I. Klasifikace výměníku tepla:
Trubkové výměníky tepla lze podle strukturálních charakteristik rozdělit do dvou kategorií.
1. Pevná konstrukce trubkového výměníku tepla: Tento výměník tepla se stal typem pevné trubky a desek a obvykle se dělí na jednotrubkový a vícetrubkový. Jeho výhodou je jednoduchá a kompaktní konstrukce, levnost a široké použití; nevýhodou je, že trubky nelze mechanicky čistit.
2. Trubkový výměník tepla s teplotní kompenzací: umožňuje volné rozpínání ohřáté části. Strukturu lze rozdělit na:
1. Výměník tepla s plovoucí hlavou: tento výměník tepla se může volně roztahovat na jednom konci trubkovnice, tzv. „plovoucí hlava“. Vztahuje se na velký teplotní rozdíl mezi stěnou trubky a stěnou pláště, což často vede k čištění prostoru trubkového svazku. Jeho konstrukce je však složitější a náklady na zpracování a výrobu jsou vyšší.
2. Trubkový výměník tepla ve tvaru U: má pouze jednu trubkovou desku, takže se trubka může při zahřívání nebo ochlazování volně roztahovat a smršťovat. Konstrukce tohoto výměníku tepla je jednoduchá, ale pracovní zátěž při výrobě ohybu je větší a protože trubka musí mít určitý poloměr ohybu, využití trubkové desky je nízké, trubka se obtížně mechanicky čistí a demontuje a výměna trubek není snadná, proto je nutné, aby trubkami procházela čistá kapalina. Tento výměník tepla lze použít při velkých teplotních změnách, vysokých teplotách nebo vysokých tlacích.
③ Výměník tepla s ucpávkou: má dva typy. Jeden je v trubkové desce, kde je na konci každé trubky samostatné těsnění, které zajišťuje volné roztahování a smršťování trubky. Pokud je počet trubek ve výměníku tepla velmi malý, tato konstrukce je větší než u běžného výměníku tepla a má větší a složitější strukturu. Jiný typ je v provedení s plovoucí konstrukcí na jednom konci trubky a pláště, kde je v plovoucím místě použito celé těsnění. Konstrukce je jednodušší, ale není snadno použitelná v případě velkého průměru a vysokého tlaku. Výměník tepla s ucpávkou se v současnosti používá jen zřídka.
II. Přezkoumání konstrukčních podmínek:
1. Při návrhu výměníku tepla by měl uživatel poskytnout následující konstrukční podmínky (parametry procesu):
① trubka, provozní tlak pláště programu (jako jedna z podmínek pro určení, zda zařízení splňuje požadavky třídy, musí být zajištěno)
② trubka, provozní teplota pláště (vstup / výstup)
③ teplota kovové stěny (vypočtená procesem (poskytnutá uživatelem))
④Název a vlastnosti materiálu
⑤Korozní okraj
⑥Počet programů
⑦ plocha pro přenos tepla
⑧ specifikace trubek výměníku tepla, uspořádání (trojúhelníkové nebo čtvercové)
⑨ skládací deska nebo počet nosných desek
⑩ izolační materiál a tloušťka (pro určení výšky vyčnívajícího sedla typového štítku)
(11) Barva.
Ⅰ. Pokud má uživatel zvláštní požadavky, musí uvést značku a barvu
Ⅱ. Uživatelé nemají žádné zvláštní požadavky, návrháři si je sami vybrali
2. Několik klíčových konstrukčních podmínek
① Provozní tlak: jako jedna z podmínek pro určení, zda je zařízení klasifikováno, musí být uveden.
② vlastnosti materiálu: pokud uživatel neuvede název materiálu, musí uvést stupeň toxicity materiálu.
Protože toxicita média souvisí s nedestruktivním monitorováním zařízení, tepelným zpracováním, úrovní výkovků pro vyšší třídu zařízení, ale také s rozdělením zařízení:
Výkresy v bodě a, GB150 10.8.2.1 (f) ukazují, že nádoba obsahuje extrémně nebezpečné nebo vysoce nebezpečné médium s toxicitou 100 % RT.
