Новини - Ідеї дизайну теплообмінника та пов'язані з ними знання

I. Класифікація теплообмінників:

Кожухотрубні теплообмінники можна розділити на дві категорії за структурними характеристиками.

1. Жорстка конструкція кожухотрубного теплообмінника: цей теплообмінник став трубчастим та пластинчастим типом, який зазвичай можна розділити на однотрубний та багатотрубний. Його перевагами є проста та компактна конструкція, дешевизна та широке використання; недоліком є те, що труби не можна механічно очистити.

2. Кожухотрубний теплообмінник з пристроєм температурної компенсації: він може забезпечити вільне розширення нагрітої частини. Структуру форми можна розділити на:

① Теплообмінник з плаваючою головкою: цей теплообмінник може вільно розширюватися на одному кінці трубної пластини, так звана «плаваюча головка». Він застосовується через велику різницю температур між стінкою труби та стінкою оболонки, що часто призводить до очищення простору трубного пучка. Однак його структура складніша, а витрати на обробку та виробництво вищі.

② U-подібний трубчастий теплообмінник: він має лише одну трубну пластину, тому труба може вільно розширюватися та стискатися при нагріванні або охолодженні. Конструкція цього теплообмінника проста, але робоче навантаження на виготовлення вигину більше, і оскільки труба повинна мати певний радіус вигину, використання трубної пластини низьке, трубу важко механічно очистити, розібрати, а замінити труби непросто, тому потрібно, щоб через труби проходила чиста рідина. Цей теплообмінник можна використовувати для великих перепадів температури, високих температур або високого тиску.

③ теплообмінник типу сальникової коробки: він має два типи: один знаходиться в трубній пластині, на кінці кожної трубки є окреме сальникове ущільнення, що забезпечує вільне розширення та стиснення трубки. Коли кількість трубок у теплообміннику дуже мала, перед використанням цієї конструкції відстань між трубками була більшою, ніж у звичайному теплообміннику, що ускладнює її структуру. Інший тип має один кінець труби та корпус з плаваючою конструкцією, де в плаваючому місці використовується ціле сальникове ущільнення, що спрощує конструкцію, але її нелегко використовувати у випадку великого діаметра та високого тиску. Теплообмінник типу сальникової коробки зараз рідко використовується.

II. Перегляд проектних умов:

1. При проектуванні теплообмінника користувач повинен забезпечити такі розрахункові умови (параметри процесу):

① труба, робочий тиск програми оболонки (як одна з умов для визначення того, чи обладнання відповідає класу, має бути забезпечено)

② трубка, програма робочої температури оболонки (вхід/вихід)

③ температура металевої стінки (розрахована за процесом (надано користувачем))

④Назва та характеристики матеріалу

⑤Запас корозії

⑥Кількість програм

⑦ площа теплопередачі

⑧ характеристики труб теплообмінника, розташування (трикутні або квадратні)

⑨ складана пластина або кількість опорних пластин

⑩ ізоляційний матеріал та товщина (для визначення висоти виступаючого положення посадкового місця таблички)

(11) Фарба.

Ⅰ. Якщо користувач має особливі вимоги, він повинен надати бренд, колір

Ⅱ. Користувачі не мають особливих вимог, дизайнери самі вибирають

2. Кілька ключових умов проектування

① Робочий тиск: його необхідно забезпечити як одну з умов для визначення того, чи класифікується обладнання.

② характеристики матеріалу: якщо користувач не вказує назву матеріалу, він повинен вказати ступінь його токсичності.

Оскільки токсичність середовища пов'язана з неруйнівним контролем обладнання, термічною обробкою, рівнем поковок для вищого класу обладнання, а також пов'язана з поділом обладнання:

a, креслення GB150 10.8.2.1 (f) вказують на те, що контейнер містить надзвичайно небезпечне або високонебезпечне середовище з токсичністю 100% RT.

b, креслення 10.4.1.3 вказують, що контейнери, що містять надзвичайно небезпечні або високонебезпечні середовища щодо токсичності, повинні бути піддані післязварювальній термічній обробці (зварні з'єднання аустенітної нержавіючої сталі можуть не піддаватися термічній обробці).

c. Кування. Використання середньої токсичності для надзвичайно або високонебезпечних поковок повинно відповідати вимогам класу III або IV.

③ Технічні характеристики труби:

Зазвичай використовується вуглецева сталь φ19×2, φ25×2,5, φ32×3, φ38×5

Нержавіюча сталь φ19×2, φ25×2, φ32×2,5, φ38×2,5

Розташування труб теплообмінника: трикутник, кутовий трикутник, квадрат, кутовий квадрат.

