Протікання теплообмінника: виявлення, усунення

Під час тривалої експлуатації пластинчастого теплообмінника виникають проблеми з його ефективністю через внутрішній і зовнішній витік. Це типова проблема для цього типу обладнання, де два середовища перебувають у контакті одне з одним через пластини. Протікання зазвичай пов’язані з пошкодженням пластин або ущільнень теплообмінника. Залишилося з’ясувати, чому течуть теплообмінники?

Протікання теплообмінника: поширені причини

Ось кілька основних причин, через які може відбуватися протікання теплообмінника:

• Механічне пошкодження або зношування пластин може призвести до утворення тріщин або отворів, через які починаються внутрішні перетоки.
• Якщо ущільнення між пластинами теплообмінника стають зношеними або деформованими, це може призвести до протікання рідини як ззовні теплообмінника, так і всередині його (наприклад, інколи можна спостерігати, як тече масло з теплообмінника).
• За недостатнього захисту від корозії металеві пластини можуть руйнуватися з часом, що призводить до утворення протікання (наприклад, використання матеріалу пластин, який не відповідає агресивності середовищ, які беруть участь у процесі теплообміну; конкретно – використання неіржавкої сталі AISI 316 або AISI 304 замість титану в теплообміннику охолодження систем корабля, де одне із середовищ – агресивна морська вода).
• Некоректне встановлення або складання теплообмінника може створювати місця з поганою герметичністю, через які може відбуватися витік.
• Якщо тиск теплоносія перевищує допустимі межі, це може спричинити пошкодження ущільнень у розбірному теплообміннику або їхнє «видавлювання» з пазів, що призведе до течі.
• Непрофесійний ремонт або заміна компонентів (наприклад, гумових ущільнень) без дотримання стандартів можуть призвести до того, що тече теплообмінник.
• До них можна віднести механічні пошкодження (наприклад, окалина всередині теплообмінника), вібрації, гідроудари, перепади температур, неправильний пуск теплообмінника в експлуатацію (наприклад, помилкою є спочатку подача пари, а тільки потім середовища, що нагрівається) та інші фактори, які можуть вплинути на цілісність теплообмінника.

Ці причини важливо враховувати під час обслуговування та експлуатації пластинчастих теплообмінників, щоб уникнути проблем з їхньою роботою і забезпечити довгий термін служби.

Як і чому відбувається втома матеріалів

Втома матеріалів відбувається, якщо теплообмінник працює під циклічними умовами навантаження і температури. Ось основні причини:

• Теплообмінники часто піддаються циклічним змінам температури через процес нагрівання й охолодження робочих середовищ. Ці перепади температури можуть викликати розширення і стиснення матеріалів, що з часом може призвести до втоми.
• Під дією тиску і температурних змін матеріали теплообмінника деформуються.
• Вібрації та удари на з’єднувальні елементи або кріплення також можуть призвести до втоми матеріалів, особливо якщо вони не розподіляються рівномірно по конструкції теплообмінника.
• Якщо теплообмінник експлуатується в агресивному середовищі, наприклад, за наявності корозійних речовин або хімічно агресивних робочих рідин, це може прискорити процес втоми матеріалів.

Механізм втоми матеріалів у теплообміннику подібний до втоми в інших інженерних конструкціях. Тому важливо правильно проєктувати й експлуатувати теплообмінник, щоб мінімізувати ризик втоми матеріалів і забезпечити його довгий і надійний термін служби.

Типи корозії та методи запобігання

Корозія металу – процес хімічного або електрохімічного руйнування металевої структури під впливом навколишнього середовища. Вона може бути спричинена фізичними, механічними або біологічними факторами.