Výkresy b, 10.4.1.3 ukazují, že nádoby obsahující extrémně nebezpečná nebo vysoce nebezpečná média z hlediska toxicity by měly být po svařování tepelně zpracovány (svarové spoje austenitické nerezové oceli nesmí být tepelně zpracovány).
c. Výkovky. Použití střední toxicity pro extrémně nebo vysoce nebezpečné výkovky by mělo splňovat požadavky třídy III nebo IV.
③ Specifikace potrubí:
Běžně používaná uhlíková ocel φ19×2, φ25×2,5, φ32×3, φ38×5
Nerezová ocel φ19×2, φ25×2, φ32×2,5, φ38×2,5
Uspořádání trubek výměníku tepla: trojúhelník, rohový trojúhelník, čtverec, rohový čtverec.
★ Pokud je nutné mechanické čištění mezi trubkami výměníku tepla, mělo by se použít čtvercové uspořádání.
1. Návrhový tlak, návrhová teplota, součinitel svařovacího spoje
2. Průměr: DN < 400 válec, použití ocelové trubky.
Válec DN ≥ 400, z válcovaného ocelového plechu.
16" ocelová trubka ------ s uživatelem prodiskutujte použití válcovaného ocelového plechu.
3. Schéma uspořádání:
Podle oblasti přenosu tepla, specifikace teplosměnných trubek pro nakreslení schématu uspořádání pro určení počtu teplosměnných trubek.
Pokud uživatel poskytne schéma potrubí, ale také zkontroluje, zda se potrubí nachází v mezích kruhu potrubí.
★Princip pokládky potrubí:
(1) v mezním kruhu potrubí by mělo být potrubí plné.
② počet vícezdvihových trubek by se měl snažit vyrovnat počtu zdvihů.
③ Trubka výměníku tepla by měla být uspořádána symetricky.
4. Materiál
Pokud má trubkovnice samotná konvexní rameno a je spojena s válcem (nebo hlavou), mělo by se použít kování. Vzhledem k tomu, že se trubkovnice této konstrukce obecně používá pro vyšší tlak, hořlavé, výbušné a toxické prostředí pro extrémní a vysoce nebezpečné situace, čím vyšší jsou požadavky na trubkovnici, tím silnější je trubkovnice. Aby se zabránilo tvorbě strusky a delaminaci konvexního ramene, zlepšily se podmínky namáhání vláken konvexního ramene, snížilo se množství zpracování a ušetřilo se materiál, konvexní rameno a trubkovnice se přímo kují z celkového výkovku pro výrobu trubkovnice.
5. Připojení výměníku tepla a trubkové desky
Trubkové spojení v trubkovnici je v konstrukci trubkového výměníku tepla důležitější součástí konstrukce. Nejenže zpracovává pracovní zátěž, ale musí také zajistit, aby každé spojení během provozu zařízení netěsnilo a odolalo tlaku média.
Spojování trubek a trubkovnic se provádí třemi způsoby: a) roztažné; b) svařování; c) roztažné svařování
Rozšíření pláště a trubky mezi únikem média nezpůsobí nepříznivé důsledky situace, zejména u materiálů se špatnou svařitelností (například trubky výměníku tepla z uhlíkové oceli) a příliš velkým pracovním zatížením výrobního závodu.
V důsledku roztahování konce trubky při plastické deformaci svařováním vzniká zbytkové napětí. S rostoucí teplotou zbytkové napětí postupně mizí, takže role těsnění a lepení na konci trubky se snižuje. Roztahování konstrukce je dáno omezeními tlaku a teploty. Obecně platí pro konstrukční tlak ≤ 4 MPa a konstrukční teplotu ≤ 300 stupňů Celsia. Během provozu nedochází k prudkým vibracím, nadměrným teplotním změnám ani k významné korozi pod napětím.