★ Якщо потрібне механічне очищення між трубками теплообмінника, слід використовувати квадратне розташування.

1. Розрахунковий тиск, розрахункова температура, коефіцієнт зварного з'єднання

2. Діаметр: циліндр DN < 400, використання сталевої труби.

Циліндр DN ≥ 400, з використанням сталевого листового прокату.

16-дюймова сталева труба ------ обговорити з користувачем використання сталевого листового прокату.

3. Схема розміщення:

Відповідно до площі теплопередачі, технічні характеристики теплообмінних трубок повинні бути складені для визначення кількості теплообмінних трубок.

Якщо користувач надає схему трубопроводів, а також перевіряє, чи трубопровід знаходиться в межах кола обмежень трубопроводів.

★Принцип прокладання труб:

(1) у колі граничної довжини трубопроводу має бути повне труби.

② кількість багатотактних труб повинна намагатися зрівняти кількість ударів.

③ Трубка теплообмінника повинна бути розташована симетрично.

4. Матеріал

Якщо трубна дошка сама має опуклий буртик і з'єднана з циліндром (або головкою), слід використовувати кування. Оскільки така конструкція трубної дошки зазвичай використовується для високого тиску, вогненебезпечних, вибухонебезпечних та токсичних матеріалів для екстремальних, високонебезпечних ситуацій, чим вищі вимоги до трубної дошки, тим товстіша вона. Щоб уникнути утворення шлаку та розшарування через опуклий буртик, покращити умови напруження волокон опуклого буртика, зменшити обсяг обробки та заощадити матеріали, опуклий буртик і трубна дошка безпосередньо куються з загальної поковки для виготовлення трубної дошки.

5. З'єднання теплообмінника та трубної пластини

З'єднання труб у трубній пластині, в конструкції кожухотрубного теплообмінника, є важливою частиною конструкції. Воно не лише виконує обробне навантаження, але й повинно забезпечити кожне з'єднання під час роботи обладнання, щоб забезпечити відсутність витоків середовища та витримувати його тиск.

З'єднання труб і трубних пластин використовується в основному трьома способами: a розширення; b зварювання; c розширювальне зварювання

Розширення для оболонки та труби між витоком середовища не спричинить негативних наслідків ситуації, особливо для матеріалів з поганою зварюваністю (наприклад, труби теплообмінника з вуглецевої сталі) та занадто великим робочим навантаженням виробничого заводу.

Через розширення кінця труби під час пластичної деформації зварювання виникає залишкове напруження. Зі зростанням температури залишкове напруження поступово зникає, що зменшує роль герметизації та склеювання кінця труби. Тому розширення конструкції через обмеження тиску та температури зазвичай застосовується до розрахункового тиску ≤ 4 МПа, розрахункової температури ≤ 300 градусів, а під час експлуатації немає сильних вібрацій, надмірних перепадів температури та значної корозії під напругою.

Зварювальне з'єднання має такі переваги, як простота виробництва, висока ефективність та надійність. Завдяки зварюванню труба з трубною пластиною має кращу роль у збільшенні, а також може зменшити вимоги до обробки отвору для труби, заощадити час обробки, полегшити обслуговування та отримати інші переваги, тому його слід використовувати в першу чергу.

Крім того, коли токсичність середовища дуже висока, середовище та атмосфера легко вибухають, якщо радіоактивне середовище змішуються, або змішування матеріалів всередині та зовні труби матиме негативний вплив, тому для забезпечення герметичності з'єднань часто використовують метод зварювання. Хоча метод зварювання має багато переваг, він не може повністю уникнути "щілинної корозії" та корозії під напругою у зварних вузлах, а між тонкими стінками труби та товстими пластинами труби важко отримати надійний зварний шов.

Метод зварювання може використовувати вищі температури, ніж розширення, але під дією циклічних напружень високої температури зварний шов дуже схильний до утворення втомних тріщин, а труби та отвори в трубах під впливом агресивного середовища прискорюють пошкодження з'єднання. Тому зварювання та компенсатори використовуються одночасно. Це не тільки покращує стійкість з'єднання до втоми, але й зменшує схильність до щілинної корозії, і таким чином термін його служби значно довший, ніж при використанні лише зварювання.

У яких випадках доцільно виконувати зварювання та компенсаційні з'єднання, єдиного стандарту немає. Зазвичай, коли температура не надто висока, але тиск дуже високий, або середовище дуже легко протікає, використовується міцне розширення та герметизація зварного шва (герметизація зварного шва означає просто запобігання протіканню та виконання зварного шва, і не гарантує його міцності).

