Сколько служит кожухотрубный теплообменник и что сокращает срок службы

Кожухотрубный теплообменник служит столько, сколько записано в его паспорте как назначенный или расчётный срок службы. По нашим техническим условиям на теплообменные аппараты это до 20 лет, назначенный срок в паспортах наших проектов — от 10 до 30 лет.

Срок сокращают коррозия быстрее той, что заложена в прибавку к толщине стенки, коррозионное растрескивание, циклы нагружения сверх расчётных, удар потока и вибрация трубного пучка, работа выше разрешённых давления и температуры. Ниже — откуда берутся цифры срока, как он связан со средой, что требуют нормы при проверке аппарата и когда срок истёк.

Кожухотрубные теплообменники, холодильники, конденсаторы и трубные пучки к ним изготавливаем по ТУ 3612-001-85873787-2020 и ГОСТ 31842-2012.

Сколько служит теплообменник: что стоит в паспорте

Срок службы не выводится из марки стали или типа аппарата — его назначают. ГОСТ 31842-2012 (п. 5.1.2) требует, чтобы назначенный срок службы теплообменника устанавливал разработчик и указывал в технической документации; для сосудов ГОСТ 34347-2017 (п. 3.1.2) требует указывать там назначенный или расчётный срок. В паспорте по ГОСТ 34347 срок стоит отдельной строкой рядом с прибавкой на коррозию и числом циклов нагружения.

Верхнюю границу задают технические условия. По ТУ 3612-001-85873787-2020 на теплообменные аппараты расчётный (назначенный) срок службы — до 20 лет, по ТУ 3615-001-85873787-2020 на ёмкостные аппараты — до 30. В опросном листе к ТУ 3612-001 срок определяет заказчик (п. 5.1 приложения Б) в пределах таблицы 1.

В отраслевых технических условиях на типовые аппараты срок бывает привязан к среде. ТУ 3612-014-00220302-99 на теплообменники «труба в трубе» для сред со скоростью коррозии не более 0,1 мм в год дают 5 лет для ТТОН, 8 — для ТТОР и 12 — для ТТМ и ТТРМ. ТУ 3612-007-00220302-99 на вакуумные конденсаторы с извещения № 4 назначают 12 лет без условия по среде.

В паспортах наших теплообменников назначенный срок — от 10 до 30 лет, а число циклов нагружения почти везде одно — не более 1000:

Корпус и трубы: у кого есть запас на коррозию

Прибавку на коррозию в паспортах указывают для корпуса; у теплообменных труб её может не быть вовсе. У конденсатора КХ-1400 (проект 1427П) прибавка трубного пространства — 2,0 мм, межтрубного — 3,18 мм, у самих труб — 0. У аппарата 900ХПГ (проект 1574П) — по 3,0 мм на оба пространства и тоже 0 у труб.

Трубы при этом тонкие: ГОСТ 31842-2012 (табл. 6) допускает для труб диаметром 20 и 25 мм минимальную стенку 1,5 мм. Через эту стенку идёт теплообмен, и сквозное поражение трубы означает переток между трубным и межтрубным пространствами — смешение сред. Поперечные и опорные перегородки из углеродистых и низколегированных сталей тот же стандарт (п. 5.1.12) требует делать не тоньше удвоенной прибавки межтрубного пространства.

Поэтому у пучка бывает свой срок. В проекте 1442П — пучки для охлаждения раствора МДЭА — назначенный срок службы именно трубного пучка 10 лет при прибавке 2,0 мм на каждое пространство. Заменить пучок отдельно от корпуса можно, если он извлекаемый: у аппаратов с плавающей головкой и с U-образными трубами (ГОСТ 31842-2012, пп. 3.1.4, 3.1.5), но не у аппаратов с неподвижными решётками (п. 3.1.2).

Почему теплообменник выходит из строя раньше срока

Цифра срока в паспорте верна, пока верны исходные данные расчёта. Ниже — что именно в них закладывают и что происходит, когда реальные условия хуже.

