Потёк теплообменник. Причины. Следствия. Варианты решений.

Самой частой причиной протекания теплоносителя из теплообменника является «разморозка». Так на профессиональном языке называют процесс замерзания теплоносителя внутри теплообменника и последующий разрыв стенок медных трубок теплообменника. Когда жидкость замерзает, она расширяется в объёме. Если свободного объёма нет, то она начинает создавать избыточное давление на стенки медных трубок, которые не выдерживают и, в конце концов, разрываются. Детектировать такую ситуацию очень просто: если края разрыва рваные и вывернуты наружу, то можете смело говорить о разморозке теплообменника.

Причины замерзания теплоносителя могут быть следующие:

1) Теплообменник не слили после окончания зимнего сезона.

По нормам эксплуатации, из жидкостных теплообменников необходимо полностью сливать теплоноситель и продувать их воздухом после завершения сезона их работы (зимнего периода для нагревателей и летнего периода для охладителей), если не предусмотрено их круглогодичной работы.

Если не слить теплоноситель из теплообменника и оставить его заполненным, например, на лето, то кроме повышения риска корродирования металла и засорения теплообменника за лето ничего не произойдёт. Однако при наступлении переходного периода года, когда нагревание воздуха ещё не требуется, но в ночные период температура наружного воздуха может опускаться до 0С, данный теплообменник будет обдуваться холодным воздухом. При этом находящийся в теплообменнике теплоноситель обязательно замёрзнет и разорвёт стенки трубок.

2) Некорректно работает автоматика.

Но современным нормам каждый теплообменник должен быть подключён к узлу регулирования. Данный узел выполняет задачу управления температурой и расходом теплоносителя через теплообменник. Если система автоматического регулирования дала сбой, то клапан подачи теплоносителя может закрыться полностью или частично. Это приведёт к снижению скорости теплоносителя в теплообменнике или же полной остановке его протока. В это время теплообменник будет продолжать обдуваться холодным уличным воздухом с температурой до -35 С.

3) Неправильное расположение капиллярного термостата.

Данная причина известна далеко не всем и знают о ней только опытные сервисные инженеры.
Практика эксплуатации приточных установок показывает, что воздушные клапаны, в большинстве случаев, не являются полностью герметичными и через них возможен минимальный проток воздуха, даже, когда они полностью закрыты.

В этом случае, клапан закрыт, но существует незначительный перепад давлений воздуха в помещении и на улице, то через такой клапан будет происходить минимальный подсос холодного воздуха. Холодный воздух будет распространяться по дну центрального кондиционера. Если капиллярный термостат установлен так, что он не покрывает полностью площадь оребрения теплообменника, а захватывает только центральную часть, то сигнала о недопустимой температуре воздуха не поступит. Нижние трубки теплообменника будут находиться в зоне холодного воздуха и теплоноситель в них замёрзнет.

Треснул чугунный теплообменник? Котлы Статьи по отоплению и другим системам позволят вам расширить кругозор в данной сфере

Главная \ Статьи \ Котлы \ Что делать, чтобы не треснул чугунный теплообменник котла?

Новостивсе

12.01.2022

Монтаж системы отопления частного дома

12.01.2022

Промывка приборов отопления в Подмосковье

11. 01.2022

Профилактика и настройка дизельных котлов

10.01.2022

Техническое обслуживание и ремонт газового котла в 2022 г

07.11.2019

Газоснабжение частных домов и зданий предприятий

Разрыв теплообменников в тепловых насосах

Перейти к основному содержанию

Грэм Хендра

Грэм Хендра

Старший бизнес-лидер | Эксперт по тепловым насосам | член правления

Опубликовано 1 января 2021 г.

+ Подписаться

На Рождество и Новый год в Великобритании было довольно холодно, температура ниже нуля, поэтому мы были заняты службой технической поддержки. Один раз мне позвонили по поводу теплового насоса с треснутым теплообменником и водой, вытекающей из агрегата.

Все тепловые насосы используют пластинчатый теплообменник для передачи тепла от хладагента воде. Вода и хладагент не смешиваются, поэтому пластина идеально подходит для этой работы. Для тех из вас, кто никогда не имел удовольствия разбирать теплообменник, они выглядят как гофрированный картон внутри, сотни крошечных трубок рядом друг с другом, каждая из которых держит либо хладагент или вода.

Разрывные теплообменники очень редки, за последние 11 лет я видел 4 из 8000 проданных нами тепловых насосов. 2 из них были вызваны тем, что люди бездельничали, а 2 произошли по закону в полевых условиях. Так что же происходит?