Коли тиск і температура дуже високі, використовується міцне зварювання та розширення пасти (міцне зварювання застосовується навіть за умови щільного зварювання, але також для забезпечення високої міцності з'єднання на розтяг, що зазвичай означає, що міцність зварного шва дорівнює міцності труби під осьовим навантаженням під час зварювання). Роль розширення полягає головним чином у запобіганні щілинній корозії та покращенні стійкості зварного шва до втоми. Конкретні конструктивні розміри встановлені стандартом (GB/T151), тому тут не будемо вдаватися в подробиці.

Вимоги до шорсткості поверхні отвору труби:

a, коли труба теплообмінника та трубна пластина зварюються, значення шорсткості поверхні труби Ra не перевищує 35 мкМ.

b, у випадку з'єднання розширення труби теплообмінника та трубної пластини, значення шорсткості поверхні отвору трубки Ra не перевищує 12,5 мкм, поверхня отвору трубки не повинна впливати на герметичність розширення через дефекти, такі як поздовжні або спіральні подряпини.

III. Розрахунок конструкції

1. Розрахунок товщини стінки корпусу (включаючи коротку секцію трубної муфти, головку, розрахунок товщини стінки циліндра за програмою обробки корпусу). Товщина стінки труби, циліндра за програмою обробки корпусу повинна відповідати мінімальній товщині стінки, зазначеній у GB151. Для вуглецевої та низьколегованої сталі мінімальна товщина стінки визначається з урахуванням корозійного запасу C2 = 1 мм. У випадку C2 більше 1 мм мінімальну товщину стінки корпусу слід відповідно збільшити.

2. Розрахунок армування відкритих отворів

Для оболонки з використанням сталевої трубної системи рекомендується використовувати повне армування (збільшити товщину стінки циліндра або використовувати товстостінну трубу); для товстішої трубної коробки на великому отворі слід враховувати загальну економію.

Не інше армування повинно відповідати вимогам кількох пунктів:

① розрахунковий тиск ≤ 2,5 МПа;

② Міжцентрова відстань між двома сусідніми отворами повинна бути не меншою за подвійну суму діаметрів двох отворів;

③ Номінальний діаметр приймача ≤ 89 мм;

④ враховуйте мінімальну товщину стінки, зазначену в таблиці 8-1 (враховуйте запас корозії 1 мм).

3. Фланець

Фланець обладнання, що використовує стандартний фланець, повинен звернути увагу на фланець та прокладку, кріплення повинні збігатися, інакше фланець слід розрахувати. Наприклад, плоский зварювальний фланець типу А у стандарті з відповідним прокладкою для неметалевої м'якої прокладки; при використанні обмоткової прокладки слід перерахувати фланець.

4. Трубна пластина

Потрібно звернути увагу на наступні питання:

① розрахункова температура трубної пластини: згідно з положеннями GB150 та GB/T151, її слід приймати не меншою за температуру металу компонента, але при розрахунку трубної пластини не можна гарантувати, що оболонка труби бере участь у процесі обробки, а температуру металу трубної пластини важко розрахувати, тому зазвичай за розрахункову температуру трубної пластини приймають вищу за температуру.

② багатотрубний теплообмінник: у межах площі трубопроводу, через необхідність встановлення канавки для розпірки та конструкції стяжки, а також через відсутність підтримки площі теплообмінника. Ad: формула GB/T151.

③Ефективна товщина трубної пластини

Ефективна товщина трубної пластини стосується відстані між нижньою частиною перегородки та товщиною паза трубної пластини мінус сума наступних двох факторів

a, запас корозії труби за межами глибини глибини канавки перегородки діапазону труби

b, запас корозії програми оболонки та трубна пластина в програмі оболонки з боку конструкції глибини канавки двох найбільших установок

5. Комплект компенсаторів

У стаціонарному трубно-пластинчастому теплообміннику через різницю температур між рідиною в трубному шарі та рідиною в трубному шарі, а також стаціонарне з'єднання теплообмінника та кожуха/трубної плити, під час експлуатації існує різниця в розширенні оболонки та труби, що призводить до осьового навантаження на оболонку та трубу. Щоб уникнути пошкодження оболонки та теплообмінника, дестабілізації теплообмінника та відриву труби теплообмінника від трубної плити, слід встановити компенсатори для зменшення осьового навантаження на оболонку та теплообмінник.