Коррозия быстрее расчётной. В паспорте по ГОСТ 34347-2017 прибавка так и названа — «прибавка для компенсации коррозии (эрозии) за назначенный срок службы». Для оценки: при скорости 0,1 мм в год за 20 лет уходит 2 мм. Если среда снимает 0,3 мм в год, те же 2 мм кончатся меньше чем за 7 лет.

Коррозионное растрескивание. В паспортах наших аппаратов это отдельная строка для каждого пространства. У конденсатора 1427П межтрубное пространство с парами дизельного топлива и газами разложения отмечено как вызывающее растрескивание; трубы, трубная решётка и перегородки там — из стали 08Х18Н10Т.

Циклы нагружения сверх расчётных. Число циклов — сколько раз за срок службы аппарат нагружают давлением и разгружают; в наших ТУ это не более 1000. У аппарата 700ТУ-6,3 (проект 1658П) в паспорте — не более 8000 циклов. Если установка часто пускается и останавливается, число циклов нужно указать в заявке.

Удар потока и вибрация. Чтобы струя на входе не била в трубы, ГОСТ 31842-2012 (п. 5.4) требует противоударную пластину или стержни: пластина толщиной не менее 6 мм, заходит за отверстие штуцера не менее чем на 25 мм и закреплена так, чтобы её не повредила вибрация. Анализ вынужденной вибрации потока — отдельная строка контрольной таблицы приложения А этого стандарта, её отмечает заказчик.

Работа выше разрешённых параметров. ТУ 3612-007 (п. 6.2.1) допускают работу только с параметрами не выше паспортных. ФНП № 536 (п. 390) требуют немедленно остановить сосуд, если давление поднялось выше разрешённого и не снижается, при неисправном предохранительном устройстве, при трещинах, неплотностях, выпучинах, разрыве прокладок.

Как часто чистить теплообменник и что для чистки должно быть в конструкции

Периодичность чистки ГОСТ 31842, ГОСТ 34347 и ФНП № 536 не задают. Нормы требуют другого — чтобы чистить было возможно, и закладывается это при заказе.

ГОСТ 34347-2017 (п. 3.1.1): конструкция должна позволять визуальный и измерительный контроль, в том числе внутренней поверхности, очистку, промывку, полное опорожнение, продувку и ремонт. ГОСТ 31842-2012 переводит это на язык теплообменника:

• коридоры между трубами, которые нужно регулярно чистить, располагают по квадрату — с шагом под 90° или 45° (п. 5.5.4);
• аппараты с плавающей головкой и U-образными трубами с кожухом от 800 мм снабжают устройством для монтажа и демонтажа пучка, а в решётках предусматривают рым-болты для его вытягивания (пп. 5.3.2.8, 5.3.2.9);
• швы корпуса таких аппаратов зачищают изнутри заподлицо, чтобы пучок проходил (п. 7.1.1);
• в перегородках делают вырез высотой 10 мм для дренажа (п. 5.1.13);
• штуцера для химической очистки — строка «да/нет» в контрольной таблице приложения А.

В эксплуатации чистка встроена в проверки: по ФНП № 536 (п. 430) перед осмотром поверхности сосуда очищают от отложений и грязи, а до этого (п. 427) сосуд останавливают, освобождают от среды и продувают. Если заказчик задаёт межремонтный пробег, он попадает в паспорт — пример ниже.

Как проверить, в каком состоянии теплообменник

Состояние теплообменника под давлением проверяют техническим освидетельствованием. Минимальный объём первичного освидетельствования по ФНП № 536 (п. 424): визуальный и измерительный контроль снаружи и изнутри, если внутренняя поверхность доступна; контроль толщины стенок для коррозионно-агрессивных сред, если он предусмотрен руководством по эксплуатации или проектом; проверка обвязки, приборов и предохранительных устройств; гидравлическое испытание.

Гидроиспытание проводят только после удовлетворительного осмотра (п. 432); выдержка под пробным давлением, если руководство по эксплуатации не требует другого, — не менее 10 минут при толщине стенки до 50 мм (п. 431). Где и как часто мерить толщину стенок, ТУ 3612-007 (п. 6.2.18) отдают производственной инструкции — с учётом конкретных условий эксплуатации.