У пластинчастих теплообмінниках часто зустрічаються такі види корозії:

• Рівномірна корозія – макроскопічно рівномірне руйнування металу на всій його поверхні під дією навколишнього середовища.
• Щілинна корозія виникає у вузьких зазорах і закритих областях металевої поверхні, що призводить до інтенсивного руйнування в цих областях.
• Контактна корозія виникає під час контакту двох металів або сплавів з різними потенціалами в електроліті, що розчиняє, що призводить до різної швидкості корозії металів у цьому контакті.
• Ерозійна корозія прискорює процес корозії через відносний рух середовища і поверхні металу, що призводить до посилення руйнування.
• Вибіркова корозія – переважне руйнування певних елементів сплаву під впливом корозії називається вибірковою корозією.
• Точкова корозія – це концентрація корозії в маленьких точках на поверхні металу.
• Міжкристалітна корозія – роз’їдання меж зерен металу або сплаву, тоді як саме зерно менш схильне до корозії, називається міжкристалітною корозією.
• Руйнування воднем – проникнення водню в метал через корозію або інші процеси може призвести до його руйнування.
• Корозійне розтріскування під напругою (SCC) і корозійна втома – руйнування матеріалу через корозію і напругу, що розтягує, в системі метал-середовище.

Ось деякі методи запобігання корозії в пластинчастих теплообмінниках:

• Використання матеріалів, стійких до корозії в конкретному робочому середовищі, може значно знизити ризик корозії. Наприклад, використання неіржавкої сталі або спеціалізованих сплавів з хорошою корозійною стійкістю.
• Нанесення захисних покриттів на поверхню теплообмінника. Наприклад, епоксидні покриття, полімерні плівки або керамічні покриття.
• Підтримка стабільних умов температури і тиску всередині теплообмінника може зменшити ймовірність корозії через термічні та механічні впливи.
• Регулярна перевірка стану теплообмінника, його очищення та видалення відкладень.
• Додавання спеціальних антикорозійних добавок у робоче середовище або воду може допомогти захистити метал від руйнування.

Ці методи можуть бути застосовані також у поєднанні для забезпечення ефективного захисту від різних видів корозії в пластинчастих теплообмінниках.

Помилки під час експлуатації, що призводять до витоків

Неправильне використання може призвести до серйозних наслідків для обладнання. Часті та різкі перемикання режимів роботи, особливо без відповідного періодичного обслуговування і контролю параметрів, спричиняють знос елементів і скорочують термін служби.

Перевищення допустимих параметрів, як-от тиск і температура, не тільки збільшує ризик поломок, а й може негативно позначатися на ефективності роботи обладнання.

Регулярне обслуговування і дотримання рекомендацій з експлуатації допоможуть підтримувати обладнання в хорошому стані і продовжити його термін служби.

Методи виявлення витоків у пластинчастих теплообмінниках

Існують певні дієві методи перевірки теплообмінником на наявність протікань. Розглянемо основні з них докладніше.

Візуальний огляд

Першим кроком у виявленні витоків у пластинчастих теплообмінниках є візуальний огляд. Він дає змогу виявити очевидні ознаки зносу, пошкоджень або корозії на поверхні пластин. Найважливішими зонами для уважного огляду є ущільнювальні гумові ущільнення та місця з’єднань.

Під час візуального огляду ми можемо визначити тільки зовні витоки в теплообміннику.

Як ми раніше говорили, поряд із зовнішніми витоками в теплообміннику, існують внутрішні перетоки. Це є небезпечним особливо в харчовій промисловості, коли відбувається перетікання одного із середовищ у харчову рідину. У результаті ми спостерігаємо погіршення смакових властивостей харчової рідини.

Внутрішні витоки досить складно визначити під час роботи теплообмінника. Рекомендуємо стежити за тиском для обох середовищ. Перевіряйте якість рідин, що беруть участь у теплообміні. Якщо є підозри у внутрішніх перетоках, рекомендуємо відключити теплообмінник від одного із середовищ. Якщо є внутрішні перетікання, в порожнині теплообмінника, відключеній з процесу, буде накопичуватися друге середовище.

Причина внутрішніх перетоків – порушена цілісність пластин (корозія, розтріскування тощо) або порвано кільце ущільнення теплообмінника.

Методи та значення випробувань на тиск

Випробування на тиск включають випробування на міцність і герметичність, де теплообмінник піддається тиску для виявлення того, чи тече пластинчастий теплообмінник або є можлива деформація в ньому.

