежтрубного пространства при открытых с обоих торцов крышках. Изношенную илилопнувшую трубу обна­руживают по появлению в ней опрессовочной жидкости, анеплот­ности в соединениях концов труб с трубными решетками – по про­пускаемойжидкости и запотеванию.

Дефектные трубки обычно заглушают с двух концовметаллическими пробками, имеющими небольшую конусность (3 – 5º). Пробкизабивают туго, чтобы надежно противостоять максимальному давлению в трубках.

Число отглушенных труб не должно превышать 15% трубок вкаждом потоке пучка; иначе значительно возрастает гидравлическое сопротивлениеи заметно уменьшается поверхность теплообмена.

При выходе из строя более 15% трубок все они заменяются.

Замена труб – сложная операция, которая включает удалениедефектных труб, подготовку новых труб, крепление новых труб в трубных решетках.

Трубы удаляют с использованием оп­равки. Для этогозенкеруют (высверливают) трубу примерно на 3/4 длины развальцованной части,уменьшая при этом толщину ее стен­ки. После этого между трубой и внутреннейповерхностью отверстия ре­шетки забивают специальную оправку, котораядеформирует стенку трубы. Затем оправкой трубу выбивают из трубной решетки.

Для удаления приваренных труб предварительно вырубаютсварной шов вручную или специальной фрезой с приводом от гибкого вала илипереносной дрели.

 

Рисунок – Зенковка для уменьшения толщины стенок труб

перед их удалением из трубных решеток

 

Рисунок – Оправка для удаления из трубных решеток труб
после их обработки зенковками

 

Вставляемые новые трубки отрезают по длине трубного пучкас прибавкой 8 – 10 мм длины. Концы трубок зачищают до метал­лического блеска надлину, равную толщине решетки с прибав­кой 10 мм на сторону. В трубной решетке все отверстия зачищают от заусенцев, ржавчиныи грязи. Наличие продольных рисок в отверстиях трубной решетки не допускается.Передустановкой трубок отверстия в решетке продувают воздухом и насухо про­тирают.Трубки устанавливают в трубные решетки так, чтобы их концы труб выступали на 3– 5 мм от наружного торца каждой решетки. Зазор между наружным диаметром трубкии отверстием в решетке не должен превышать 1,5 % диаметра трубки.

В трубных решетках концы трубок крепятся развальцовкойили сваркой.

Развальцовка является наиболее распространенным способомполучения прочных и герметичных соединений труб с трубными решеткамитеплообменных аппаратов. При вальцовке происходит пластическая деформациятрубы.

Для получения надежного соединения трубы с трубнойрешеткой необходимо выполнить следующее условие:

 

 

где D’ – расчетный внутренний диаметр трубы послеразвальцовки;

D_o – внутренний диаметр трубы доразвальцовки;

Δ – диаметральный зазор между трубой и трубной решеткой(Δ = D_отв – D_н

s – толщина стенки трубы;

К – коэффициент, учитывающий тип теплообменного аппарата.

 

 

Рисунок – Схема развальцовки трубок

 

Развальцовку трубок осуществляют при помощи специальногоинструмента – вальцовки. Вальцовка состоит из металлического конуса, патрона спазами и цилиндрических роликов. Под каждый размер трубы свой патрон.

В процессе развальцовки ролики выходят из пазов иувеличивают диаметр трубы.

 

 

Рисунок — Вальцовки с регулированием глубины вальцевания

L – рабочая длина ролика; L_min –минимальная глубина вальцевания;

L_max – максимальная глубина вальцевания

 

 

 

Рисунок – Вальцовки с фиксированной глубиной вальцевания

L – рабочая длина ролика

 

Так как трубки при развальцовке удлиняются, сначаларазвальцовывают все концы трубок в одной решетке, а потом в другой.

Порядок развальцовки трубок следующий: сначала вальцуютчетыре трубки крест на крест, затем все трубки по периметру и далее остальные.