Для теплообменников с выдвижной трубной системой нефтехимических предприятий, подлежащих учёту, ФНП дают свою периодичность — если руководство по эксплуатации не задаёт другой (приложение 10, строки 8 и 9):

• среда разрушает металл не быстрее 0,1 мм в год — осмотр ответственными лицами после каждой выемки трубной системы, осмотр и гидроиспытание уполномоченной организацией — раз в 12 лет;
• от 0,1 до 0,3 мм в год — осмотр после каждой выемки, осмотр и гидроиспытание организацией — раз в 8 лет.

Отсюда вывод для заказчика: скорость коррозии среды — не справочная цифра для расчётчика, от неё зависит график осмотров на весь срок службы. Критериев «теплообменник забит» в ГОСТ 31842, ГОСТ 34347 и ФНП № 536 нет: нормы проверяют прочность и плотность аппарата, а не его тепловую работу.

Срок службы истёк: можно ли работать дальше

ФНП № 536 (п. 228, подпункт «л») запрещают эксплуатировать оборудование под давлением без экспертизы промышленной безопасности, если отработан срок службы из паспорта изготовителя или срок безопасной эксплуатации из заключения экспертизы. По пункту 394 по истечении расчётного срока службы проводят техническое диагностирование в рамках экспертизы — чтобы определить, можно ли, с какими параметрами и на каких условиях работать дальше.

После этого освидетельствование учтённого в Ростехнадзоре аппарата ведёт организация с лицензией на экспертизу — в объёме и с периодичностью из заключения, но не реже сроков руководства по эксплуатации и ФНП (п. 397). Технические условия говорят то же: ТУ 3612-007 и ТУ 3612-014 допускают продление срока по результатам технического диагностирования и определения остаточного ресурса.

Если недопустимые дефекты нашли раньше срока, по пункту 398 выясняют причины, при необходимости оценивают остаточный ресурс и устраняют дефекты ремонтом. До ремонта пункт 401 допускает работу на пониженных давлении и температуре — с расчётом на прочность по фактическому состоянию и ограниченным сроком.

Пример: холодильник антифриза с паспортом на 20 лет

Сдвоенный холодильник антифриза (проект 1433П): в межтрубном пространстве — водно-гликолевый раствор с 56 % МЭГ, в трубах — оборотная вода, рабочие температуры от 25 до 40 °C. В паспорте: срок службы 20 лет, не более 1000 циклов нагружения, межремонтный пробег — 5 лет.

Прибавка на коррозию — 0,5 мм на каждое пространство; трубы, решётки и корпус — из 09Г2С. Межтрубное пространство рассчитано отдельно и на пропарку: 0,7 МПа при 195 °C при рабочих 30–40 °C.

Аппарат — холодильник с неподвижными трубными решётками (тип ХН): пучок не вынимается, оборотная вода идёт по трубам, антифриз — в межтрубном пространстве. Самая тяжёлая съёмная часть — распределительная камера массой 440 кг.

Что указать в опросном листе и зачем

• Скорость коррозии в мм в год — отдельно для трубного и межтрубного пространства (п. 2.10 опросного листа ТУ 3612-001): от неё прибавка к толщине и график осмотров.
• Назначенный срок службы (п. 5.1) — его определяет заказчик, по ТУ — до 20 лет.
• Число циклов нагружения за срок (п. 5.2) — особенно если пусков и остановов много.
• Вызывает ли среда коррозионное растрескивание — от этого зависят материал и обязательная термообработка (ГОСТ 34347-2017, п. 5.11.1).
• Нужна ли очистка и какая: механическая чистка межтрубного пространства требует разбивки труб по квадрату, химическая — штуцеров под неё.
• Нужен ли отдельный срок службы трубного пучка, если его планируют менять.

Скачайте опросный лист, заполните и приложите к заявке, указав скорость коррозии и нужный срок службы для обеих полостей, — инженеры ПЗЭМ разберут условия и предложат прибавку, материал и тип аппарата.