База знаний

Аварии теплообменников: типы и причины

Предотвращение аварий теплообменников | HeatEx
Аварии теплообменника — это серьёзные инциденты, которые могут повлечь за собой остановку производственного процесса, потерю продукта, дорогостоящий ремонт и, в некоторых случаях, угрозу для персонала. Понимание причин и типов подобных аварий критически важно для обеспечения безопасной и эффективной эксплуатации оборудования.

В данной статье мы подробно рассмотрим основные виды аварий теплообменников, а также их характерные причины. Особое внимание будет уделено так называемому "схлопыванию" — одной из наиболее разрушительных и часто недооцениваемых форм повреждений.

Основные виды аварий:

1. Схлопывание теплообменника

Схлопывание — это деформация конструктивных элементов теплообменника под действием внешнего давления, которое превышает внутреннее. На практике это чаще всего происходит при резком образовании вакуума внутри аппарата. Причинами могут быть ошибки при пуске или остановке оборудования, неправильные процедуры мойки CIP/SIP, а также неисправности предохранительных клапанов.

Схлопывание приводит к потере герметичности, разрушению пластин, уплотнений и других компонентов. Оно особенно опасно в пластинчатых теплообменниках, где толщина элементов минимальна, а перепады давления критичны. Такие аварии теплообменника требуют полной остановки системы и дорогостоящего ремонта.

2. Протечки между средами

Ещё одним распространённым видом аварий являются протечки между средами. Это может быть результатом износа уплотнительных элементов, повреждения пластин или ошибок при сборке. Особенно критично это в тех отраслях, где важна полная изоляция рабочих сред: пищевая, фармацевтическая, химическая промышленность.

Нарушение герметичности может привести к загрязнению продукта, снижению качества, а в некоторых случаях — к серьёзным санитарным и экологическим последствиям. Такие аварии теплообменника требуют не только технического вмешательства, но и расследования на уровне службы качества.

3. Коррозионное разрушение

Материалы теплообменников должны соответствовать химическому составу рабочих сред. Использование неподходящих металлов, нарушение режимов эксплуатации или присутствие агрессивных веществ может привести к коррозии. Это постепенный процесс, но он способен существенно ослабить конструкцию аппарата и спровоцировать аварии теплообменника.

Проблема особенно актуальна в случаях, когда оборудование работает на пределе своих возможностей или с нестабильными по составу средами. Предотвратить коррозию можно только за счёт точного подбора материалов и регулярного технического контроля.

4. Гидроудар

Гидроудар — это резкий скачок давления в трубопроводе, вызванный внезапным изменением скорости потока. Причины гидроударов в теплообменнике: быстрое открытие или закрытие клапанов, запуск насосов при незаполненной системе. Гидроудар может повредить пластины, сварные соединения, а также привести к смещению внутренних компонентов.

В отличие от других видов, такие аварии теплообменника могут произойти моментально, без предварительных признаков. Поэтому важно соблюдать правила эксплуатации, особенно при включении и остановке оборудования.

5. Закоксовывание и загрязнение

Накопление отложений на внутренней поверхности пластин и труб приводит к снижению эффективности теплообмена, перегреву и неравномерной нагрузке на элементы аппарата. Со временем это может стать причиной механических повреждений и серьёзных аварий теплообменника.

Закоксовывание — частая проблема при работе с неочищенными жидкостями, органическими веществами, в пищевой и химической промышленности. Регулярная промывка и контроль качества среды помогают снизить риски.

Статистика отказов теплообменных аппаратов

Сводные факты из международных источников надёжности (ICDE/OECD-NEA, OREDA, API RP 581). Показатели и цитаты — из первоисточников ниже.

46
событий CCF

Зависимые отказы теплообменников (ICDE)

Полных CCF — 9% (4/46), частичных — 2%. По типам аппаратов: 74% событий — у кожухотрубных; все полные CCF пришлись на них.

~80%
всех причин

Топ-корни отказов

Аномальные внешние воздействия (A) — 28%, дефекты проектирования/изготовления (D) — 26%, внутренние факторы компонента (P) — 26%.