Производители тепловых насосов измеряют температуру воды на входе и выходе из теплообменника, но не измеряют температуру воды внутри самой пластины. Таким образом, можно предположить, что они проверяют температуру воды на входе и выходе и следят за тем, чтобы она не опускалась ниже 0 градусов. В холодную погоду ваши тепловые насосы тратят большую часть своего времени на нагрев, но им необходимо размораживать воздушный змеевик каждый час или около того, разморозка — это просто охлаждение воды и подогрев змеевика на несколько градусов, чтобы избавиться от льда. на этом фото показана часть замороженного змеевика.

Производителям насрать на разморозку, они опасаются, что если мы охладим воду, она может замерзнуть. Но подумайте об этом, почему, если устройство знает температуру воды, оно когда-нибудь позволит себе замерзнуть? Итак, давайте посмотрим, что происходит без всякой термодинамики.

Тепловой насос мощностью 16 кВт может добавить 5 градусов к воде при нагреве, если вода течет со скоростью 30 литров в минуту. При оттаивании он меняется на противоположное, поэтому он удаляет 5 градусов из воды, когда она проходит через устройство каждый раз. Предположим, мы провели отопление и вода в системе отопления имеет температуру 35 градусов С. При оттаивании первый раз вода проходит через нее на входе с температурой 35С и на выходе с температурой 30С. Разморозка обычно занимает 6 минут, поэтому, если в системе не более 30 х 6 = 180 литров воды, вода пройдет через устройство более одного раза.

Если система имеет крошечный объем 30 литров, то вода пройдет через устройство 6 раз за 6-минутный цикл разморозки, поэтому за это время ее температура упадет с 35-30-35-30-15-5 градусов C . Теперь, если у вас есть смехотворно маленький объем воды, вы можете видеть, что возможно, что вода упадет ниже 0, и теплообменник замерзнет. Можно было бы надеяться, что бортовое программное обеспечение сможет увидеть, что это происходит задолго до того, как оно зависнет. Вполне возможно, что инженеры-программисты (если это не оксюморон?) не думают, что это произойдет, и позволяют устройству зависать, но со временем они узнают. Но им это не нужно, потому что это не проблема.

Теплообменники имеют крошечные каналы для протекания воды, обычно они имеют диаметр всего 3 или 4 мм, это сделано для повышения эффективности. Проблема в том, что если ваш дружелюбный сантехник не вычистит всю дрянь из системы или не установит фильтр, эта дрянь забьет эти каналы, уменьшая поток в части теплообменника. Поэтому, когда мы размораживаем, вы получаете локальные холодные пятна. Чтобы помочь вам, рекомендуется добавлять антифриз в воду, даже жесткая вода в теплообменнике и из него не имеет ничего общего с температурой замерзания. При замерзании вода расширяется и даёт трещину в теплообменнике. хладагент просачивается в воду, вода засасывается в контур хладагента и установка списывается. Только идиот меняет обменник, если он лопнул.

Итак, вернемся к моему блоку с лопнувшим теплообменником, кто виноват? Возможно, программное обеспечение дерьмовое, но если бы это было так, то в холодную погоду вы бы получили много раздельных теплообменников, также если теплообменники были плохо сделаны. Боюсь, что дело в хламе в теплообменнике или в недостатке антифриза.

И что теперь? домовладелец требует страховки дома для нового теплового насоса, точно так же, как если бы теплообменник котла был поврежден. Мой горячий совет: спросите своего дружелюбного сантехника, есть ли в вашей системе сетчатый фильтр, и когда они в последний раз прогоняли воду через тепловой насос, чтобы смыть все дерьмо, я рекомендую делать это каждые пару лет в рамках технического обслуживания. Я только что сделал свой, на это у меня ушло почти 5 минут и шланг.

• Будьте осторожны, что вы измеряете.
  

  3 апр. 2023 г.

• Вы знаете, как это использовать?
  

  2 апр. 2023 г.

• ШИМ-насосы и почему изменение скорости воды — хорошая идея.
  

  26 марта 2023 г.

• Комплект говно? или вы приняли неправильное решение?
  

  23 марта 2023 г.

  

• Тепловые насосы внезапно стали НАМНОГО интереснее.
  

  19 марта 2023 г.

• Самый дешевый и худший термостат, который я когда-либо пробовал. Как сломать систему отопления.
  

  12 марта 2023 г.

• Термодинамика для начинающих, или Стоит ли ставить горячую еду в холодильник.
  

  5 марта 2023 г.

  

• Как этот кусок латуни превращает ваш холодильник в тепловой насос?
  

  26 февраля 2023 г.

• Вы или кто-то из ваших знакомых выбрасывает ваши деньги?
  