Svařované spojení má výhody jednoduché výroby, vysoké účinnosti a spolehlivého spojení. Díky svaření se trubka k trubkovnici lépe zvětšuje a také se snižují požadavky na zpracování otvoru pro potrubí, šetří se čas zpracování, je snadná údržba a mají se i další výhody, proto by se mělo používat přednostně.
Kromě toho, pokud je toxicita média velmi vysoká, médium a atmosféra se snadno mísí. Médium je radioaktivní nebo se mísí materiál uvnitř a vně potrubí, což má nepříznivý vliv. Aby se zajistilo utěsnění spojů, často se používá svařovací metoda. Svařovací metoda má sice mnoho výhod, protože se jí nelze zcela vyhnout „štěrbinové korozi“ a svařované uzly korozi pod napětím. Mezi tenkou stěnou potrubí a tlustým plechem je obtížné dosáhnout spolehlivého svaru.
Svařovací metoda může pracovat při vyšších teplotách než dilatační, ale při působení cyklického namáhání při vysokých teplotách je svar velmi náchylný k únavovým trhlinám. Trubky a otvory v trubkách jsou vystaveny korozivnímu médiu a urychlují poškození spoje. Proto se svařování a dilatační spoje používají současně. To nejen zlepšuje odolnost spoje proti únavě, ale také snižuje tendenci ke štěrbinové korozi, a tím je jeho životnost mnohem delší než při použití pouhého svařování.
Neexistuje jednotný standard pro vhodné metody svařování a dilatačních spojů. Obvykle se používá při teplotě, která není příliš vysoká, ale při velmi vysokém tlaku nebo při velmi snadném úniku média, a to při použití dilatačního a těsnicího svaru (těsnicí svar se vztahuje pouze k zabránění úniku a provedení svaru a nezaručuje jeho pevnost).
Pokud jsou tlak a teplota velmi vysoké, používá se pevnostní svařování a rozpínací pasta (pevnostní svařování se provádí i v případě, že svar je těsný, ale také proto, aby se zajistila vysoká pevnost v tahu spoje, obvykle se vztahuje k pevnosti svaru, která se rovná pevnosti trubky při axiálním zatížení při svařování). Úlohou rozpínací pasty je především eliminace štěrbinové koroze a zlepšení únavové odolnosti svaru. Konkrétní konstrukční rozměry jsou stanoveny normou (GB/T151), nebudu zde zacházet do podrobností.
Požadavky na drsnost povrchu otvoru potrubí:
a, když je trubka výměníku tepla a trubková deska svařena, hodnota drsnosti povrchu trubky Ra není větší než 35 μM.
b, u dilatačního spojení mezi trubkou a trubkovou deskou jednoho výměníku tepla, hodnota drsnosti povrchu otvoru pro trubku Ra není větší než 12,5 μM, dilatační spojení, povrch otvoru pro trubku by neměl ovlivňovat těsnost roztažnosti v důsledku vad, jako jsou podélné nebo spirálové rýhy.
III. Výpočet návrhu
1. Výpočet tloušťky stěny pláště (včetně krátkého úseku skříně potrubí, hlavy, výpočtu tloušťky stěny válce v programu pláště) Tloušťka stěny potrubí, válce v programu pláště by měla splňovat minimální tloušťku stěny v GB151. U uhlíkové oceli a nízkolegované oceli je minimální tloušťka stěny dle korozní rezervy C2 = 1 mm. V případě C2 většího než 1 mm je třeba minimální tloušťku stěny pláště odpovídajícím způsobem zvětšit.
2. Výpočet výztuže otevřených otvorů
U pláště s ocelovými trubkami se doporučuje použít celou výztuž (zvětšit tloušťku stěny válce nebo použít silnostěnné trubky); u silnější trubkové krabice na větším otvoru je třeba zvážit celkovou úspornost.
Žádná jiná výztuž by neměla splňovat požadavky několika bodů:
① návrhový tlak ≤ 2,5 MPa;
② Osová vzdálenost mezi dvěma sousedními otvory by neměla být menší než dvojnásobek součtu průměrů obou otvorů;
③ Jmenovitý průměr přijímače ≤ 89 mm;
④ Minimální tloušťka stěny by měla být v souladu s požadavky Tabulky 8-1 (s ohledem na korozní rezervu 1 mm).