Зазвичай, якщо різниця температур між корпусом та стінкою теплообмінника велика, необхідно враховувати встановлення компенсатора. Під час розрахунку трубної дошки, відповідно до різниці температур між різними загальними умовами, розрахованими σt, σc, q, якщо одна з них не відповідає вимогам, необхідно збільшити компенсатор.

σt - осьове напруження трубки теплообмінника

σc - осьове напруження в технологічному циліндрі оболонки

q – З’єднання труби теплообмінника та трубної пластини сили відриву

IV. Структурне проектування

1. Коробка для труб

(1) Довжина трубної коробки

a. Мінімальна внутрішня глибина

① до отвору однотрубного ходу трубної коробки, мінімальна глибина в центрі отвору повинна бути не менше 1/3 внутрішнього діаметра приймача;

② внутрішня та зовнішня глибина трубопроводу повинні забезпечувати, щоб мінімальна площа циркуляції між двома рядами була не менше ніж у 1,3 раза більша за площу циркуляції труби теплообмінника на один ряд;

b, максимальна внутрішня глибина

Подумайте, чи зручно зварювати та очищати внутрішні деталі, особливо для номінального діаметра меншого багатотрубного теплообмінника.

(2) Окремий розділ програм

Товщина та розташування перегородки згідно з GB151 Таблиця 6 та Рисунок 15, для товщини перегородки більше 10 мм, ущільнювальну поверхню слід обрізати до 10 мм; для трубчастого теплообмінника перегородку слід встановити на зливному отворі, діаметр зливного отвору зазвичай становить 6 мм.

2. Пучок оболонки та труб

①Рівень пучка труб

Трубний пучок рівня Ⅰ, Ⅱ, призначений лише для побутових стандартів труб теплообмінника з вуглецевої сталі та низьколегованої сталі, і досі розроблені "вищий рівень" та "звичайний рівень". Після того, як побутову трубу теплообмінника можна використовувати для використання сталевої труби "вищого" рівня, пучок труб теплообмінника з вуглецевої сталі та низьколегованої сталі не потрібно розділяти на Ⅰ та Ⅱ рівні!

Різниця між пучками труб Ⅰ та Ⅱ полягає головним чином у зовнішньому діаметрі труби теплообмінника, різному відхиленні товщини стінки, відповідному розмірі отвору та відхиленні.

Трубний пучок класу Ⅰ з підвищеними вимогами до точності, для труб теплообмінника з нержавіючої сталі, тільки Ⅰ трубний пучок; для широко використовуваних труб теплообмінника з вуглецевої сталі

② Трубна пластина

a, відхилення розміру отвору трубки

Зверніть увагу на різницю між пучком труб рівня Ⅰ та Ⅱ

b, паз розділу програми

Ⅰ Глибина паза зазвичай не менше 4 мм

Ⅱ ширина слота перегородки підпрограми: вуглецева сталь 12 мм; нержавіюча сталь 11 мм

Фаска кута прорізу перегородки хвилинного діапазону Ⅲ зазвичай становить 45 градусів, ширина фаски b приблизно дорівнює радіусу R кута прокладки хвилинного діапазону.

③Складна пластина

a. Розмір отвору для труби: диференціюється залежно від рівня пучка

b, висота виїмки пластини для складання носової частини

Висота виїмки повинна бути такою, щоб рідина через зазор проходила з витратою по трубному пучку, подібною до висоти виїмки, яка зазвичай становить 0,20-0,45 внутрішнього діаметра заокругленого кута. Виїмка зазвичай вирізається в ряду труб нижче центральної лінії або вирізається у двох рядах отворів для труб між невеликими перемичками (для зручності носіння труби).

c. Орієнтація виїмки

Односторонній потік чистої рідини, розташування виїмок вгору та вниз;

Газ, що містить невелику кількість рідини, надрізом вгору до нижньої частини складної пластини відкриває отвір для рідини;

Рідина, що містить невелику кількість газу, зробіть надріз у напрямку до найвищої частини відкидної пластини, щоб відкрити вентиляційний отвір

Співіснування газу та рідини або рідина містить тверді матеріали, виріз ліворуч та праворуч, а рідинний отвір відкрити в найнижчому місці

d. Мінімальна товщина складної пластини; максимальний неопорний проліт

е. Складні пластини на обох кінцях трубного пучка розташовані якомога ближче до вхідного та вихідного приймачів оболонки.

