Guasto meccanico più comune nel guscio & Tubo dello scambiatore di calore

Gli scambiatori di calore rappresentano apparecchiature di processo cruciali utilizzate ovunque in tutti i settori per il raffreddamento, riscaldamento, applicazioni di ebollizione e condensazione. Un trasferimento di calore efficiente si basa su reti di tubazioni affidabili per fornire fluidi caldi/freddi nei gusci degli scambiatori. tuttavia, le complesse sollecitazioni termiche ed idrauliche, la presenza di ambienti corrosivi e la possibilità di incrostazioni per molti anni significa che le tubazioni sono soggette a meccanismi di degrado che minano l'integrità strutturale. Questo rapporto analizza le principali modalità di guasto meccanico che affliggono i tubi e i gusci degli scambiatori di calore al fine di favorire la prevenzione, ispezione, e valutazioni di integrità a supporto di lunghe durate operative.

Guasti ai tubi

Come superfici sensibili di trasferimento del calore, tubi sperimentare il peso delle sollecitazioni dello scambiatore di calore. Diverse modalità di danneggiamento dei tubi sono tra le più diffuse:

• Flusso accelerato Corrosione: I depositi formati concentrano gli agenti corrosivi, accelerazione dell’assottigliamento delle pareti, soprattutto dove i flussi fluttuano in corrispondenza delle curve a U. Lasciato senza controllo, si verificano perdite/rotture del foro stenopeico.
• Usura da vibrazioni: Le interazioni tra le piastre di supporto dei tubi inducono un'usura da vibrazione per attrito preferenzialmente sui tubi superiori. L'erosione penetra in profondità attaccando lo spessore del tubo.
• Incrostazioni/corrosione sotto i depositi: Le condizioni dello scambiatore di calore favoriscono la formazione di depositi che possono ospitare attacchi corrosivi dietro uno strato isolante, pareti che si assottigliano furtivamente senza essere notate.
• Cracking per corrosione da stress: Per alcune combinazioni di materiali dei tubi sensibili e ambienti aggressivi come le soluzioni di cloruro, le crepe da screpolatura possono propagarsi rapidamente.

La mitigazione si basa sull'iniezione di inibitori di corrosione, design di supporto migliorati che riducono i punti di usura, monitoraggio online per una pulizia tempestiva prima delle perforazioni.

Guasti della shell
Il guscio dell'alloggiamento a pressione sopporta sollecitazioni termiche inferiori ma deve mantenere l'integrità strutturale. Le modalità di danno comunemente osservate includono:

• Diluizione generale della corrosione: Le superfici del guscio esposte direttamente ai fluidi di processo subiscono una corrosione uniforme che riduce lo spessore delle pareti, eventualmente avvicinandosi ai codici minimi.
• Vaiolatura: La corrosione localizzata dà origine a cavità probabilmente legate a inclusioni microstrutturali preferenziali dure di seconda fase. Le fosse possono fondersi minando l’integrità.
• Vibrazione indotta da vortice: La risonanza del guscio derivante dai vortici di fluidi turbolenti provoca la fatica dei metalli ad alto ciclo, soprattutto negli scambiatori sottoraffreddati. La rottura inizia dall'interno del guscio.
• Cracking per corrosione da stress: Simile ai tubi, alcune combinazioni di gusci e ambienti umidi di H2S rischiano problemi di cracking assistito dall'ambiente.

Le ispezioni non distruttive di routine valutano l'assottigliamento dei gusci delle bandiere che richiedono riparazione/sostituzione prima di raggiungere le soglie di inutilizzabilità. La protezione catodica aiuta anche a prolungare la durata del guscio.

Effetti di incrostazione
Il fouling agisce come acceleratore di numerosi meccanismi di danno:

• Impedire il trasferimento di calore, innalzamento più profondo della temperatura dei metalli negli scambiatori’ cicli termici.
• Concentra i corrosivi in ​​depositi sciogliendo pellicole protettive di ossido.
• Ospitare microbi che promuovono la corrosione influenzata microbiologicamente.
• L’aumento dell’attrito aumenta il potenziale di vibrazione/erosione.

La pulizia regolare mantiene le riduzioni accettabili del coefficiente di trasferimento del calore riportate di seguito 25% mentre gli strati depositati rimangono sufficientemente sottili per essere rimossi. Il monitoraggio delle pressioni differenziali aiuta a programmare le pulizie prima che il deterioramento acceleri.

conclusioni

Considerazione sistematica dei materiali, proprietà dei fluidi, Le condizioni operative e i meccanismi di danneggiamento fanno luce sui punti in cui tipicamente si verificano guasti meccanici all’interno delle reti di tubazioni degli scambiatori di calore. Integrazione di strategie di mitigazione come gli inibitori, la valutazione non distruttiva e il monitoraggio della deposizione aiutano a prevenire il deterioramento, estendendo così gli intervalli di manutenzione e l'affidabilità di queste risorse critiche per il trasferimento di calore.