При развальцовке возможны следующие дефекты:

1) отсутствие характерного перехода между развальцованнойи неразвальцованной частями труб;

2) чрезмерная длина коло­кольчика или раздутый выходтрубы за трубной решеткой;

3) одностороннее выпучивание трубки на выходе из гнезда;

4) подреза трубы по кромкам гнезда трубной решетки;

5) трещины и разрывы в вальцованной части трубы или вколокольчике.

 

Сварку труб с трубными решетками проводят только всочетании с развальцовкой. Такое крепление труб применяют в теплообменниках,работающих при температуре выше 450 °С и давлении более 14,0 МПа или когда к герметичностисоединений предъявляют особые требования, связанные с пожаро- иливзрывоопасностью, а также токсич­ностью или радиоактивностью рабочей среды.

Применение сварки без дополнительной развальцовки целе­сообразнотолько для аппаратов, у которых толщина трубной решетки меньше наружногодиаметра теплообменных труб.

 

Также при ремонтах теплообменной аппаратуры возникаетнеобходимость ремонта корпуса. Изношенные участки корпуса определяют с помощьюгидравлической опрессовки или ультразвуковой дефектоскопии.

Выпучины и вмятины на корпусе выправляются ударамикувалды по медной подкладке. Если дефекты невозможно устранить ударами, топоврежденные части удаляются или на них ставятся накладки.

Дефектные штуцера и трубные решетки при достижении макси­мальныхвеличин износа и прогиба заменяются.

Свищи и трещины устраняются путем заварки или постановкойнакладок с предварительным удалением дефектного участка.

При помощи цветной дефектоскопии определяют протяжен­ностьи положение концов трещин, обнаруженных в корпусе. Эти концы до заваркизасверливают сверлами диаметром 3 – 4 мм. Несквозные трещины глубиной не более 0,4 толщины стенки раз­делываются подзаварку односторонней вырубкой на максималь­ную глубину трещины со снятиемкромок под углом 50 – 60°. При трещине более 100 мм сварку проводят обратноступенчатым методом. Сквозные и несквозные трещиныглубиной более 0,4 толщины стенки разделывают на всю толщину вырубкой зубиломили газорезкой. При появлении гнездообразных трещин повре­ждённые меставырезаются и закрываются заплатами без острых углов. Заплаты ввариваютсязаподлицо с основным металлом. Площадь заплаты не должна превышать ¹/₃ площадилиста аппа­рата.

При частичной замене корпуса аппарата необходимо выпол­нятьследующие требования:

1) материал для изготовления новых частей корпуса помеханическим и химическим свойствам должен быть одинаковым с материаломремонтируемого корпуса;

2) тол­щина листа заменяемой части должна быть не меньшепроектной;

3) электроды должны соответствовать свариваемомуматериалу;

4) замыкающие обечайки должны быть шириной не менее 400 мм;

5) продольные швы в горизонтальных аппаратах не должныбыть в нижней части аппарата;

6) кромки поверхности обечайки и основ­ного металла наширине 10 мм необходимо зачистить перед сваркой до чистого металла;

7) продольные швы в отдельных обечайках цилиндрическойчасти аппарата, а также меридиональные или хордовые швы днищ, примыкающие кобечайкам, должны быть смещены относительно друг друга не менее чем на 100 мм;

8) рас­стояние между продольными швами в отдельныхобечайках должно быть не менее 200 мм;

9) при сварке стыков необходимо предусмотреть плавныйпереход от одного элемента к другому.

 

Опрессовка теплообменников прово­дится при снятыхкрышках. Вода при гидравлическом испытании подается в межтрубное пространство.Появление воды в любой из трубок или в месте вальцовки трубки в трубной решеткеука­зывает на дефекты в ремонте. Если дефектов ремонта не обнаружено, тотеплообменник собирают (устанавливают крышки) и подвергают окончательномуиспытанию водой. Сначала опрессовывают на контрольное давление корпус(межтрубное пространство) при открытых спускных муфтах на крышках, затем изнего полностью спускают воду и при открытых спускных муфтах на корпусеотпрессовывают трубное пространство.

Отсутствие течи через спускные и фланцевые соединениясвидетельствуют о надежной плотности и прочности. После снятия заглушек аппаратсдают в эксплуатацию.