  19 февраля 2023 г.

• Почему Великобритания находится в нижней части рейтинга по установке тепловых насосов.
  

  12 февраля 2023 г.

  

Другие также смотрели

Исследуйте темы

Каковы причины взрыва и течи теплообменника

Причины взрыва и течи теплообменника

04.08.2021

• Новости отрасли
• Новости

Анализ причин взрыва теплообменника

Анализ причины течи теплообменника

Несчастный случай, вызванный утечкой теплообменника

Анализ причин выхода из строя трубного пучка теплообменника

Коррозия

Масштабирование

Вибрация, вызванная потоком жидкости

Причины и лечение образования накипи в теплообменнике

Антикоррозионные меры для теплообменника

Анализ причин взрыва теплообменника

• 1. Самодельный теплообменник вслепую вносит серьезные изменения в конструкцию и материал теплообменника, качество изготовления низкое, не соответствует спецификациям сосуда под давлением, а прочность оборудования сильно снижается.
• 2. Качество сварки теплообменника низкое, особенно сварное соединение не полностью сварено, а дефектоскопия сварного шва и взрывные испытания не проводятся, что приводит к утечке или усталостному разрушению сварного соединения, а затем к большому количеству перелива и взрыва легковоспламеняющихся и взрывоопасных жидкостей.
• 3. Вследствие коррозии (включая коррозию под напряжением и межкристаллитную коррозию) снижается прочность на сжатие, что приводит к выходу из строя или серьезной течи трубного пучка, взрыву в случае открытого огня.
• 4. Во время испытания теплообменника на герметичность для обеспечения физического и химического взрыва необходимо использовать добавку давления кислорода или испытание на утечку горючего очищенного газа.
• 5. Нарушение работы, ошибка в работе, закрытие клапана, что привело к взрыву избыточного давления.
• 6. Длительное отсутствие продувки, чрезмерное накопление легковоспламеняющихся и взрывоопасных веществ (таких как трихлорид азота) и высокая рабочая температура приводят к сильному взрыву теплообменника (например, теплообменника с жидким хлором).
• 7. Взрыв перекиси.

Анализ причин утечки теплообменника

Взрыв, удушье, отравление и ожоги теплообменника чаще всего вызваны утечкой.
Горючая и взрывоопасная жидкость или газ вытекают из-за утечки. В случае открытого огня это может привести к возгоранию и взрыву. Утечка ядовитого газа вызовет удушье и отравление. Утечка сильно агрессивной жидкости приведет к ожогам.
Частями, наиболее подверженными протечкам, являются сварное соединение, соединение головки с трубной решеткой, соединение трубного пучка с трубной решеткой и фланец.

Несчастный случай, вызванный протечкой теплообменника

Основными причинами протечки трубы теплообменника являются коррозия, частые запуски и остановки, чрезмерное изменение температуры, утечка при расширении цветочной пластины, вызванная быстрым расширением и сжатием теплообменника, и производственные дефекты самого оборудования.
Серьезная коррозия (такая как капли пара, сероводород и двуокись углерода) вызывает футеровку трубопровода.
Из-за частых пусков и остановов, чрезмерных перепадов температур и быстрого расширения или сжатия оборудования происходит протечка расширительного патрубка цветочной пластины.
Сам теплообменник имеет заводской брак, негерметичен сварной шов.
Негерметичность фланца вызвана повышением рабочей температуры, удлинением болтов и ослаблением крепежных деталей.
Негерметичность возникает из-за незакрепленных деталей трубного пучка теплообменника, вибрации трубы, теплового удара при пуске и останове и аварийном останове, а также механического удара, вызванного неправильной эксплуатацией при плановом техническом обслуживании.

Анализ причин выхода из строя трубного пучка теплообменника

Трубные пучки кожухотрубного теплообменника, синтетической колонны и котла-утилизатора являются слабыми звеньями и чаще всего выходят из строя. Основным видом разрушения трубных пучков является коррозионное растрескивание. Быстрое снижение теплопередающей способности, повреждение при столкновении, резка трубы, утечка трубного пучка и так далее. Общие причины следующие:

Коррозия

Теплообменники в основном изготавливаются из углеродистой стали. Кислородная поляризационная коррозия, вызванная растворенным кислородом в охлаждающей воде, очень серьезна. Срок службы трубных пучков часто составляет всего несколько месяцев или один-два года. Кроме того, многие рабочие среды являются коррозионно-активными, например, резервуар для охлаждающей воды колонны карбонизации небольших азотных удобрений, который находится под двойным действием коррозии карбида аммиака высокой концентрации и кристаллизационной коррозии бикарбоната аммиака. Иногда резервуар для охлаждающей воды из углеродистой стали течет только после двух-трех месяцев использования.