65%
симптомов

Выявляются при интервалах ≥ 12 месяцев

По данным ICDE, большинство симптомов отказов обнаруживают при годовых и более редких проверках — аргумент в пользу системного планирования инспекций.

18 000
единиц

OREDA: объём эмпирических данных

~18 000 единиц оборудования, ~43 000 записей об отказах и ~80 000 записей ТО — база для отраслевых частот отказов и анализов PoF.

Наиболее частые механизмы отказов

Для теплообменников повторяются одни и те же механизмы деградации: коррозия, эрозия, засор/блокировка, усталостные трещины, ошибки эксплуатации.

Коррозия Эрозия Засор/фолинг Усталость Дефекты проектирования Аномальные воздействия
Примечание: данные ICDE относятся к энергетике (атомная генерация), но механизмы отказов универсальны для промышленности. OREDA даёт межотраслевые частоты отказов; API RP 581 — количественную методику планирования инспекций на основе риска (RBI).

Источники с цитатами

1) ICDE / OECD-NEA — отчёт по зависимым отказам теплообменников (CCF): CSNI-R(2015)11 “46 ICDE events… 4 of them were complete CCF events (9%). Partial CCF makes up for 2%.” “74% of the events have occurred in tube heat exchangers. Also, all complete CCFs…” “A… accounting for 28%… D and P… 26% each… (80% total).” “65% of all occurred failure symptom categories are discovered by test intervals ranging from 12 month or above.”

2) OREDA — описание и объёмы эмпирических данных: JPT / SPE: DNV GL Digital Platform Offers 40 Years Reliability Data “…includes 18,000 equipment units with 43,000 failure and 80,000 maintenance records.” Дополнительно: официальный сайт OREDA, OREDA@Cloud (Veracity)

3) API RP 581 — методология RBI (для планирования инспекций): API Publications Catalog 2025 (Refining), API Publications Catalog 2024 (Refining) “Provides quantitative procedures to establish an inspection program using risk-based methods…”

Что делать, чтобы предотвратить аварии?

Проблемы теплообменников редко возникают внезапно — в большинстве случаев им предшествуют мелкие неисправности, которые можно выявить на ранних стадиях. Регулярная проверка герметичности — один из самых эффективных способов профилактики серьёзных аварий.
Специалисты HeatEx проводят комплексное тестирование теплообменников на герметичность с выездом на предприятие. Мы используем неразрушающие методы, которые не требуют демонтажа аппарата, обеспечивают точность диагностики и подходят для оборудования, работающего в условиях строгих санитарных норм.

Газовый тест: точная диагностика без разборки

Газовый тест (H₂N₂) — это метод безразборного контроля герметичности, при котором через одну сторону теплообменника подаётся инертная газовая смесь, а на другой стороне с помощью чувствительного датчика фиксируются даже мельчайшие утечки.
Как это работает:
Газовая смесь (90% азота и 10% водорода) закачивается в теплообменник. При наличии дефектов молекулы водорода проходят через трещины, микропоры или повреждённые уплотнения и улавливаются приёмником на выходе. Это позволяет точно определить место и характер утечки.
Зачем применять:
Метод безопасен, не требует демонтажа оборудования, позволяет провести диагностику в течение одного рабочего дня и выявляет скрытые проблемы ещё до возникновения аварий. Особенно эффективно для пищевой и фармацевтической отрасли, где недопустим контакт сред.
В чём отличие:
В отличие от гидравлических испытаний или капиллярной дефектоскопии, газовый тест фиксирует даже микротрещины, включая те, которые невозможно обнаружить визуально. Он не оставляет следов на оборудовании, не влияет на его материалы и безопасен для дальнейшей эксплуатации.