④Рульова тяга

а, діаметр і кількість тяг

Діаметр та кількість стрижнів вибираються відповідно до таблиці 6-32, 6-33, щоб забезпечити площу поперечного перерізу тяг, більшу або рівну зазначеній у таблиці 6-33, за умови, що діаметр та кількість тяг можна змінювати, але їх діаметр не повинен бути менше 10 мм, а кількість не менше чотирьох.

b, стяжний стрижень повинен бути розташований якомога рівномірніше на зовнішньому краю трубного пучка, для теплообмінника великого діаметра, в області труби або поблизу зазору між складними пластинами, слід розташувати відповідну кількість стяжних стрижнів, будь-яка складна пластина повинна мати не менше 3 точок опори.

c. Гайка рульової тяги, деяким користувачам потрібне наступне зварювання гайки та складної пластини

⑤ Антизмивна панель

a. Встановлення пластини проти змиву призначене для зменшення нерівномірного розподілу рідини та ерозії кінця трубки теплообмінника.

b. Спосіб кріплення пластини, що запобігає змиванню

Наскільки це можливо, закріплена в трубці з фіксованим кроком або поблизу трубної пластини першої складної пластини, коли вхідний отвір оболонки розташований у нефіксованому стрижні збоку трубної пластини, пластина проти скремблування може бути приварена до корпусу циліндра.

(6) Встановлення компенсаторів

a. Розташований між двома сторонами відкидної пластини

Щоб зменшити опір рідини в компенсаторі, за необхідності, у компенсаторі з внутрішньої сторони трубки вкладиша, трубку вкладиша слід приварити до оболонки у напрямку потоку рідини. Для вертикальних теплообмінників, коли потік рідини спрямований вгору, випускні отвори трубки вкладиша слід встановити на нижньому кінці трубки вкладиша.

b. Компенсаційні шви захисного пристрою для запобігання обладнанню під час транспортування або використанню для витягування поганого

(vii) з'єднання між трубною пластиною та оболонкою

a. Подовжувач також служить фланцем

b. Трубна пластина без фланця (GB151 Додаток G)

3. Фланець труби:

① Якщо розрахункова температура перевищує або дорівнює 300 градусам, слід використовувати стиковий фланець.

② Теплообмінник не може використовуватися для захоплення інтерфейсу для відмови та розряду, його слід встановити в трубці, найвищій точці оболонки ходу випускного отвору, найнижчій точці випускного отвору, мінімальний номінальний діаметр якого має становити 20 мм.

③ Вертикальний теплообмінник можна встановити з переливним отвором.

4. Підтримка: види GB151 відповідно до положень статті 5.20.

5. Інші аксесуари

① Підйомні вушка

На офіційній коробці та кришці трубної коробки вагою понад 30 кг слід встановити вушка.

② верхній дріт

Для полегшення демонтажу трубної коробки, кришки трубної коробки, слід встановити на офіційній дошці, верхній дріт кришки трубної коробки.

V. Виробництво, вимоги до інспекції

1. Трубна пластина

① зрощені стикові з'єднання трубних пластин для 100% променевої перевірки або ультразвукового контролю, кваліфікований рівень: RT: II, UT: I рівень;

② Окрім нержавіючої сталі, зрощені трубні пластини для зняття напруги з термообробки;

③ відхилення ширини перемички отвору трубної пластини: згідно з формулою для розрахунку ширини перемички отвору: B = (S - d) - D1

Мінімальна ширина перемички отвору: B = 1/2 (S - d) + C;

2. Термічна обробка трубчастої коробки:

Вуглецева сталь, низьколегована сталь, зварені з роздільно-діапазонною перегородкою трубної коробки, а також трубна коробка з бічними отворами більше 1/3 внутрішнього діаметра циліндричної трубної коробки, при застосуванні зварювання для зняття напруги термічною обробкою, фланцеві та перегородкові ущільнювальні поверхні повинні бути оброблені після термічної обробки.

3. Випробування під тиском

Коли розрахунковий тиск процесу в оболонці нижчий за тиск процесу в трубі, необхідно перевірити якість з'єднань труб теплообмінника та трубних дощок.

① Програма випробування тиску в оболонці для збільшення випробувального тиску з програмою випробування труб відповідно до гідравлічного випробування, щоб перевірити наявність герметичності з'єднань труб. (Однак необхідно забезпечити, щоб первинне плівкове напруження в оболонці під час гідравлічного випробування було ≤0,9 ReLΦ)

② Якщо вищезазначений метод не підходить, оболонку можна випробувати гідростатично відповідно до початкового тиску після проходження випробувань, а потім провести випробування на витік аміаку або галогенів.