Накипь

В процессе работы теплообменника на внутренней и внешней стенках трубного пучка может образоваться накипь, а термическое сопротивление слоя грязи намного больше, чем у металлической трубы, что приводит к быстрому спаду тепла обменной емкости, а в серьезных случаях канал потока теплообменной среды будет перекрыт.

Вибрация, вызванная потоком жидкости

Для улучшения теплопередачи и уменьшения слоя загрязнения обычно используется метод увеличения скорости жидкости в межтрубном пространстве. С увеличением скорости жидкости в межтрубном пространстве вероятность индуцированной вибрации будет значительно возрастать, что приведет к вибрации труб в трубном пучке и, в конечном итоге, к разрушению трубного пучка. Общие формы отказов следующие:
1. Повреждение при столкновении
При достаточно большой амплитуде труб трубы будут сталкиваться друг с другом, а трубы, расположенные вокруг трубного пучка, могут столкнуться с внутренней стенкой кожуха теплообменника. При столкновении стенка трубы изнашивается и истончается, и в конце концов происходит растрескивание.
2. Разрез трубы на перегородке
Между отверстием перегородки и трубой имеется радиальный зазор. Когда амплитуда поперечной вибрации трубы велика, это вызовет повторное столкновение между стенкой трубы и внутренней поверхностью отверстия перегородки. Поскольку толщина перегородки мала, а стенка трубы соприкасается с ней много раз и часто, она будет выдерживать большую ударную нагрузку. Поэтому локальный отказ трубы может произойти за короткое время.
3. Повреждено соединение между трубой и трубной решеткой.
Соединительную конструкцию можно рассматривать как фиксированное концевое ограничение, когда вибрация трубы вызывает поперечное отклонение; Напряжения в соединении самые большие, поэтому это одна из областей, наиболее подверженных разрушению трубного пучка.
4. Разрушение, вызванное расширением дефектов материала.
При наличии дефектов в самом материале трубы (включая дефекты, вызванные коррозией и истиранием), под действием знакопеременного напряжения, вызванного вибрацией, трещина дефекта в направлении основного напряжения будет быстро расширяться и в конечном итоге приведет к разрушению трубы.

5. Растягивающее напряжение в поле переменного напряжения вибрации также станет источником напряжения коррозии под напряжением.

Вибрация, вызванная потоком, вызывает повреждение трубы, которое легко происходит в зоне относительно большого прогиба и высокой поперечной скорости со стороны кожуха. Эта область обычно представляет собой U-образный изгиб, область впускного и выпускного патрубков со стороны кожуха, область трубной доски, область выемки перегородки и трубу, находящуюся под сжимающим напряжением.

Причины и устранение образования накипи в теплообменнике

• 1. Загрязнение частицами: скопление твердых частиц, взвешенных в жидкости, на поверхности теплообмена. К этому виду обрастания относится также осаждение слоя крупных твердых частиц под действием силы тяжести на горизонтальной поверхности теплообмена, то есть осаждение так называемых осажденных обрастаний и других коллоидных частиц.
• 2. Кристаллическое обрастание: отложения, образующиеся в результате кристаллизации неорганических солей, растворенных в жидкости, на поверхности теплообмена, обычно при пересыщении или охлаждении. Типичные загрязнения, такие как карбонат кальция, сульфат кальция и отложения кремнезема на стороне охлаждающей воды.
• 3. Грязь химической реакции: грязь, образовавшаяся в результате химической реакции на поверхности теплопередачи. Материал поверхности теплопередачи не участвует в реакции, но может использоваться в качестве катализатора химической реакции.
• 4. Коррозионная грязь: грязь, вызванная коррозионной жидкостью или коррозионными примесями в жидкости, разъедающими поверхность теплообмена. Как правило, степень коррозии зависит от состава жидкости, температуры и значения pH обрабатываемой жидкости.
• 5. Биологическое загрязнение: за исключением устройств охлаждения морской водой, общее биологическое загрязнение относится к микробному загрязнению. Он может образовывать слизь, что, в свою очередь, создает условия для размножения биологической грязи. Этот вид грязи очень чувствителен к температуре. При соответствующих температурных условиях биологическая грязь может образовывать слой грязи значительной толщины.
• 6. Затвердевшая грязь: грязь, образовавшаяся в результате затвердевания жидкости на переохлажденной поверхности теплообмена. Например, когда температура воды ниже точки замерзания, она превращается в лед на поверхности теплообмена. Равномерность распределения температуры имеет большое влияние на этот вид грязи.