Как работает газовое тестирование? | HeatEx


Красящий тест: визуальный контроль скрытых дефектов

Красящий тест — это метод поверхностной диагностики, основанный на применении пенетранта (красителя), который проникает в дефекты металла и делает их видимыми при помощи проявителя.
Как это работает:
На очищенную поверхность пластин наносят специальный проникающий состав. Он заполняет микротрещины и поры, после чего лишний краситель удаляется. Далее используется проявитель, который визуализирует дефекты в виде чётких линий и пятен.
Зачем применять:
Метод позволяет быстро оценить общее состояние пластин и соединений, выявить дефекты, которые могут вызвать утечку в будущем. Особенно актуален при плановых осмотрах или перед заменой уплотнений.
В чём отличие:
Красящий тест идеален для визуального анализа, но не показывает точные параметры утечки. Он подходит для выявления поверхностных нарушений, в то время как газовый тест применяется для поиска активных точек проникновения между средами.

Заключение

Понимание причин и типов аварий теплообменников позволяет не только минимизировать риски, но и повысить общую надёжность технологического процесса. Своевременное техническое обслуживание, корректный подбор оборудования и соблюдение регламентов эксплуатации — ключевые меры профилактики.

Повторимся: аварии теплообменника — это не случайность, а, как правило, следствие управляемых факторов. Контролируйте их — и оборудование прослужит максимально долго и безопасно.

Хотите быть уверены в безопасности вашего производства? Оставьте заявку на тестирование оборудования на главной странице, а наши специалисты с вами свяжутся!

Часто задаваемые вопросы

Как проверить теплообменник на герметичность? +

Для проверки герметичности теплообменника:

  1. Начните с визуального осмотра — проверьте наличие явных следов протечек, коррозии или повреждений на поверхности.
  2. Если проблем не выявлено или их характер требует уточнения, обратитесь к специалистам по тестированию. Мы проведем комплексное исследование с использованием методов, таких как газовое тестирование или красящий тест, чтобы точно определить наличие утечек.
Из-за чего происходят аварии на теплообменниках? +

Большинство аварий происходят по следующим причинам: резкие перепады давления, износ уплотнений, коррозия, ошибки запуска/остановки, нарушения в работе CIP/SIP. Предотвратить их помогает регулярное обслуживание и контроль герметичности.

Возможные аварии: какие бывают? +

К наиболее распространённым видам относятся:

  1. Схлопывание
  2. Протечки между средами
  3. Коррозионное разрушение
  4. Гидроудар
  5. Закоксовывание и загрязнение
Статистика аварий теплообменных аппаратов: насколько это критично? +

Теплообменники относятся к оборудованию, отказ которого может повлечь серьёзные последствия — от простоев производства до потери продукта и аварий. Международные базы данных по надёжности, такие как API RP 581 (Risk-Based Inspection) и OREDA (Offshore & Onshore Reliability Data), подтверждают: теплообменники входят в перечень оборудования с повышенными рисками, если не проводить плановую диагностику.

По данным API 581, вероятность отказа теплообменного оборудования без надлежащего технического обслуживания растёт с каждым годом эксплуатации из-за накопления дефектов — коррозии, эрозии, износа уплотнений. Методология API 581 учитывает такие механизмы повреждений и предлагает расчётный подход к планированию проверок, чтобы снизить риск внезапных отказов.

Статистика OREDA, основанная на данных из нефтегазовой отрасли, показывает, что для теплообменников наибольший вклад в отказы вносят:

  • коррозия и эрозия рабочих поверхностей;
  • дефекты уплотнений;
  • усталостные трещины в пластинах или трубках.

При этом большинство отказов происходит не из-за одной «критической» поломки, а из-за накопления мелких дефектов, которые долго остаются незамеченными.

Вывод: регулярная диагностика — ключ к продлению срока службы оборудования. Применение методов неразрушающего контроля, таких как газовое тестирование, позволяет выявлять повреждения на ранней стадии и существенно снижать вероятность аварий.

Источники:

  • API RP 581 — Risk-Based Inspection (American Petroleum Institute)
  • OREDA — Offshore & Onshore Reliability Data (DNV)
  • NTNU — Reliability analysis of heat exchangers based on OREDA data
  • Задать вопрос
    Статьи