3. Příruba
U zařízení s přírubou používající standardní přírubu je třeba dbát na to, aby příruba a těsnění byly shodné, upevňovací prvky by měly být shodné, jinak by se měla příruba vypočítat. Například plochá svařovací příruba typu A s odpovídajícím těsněním ve standardu je nekovová měkká těsnění; při použití vinutého těsnění by se měla příruba přepočítat.
4. Potrubní deska
Je třeba věnovat pozornost následujícím problémům:
① Návrhová teplota trubkovnice: Podle ustanovení norem GB150 a GB/T151 by se neměla brát nižší než teplota kovu součásti. Výpočet však nezaručuje, že plášť trubky bude hrát roli v procesním médiu, a je obtížné vypočítat teplotu kovu trubkovnice. Obecně se za návrhovou teplotu trubkovnice bere vyšší teplota než je návrhová teplota.
② vícetrubkový výměník tepla: v oblasti potrubí, kvůli nutnosti nastavení drážky pro distanční vložky a konstrukce táhla a nedostatečné podepření oblastí výměníku tepla Ad: vzorec GB/T151.
③Efektivní tloušťka trubkové desky
Efektivní tloušťka trubkovnice se vztahuje k vzdálenosti mezi spodní částí drážky přepážky a tloušťkou trubkovnice mínus součet následujících dvou faktorů
a, korozní okraj potrubí za hloubkou hloubky drážky přepážky potrubí
b, korozní okraj programu pláště a trubkovnice na straně programu pláště struktury hloubky drážky dvou největších závodů
5. Sada dilatačních spár
U pevných trubkových a deskových výměníků tepla, v důsledku teplotního rozdílu mezi kapalinou v trubkovém kanálu a kapalinou v trubkovém kanálu a pevného spojení mezi výměníkem tepla a pláštěm a trubkovou deskou, dochází při používání k rozdílu v roztažnosti pláště a trubky a k axiálnímu zatížení pláště a trubky. Aby se zabránilo poškození pláště a výměníku tepla, destabilizaci výměníku tepla a odtržení trubky výměníku tepla od trubkové desky, je třeba použít dilatační spáry ke snížení axiálního zatížení pláště a výměníku tepla.
Obecně platí, že pokud je teplotní rozdíl mezi pláštěm a stěnou výměníku tepla velký, je třeba zvážit nastavení dilatační spáry. Při výpočtu trubkovnice se podle teplotního rozdílu mezi různými běžnými podmínkami vypočítanými σt, σc a q vypočítává jeden z nich, je nutné dilatační spáru zvětšit.
σt - axiální napětí v trubce výměníku tepla
σc - axiální napětí v procesním válci pláště
q--Spojení trubky výměníku tepla a trubkové desky síly odtrhu
IV. Konstrukční návrh
1. Trubková krabice
(1) Délka potrubní krabice
a. Minimální vnitřní hloubka
① k otvoru jednotlivé trubky trubkové krabice by minimální hloubka ve středu otvoru neměla být menší než 1/3 vnitřního průměru přijímače;
② vnitřní a vnější hloubka potrubí by měla zajistit, aby minimální cirkulační plocha mezi oběma vrstvami nebyla menší než 1,3násobek cirkulační plochy trubky výměníku tepla na vrstvu;
b, maximální vnitřní hloubka
Zvažte, zda je vhodné svařovat a čistit vnitřní části, zejména pro jmenovitý průměr menšího vícetrubkového výměníku tepla.
(2) Samostatný programový oddíl
Tloušťka a uspořádání přepážky dle GB151 Tabulka 6 a Obrázek 15, u přepážky o tloušťce větší než 10 mm by měla být těsnicí plocha zkrácena na 10 mm; u trubkového výměníku tepla by měla být přepážka umístěna na odtrhovacím otvoru (odtokovém otvoru), průměr odtokového otvoru je obvykle 6 mm.