Антикоррозийные меры для теплообменника

В конструкции пар размещается со стороны трубы, чтобы избежать протекания высокоскоростного газа через межтрубное пространство. Когда со стороны кожуха находится большой поток среды, можно спроектировать несколько впускных отверстий со стороны кожуха, чтобы смягчить давление. Кроме того, должны быть установлены антикоррозийные пластины, чтобы уменьшить абразивный износ и коррозию оборудования, вызванные высокоскоростной жидкостью.
Во избежание удерживания остаточной жидкости и осадка во время сварки следует, насколько это возможно, применять двустороннюю стыковую сварку и непрерывную сварку, а сварку внахлестку и точечную сварку следует избегать. В процессе сварки, согласно практическому опыту, напряжение, вызывающее коррозионное растрескивание под напряжением, в основном является остаточным напряжением, а остаточное напряжение в основном состоит из внутреннего напряжения, вызванного холодной обработкой и сваркой.
Термическая обработка холоднодеформированных и сварных деталей помогает устранить остаточное напряжение и предотвратить коррозию под напряжением. Термическая обработка отжигом под напряжением часто используется для устранения остаточного напряжения или других методов устранения остаточного напряжения, таких как гидростатические испытания, вибрационное старение и ударная обработка.
Кроме того, для подъема пучка труб необходимо использовать нейлоновый ремень, чтобы металлическая поверхность была плоской, без царапин и могла плавно входить в оболочку.
Используются коррозионно-стойкие материалы (такие как бинокулярная нержавеющая сталь, Hastelloy, титан, титановый сплав, медь и т. д.). Эти материалы обладают высокой коррозионной стойкостью и могут увеличить срок службы теплообменника. Однако эти материалы с высокой коррозионной стойкостью дороги, имеют высокую стоимость производства, большие единовременные инвестиционные затраты, как правило, неприемлемы для предприятий и их трудно продвигать.
Электрохимическая защита может не только предотвратить коррозионное растрескивание под напряжением, но и остановить распространение трещин, даже если они возникают при условии соответствующих параметров защиты. Можно использовать расходуемую катодную/анодную защиту или поверхностное напыление коррозионно-стойкого металла.
Катодная защита :
Анод на металлической поверхности заменен на катод и защищен внешним источником питания постоянного тока. Этот метод потребляет большое количество электроэнергии, имеет высокую стоимость и применяется редко.
Метод анодной защиты :
Подключите защищаемое оборудование к аноду внешнего источника питания, чтобы сформировать пассивную пленку на металлической поверхности, чтобы обеспечить защиту. Теплообменник из углеродистой стали имеет низкую стоимость, но плохую коррозионную стойкость.
Срок службы теплообменника можно увеличить, используя технологию протекторной анодной защиты, но защитный эффект этой технологии ограничивается ограниченной длиной на входе в трубу, и трудно реализовать катодную защиту на глубине трубы. Поэтому применение метода защиты расходуемого анода в теплообменнике сильно ограничено.
В агрессивные среды добавляют небольшое количество определенных веществ, которые могут значительно уменьшить или даже остановить коррозию металлов. Такие вещества называются ингибиторами коррозии. На рис. 6 показано сравнение до и после применения ингибитора коррозии. Добавление ингибитора коррозии не должно влиять на производственный процесс и качество продукции.
Стресс-коррозию можно контролировать, удаляя из среды растворенный кислород и окислитель. Снижение массовой концентрации Cl – в среде и строгий контроль массовой концентрации серы в среде также являются эффективными мерами борьбы с коррозией под напряжением.
Металлическая поверхность должна быть покрыта защитным слоем антикоррозионного покрытия с помощью определенных методов покрытия, чтобы избежать прямого контакта металлической поверхности с агрессивной средой.
Этот технический способ является наиболее экономичным и эффективным. Первоначально он использовался для предотвращения коррозии газовой среды. Большинство используемых покрытий представляют собой растворы смесей органических полимеров. Сейчас люди постепенно переходят к покрытиям, устойчивым к маслам и растворителям, высокотемпературным покрытиям, сверхпрочным антикоррозийным покрытиям и покрытиям для особых сред.
Когда теплообменник запущен, заполните контейнер холодной жидкостью, закройте впускное отверстие, а затем медленно введите горячую жидкость, чтобы свести к минимуму разницу температурного расширения между трубой и оболочкой, образованной введенной жидкостью.

После выключения слейте все жидкости из теплообменника с помощью сухого сжатого воздуха, чтобы свести к минимуму напряжение и избежать коррозии под напряжением.