Це випробування полягає в такому:

В одну з порожнин теплообмінника подають рідину, створюючи всередині тиск Р=1,3 РР. Якщо візуально не виявлено протікання (всередину іншої порожнини або зовні) і манометр протягом 15 хвилин показує однаковий тиск, теплообмінник можна вважати випробуваним і готовим до експлуатації.

Випробування барвником

Додатковим методом виявлення витоків є випробування барвником. При цьому в систему подається спеціальний фарбувальний розчин, який виявляє місця витоків появою забарвленої рідини на поверхні теплообмінника.

Як усунути протікання пластинчастого теплообмінника

Розглянемо, які способи використовуються для усунення таких проблем. Це допоможе, якщо, наприклад, тече масло з теплообмінника.

Тимчасові заходи

Якщо ви виявили, наприклад, протікання мастила з теплообмінника, необхідно одразу вживати тимчасових заходів для запобігання подальшої шкоди.

1. 1. Необхідно візуально визначити місце, де відбувається протікання масла з теплообмінника. Якщо візуально визначили місце течі, потрібно подивитися, чи не вийшло ущільнення назовні.
      1. Якщо ущільнення вийшло назовні, необхідно зупинити теплообмінник. Розібрати його. Вставити ущільнення, що випало, в паз пластини теплообмінника. Зібрати теплообмінник. Стягнути шпильки таким чином, щоб ширина пакета пластин теплообмінника відповідала розміру Amax або трохи менше. Запустити теплообмінник у роботу. Якщо буде текти, дозволяється ще трохи стягнути пакет пластин. 
      2. Якщо візуально не знайдено ущільнень, які вийшли назовні, то дозволяється трохи стягнути пакет пластин.
2. Увага! Пакет пластин допустимо стягувати до розміру Amin, далі не можна, тому що будуть пошкоджуватися пластини.
3. З наведеного вище випливає, що тимчасовим заходом є стягування пакета пластин до розміру, меншого від початкового значення.
4. Трапляється, що внаслідок вібрації або інших причин, відбувається ослаблення шпильок і ширина пакета пластин виявляється більшою за Amax. У цьому випадку необхідно просто стягнути пакет пластин до розміру Amax або трохи менше.

Довгостроковий ремонт

Якщо тимчасові заходи не дали результату, теплообмінник необхідно ставити на довгостроковий ремонт, у результаті якого слід провести розбирання теплообмінника, знайти місце пошкодження (пластини, ущільнення) і здійснити заміну пошкоджених пластин або ущільнень. Довгостроковий ремонт допоможе вирішити питання про те, як усунути протікання в теплообміннику.

Поради щодо запобігання витокам у теплообмінниках

Однією з основних порад щодо запобігання витокам у теплообмінниках є регулярне обслуговування та модернізація вашого теплообмінника.

Регулярне технічне обслуговування

Регулярне технічне обслуговування – важливий крок, щоб запобігти протіканню пластинчастого теплообмінника. Воно включає кілька етапів:

• Регулярне очищення теплообмінника від відкладень, забруднень і корозії допомагає підтримувати його ефективність і герметичність.
• Перевірка тиску в теплообміннику дає змогу виявляти можливі витоки або деформації.
• Зношені ущільнення, прокладки, фітинги та інші деталі можуть бути джерелом того, що потік пластинчастий теплообмінник. Заміна цих деталей відповідно до рекомендацій виробника допомагає запобігти витокам і зберегти надійну роботу теплообмінника.

Особливу увагу слід приділяти ущільнювальним матеріалам, якщо течуть прокладки теплообмінника. Їх своєчасна заміна відіграє ключову роль у запобіганні витоків.

Модернізація та заміна теплообмінника

Важливо розглядати можливість модернізації або заміни теплообмінника за необхідності. Нові технології та матеріали можуть підвищити ефективність роботи і знизити ризик витоків, особливо в разі старих або зношених систем.

У разі виявлення протікання самостійно або простої підозри, найкращим рішенням буде звернутися до фахівців, які оперативно усунуть проблему і проведуть діагностику обладнання.