2. Svazek skořepin a trubek
①Úroveň svazku trubek
Svazek trubek úrovně Ⅰ a Ⅱ, pouze pro domácí normy pro trubky výměníku tepla z uhlíkové oceli a nízkolegované oceli, stále existují „vyšší úrovně“ a „běžné úrovně“. Jakmile lze použít trubky výměníku tepla z domácí oceli „vyšší“ úrovně, svazek trubek výměníku tepla z uhlíkové oceli a nízkolegované oceli nemusí být rozdělen na úroveň Ⅰ a Ⅱ!
Rozdíl mezi svazky trubek Ⅰ a Ⅱ spočívá hlavně ve vnějším průměru trubek výměníku tepla, odchylkách tloušťky stěny a odpovídající velikosti otvoru a odchylce.
Trubkový svazek třídy Ⅰ s vyššími požadavky na přesnost, pro trubky výměníku tepla z nerezové oceli, pouze svazek trubek Ⅰ; pro běžně používané trubky výměníku tepla z uhlíkové oceli
② Trubková deska
a, odchylka velikosti otvoru trubky
Všimněte si rozdílu mezi svazkem trubek úrovně Ⅰ a Ⅱ
b, drážka programového oddílu
Ⅰ hloubka drážky obvykle není menší než 4 mm
Šířka slotu přepážky podprogramu Ⅱ: uhlíková ocel 12 mm; nerezová ocel 11 mm
Zkosení rohu drážky přepážky minutového rozsahu Ⅲ je obvykle 45 stupňů, šířka zkosení b je přibližně rovna poloměru R rohu těsnění minutového rozsahu.
③Skládací deska
a. Velikost otvoru pro potrubí: liší se podle úrovně svazku
b, výška zářezu skládací desky luku
Výška zářezu by měla být taková, aby kapalina protékající mezerou s průtokem přes svazek trubek byla podobná výšce zářezu, která je obecně 0,20-0,45násobkem vnitřního průměru zaobleného rohu. Zářez se obvykle vyřízne v řadě trubek pod středovou čarou nebo se mezi nimi vyříznou dvě řady otvorů pro trubky (pro usnadnění nošení trubky).
c. Orientace zářezu
Jednosměrný průtok čisté kapaliny, uspořádání se zářezy nahoru a dolů;
Plyn obsahující malé množství kapaliny, zářezem směrem nahoru směrem k nejnižší části skládací desky otevřete otvor pro kapalinu;
Kapalina obsahující malé množství plynu, zářezem směrem k nejvyšší části skládací desky otevřete ventilační otvor.
Koexistence plynu a kapaliny nebo kapalina obsahuje pevné látky, zářez vlevo a vpravo a otevření otvoru pro kapalinu v nejnižším místě
d. Minimální tloušťka skládací desky; maximální nepodepřený rozpětí
e. Skládací desky na obou koncích svazku trubek jsou co nejblíže vstupnímu a výstupnímu přijímači pláště.
④Táhlo řízení
a, průměr a počet táhel
Průměr a počet táhel podle tabulky 6-32, výběr 6-33, aby se zajistilo, že plocha průřezu táhla větší nebo rovna ploše průřezu uvedené v tabulce 6-33 za předpokladu, že průměr a počet táhel lze změnit, ale jejich průměr nesmí být menší než 10 mm, počet nejméně čtyři.
b, táhla by měla být uspořádána co nejrovnoměrněji na vnějším okraji svazku trubek, u výměníků tepla s velkým průměrem, v oblasti potrubí nebo v blízkosti mezery mezi skládacími deskami by měl být uspořádán vhodný počet táhel, každá skládací deska by neměla mít méně než 3 podpěrné body.
c. Matice táhla, někteří uživatelé vyžadují následující svařování matice a skládací desky
⑤ Tlačítko proti splachování
a. Nastavení desky s ochranou proti splachování má za cíl snížit nerovnoměrné rozložení kapaliny a erozi konce trubky výměníku tepla.
b. Způsob upevnění desky proti vymývání
Pokud je to možné, upevněno v trubce s pevnou roztečí nebo v blízkosti trubkovnice první skládací desky, pokud je vstup pláště umístěn v nefixované tyči na straně trubkovnice, může být deska proti míchání přivařena k tělesu válce.
(6) Osazení dilatačních spár
a. Nachází se mezi oběma stranami skládací desky
Aby se snížil odpor kapaliny v dilatačním spoji, je-li to nutné, musí být v dilatačním spoji uvnitř vložkovací trubky přivařena k plášti ve směru proudění kapaliny. U vertikálních výměníků tepla by měly být při směru proudění kapaliny nahoru umístěny výpustné otvory vložkovací trubky na spodním konci.
b. Dilatační spáry ochranného zařízení, které zabraňují zařízení během přepravy nebo použití při tahání za špatné
(vii) spojení mezi trubkovnicí a pláštěm
a. Prodloužení slouží zároveň jako příruba
b. Potrubní deska bez příruby (GB151 Dodatek G)
3. Příruba potrubí:
① Pokud je konstrukční teplota vyšší nebo rovna 300 stupňům, měla by se použít tupá příruba.
② Výměník tepla nelze použít k převzetí rozhraní pro odvádění a vypouštění, měl by být nastaven v trubce, nejvyšším bodě pláště průběh odvzdušňovacího otvoru, nejnižším bodě výtlačného otvoru, minimální jmenovitý průměr 20 mm.
③ Vertikální výměník tepla lze nainstalovat s přepadovým otvorem.
4. Podpora: Druhy GB151 podle ustanovení článku 5.20.
5. Další příslušenství
① Zvedací oka
Kvalitní krabice a kryt trubkové krabice s hmotností větší než 30 kg by měly mít oka.
② horní drát
Pro usnadnění demontáže potrubní krabice by měl být kryt potrubní krabice umístěn na úřední desce a horní drát krytu potrubní krabice.
V. Výroba a požadavky na kontrolu
1. Potrubní deska
① tupé spoje trubek svarových desek pro 100% kontrolu paprskem nebo UT, kvalifikovaná úroveň: RT: II UT: I úroveň;
② Kromě nerezové oceli, tepelné zpracování pro odlehčení pnutí u spojovaných trubek;
③ odchylka šířky můstku otvoru v trubkovnici: podle vzorce pro výpočet šířky můstku otvoru: B = (S - d) - D1
Minimální šířka můstku otvoru: B = 1/2 (S - d) + C;
2. Tepelné zpracování trubkové krabice:
Uhlíková ocel, nízkolegovaná ocel svařovaná s rozdělenou přepážkou potrubní krabice, stejně jako boční otvory potrubní krabice větší než 1/3 vnitřního průměru válcové potrubní krabice, při aplikaci svařování pro tepelné zpracování pro odlehčení pnutí, by měly být těsnicí plochy přírub a přepážek po tepelném zpracování ošetřeny.
3. Tlaková zkouška
Pokud je konstrukční tlak v plášti nižší než tlak v trubce, je třeba zkontrolovat kvalitu spojení trubek a trubkovnic výměníku tepla.
① Zvyšte zkušební tlak v plášti s programem potrubí v souladu s hydraulickou zkouškou, aby se zkontrolovalo, zda nedochází k netěsnosti spojů potrubí. (Je však nutné zajistit, aby primární pnutí v plášti během hydraulické zkoušky bylo ≤0,9 ReLΦ)
② Pokud výše uvedená metoda není vhodná, může být plášť po průchodu hydrostaticky testován na původní tlak a poté testován na těsnost amoniaku nebo halogenů.
VI. Některé problémy, které je třeba v grafech uvést
1. Uveďte úroveň svazku trubek
2. Trubice výměníku tepla by měla být označena číslem štítku
3. Obrysová čára potrubí trubkovnice vně uzavřené tlusté plné čáry
4. Montážní výkresy by měly být označeny orientací mezery skládací desky
5. Standardní výpustné otvory dilatačních spár, výfukové otvory na spojích potrubí a zátky potrubí by měly být mimo záběr
Čas zveřejnění: 11. října 2023