نظرة عامة - حزمة أنابيب تبريد الهواء باعتبارها قلب نقل الحرارة
حزمة أنابيب تبريد الهواء هي المجموعة الأساسية لنقل الحرارة لمبادل حراري مبرد بالهواء (ACHE). وتتكون من صفوف من الأنابيب العارية أو ذات الزعانف، المثبتة عند كل طرف بواسطة صفائح الأنابيب، ومتصلة بصناديق رأس المدخل والمخرج. يتم تثبيت الحزمة داخل حجرة هيكلية، حيث تقوم مراوح الطرد المركزي أو المحورية بإجبار أو سحب الهواء المحيط عبر سطح الأنبوب الخارجي لتبريد مائع المعالجة المتدفق داخل الأنابيب.
تم تصميم هذا المنتج وتصنيعه وفقًا لمعايير API 661 (المبادلات الحرارية المبردة بالهواء لخدمة المصافي العامة)، وISO 13706، وTEMA Class R أو B حيثما ينطبق ذلك. يتم توفيرها كحزمة بديلة، أو حزمة احتياطية، أو تجميع كامل لخليج ACHE الجديد.
أنواع مبردات الهواء – اتجاه الحزمة وتكوين المروحة
حزمة الأنابيب هي نفس التجميع الأساسي عبر أنواع ACHE؛ يختلف الاتجاه وهيكل الدعم واتجاه تدفق الهواء حسب التكوين.
مشروع القسري
-
تقع المراوح أسفل الحزمة، وتدفع الهواء إلى أعلى عبر صفوف الأنبوب
-
توزيع الهواء موحد بسبب فتحة المروحة الموجودة بالأسفل
-
يمكن الوصول إلى مكونات المروحة والمحرك على مستوى الأرض أو المنصة
-
اتجاه الحزمة: أفقي
-
التطبيق النموذجي: التبريد العام لعملية التكرير، والمبردات الداخلية للضاغط
المسودة المستحثة
-
تقع المراوح فوق الحزمة، وتسحب الهواء إلى أعلى عبر صفوف الأنبوب
-
تضمن الحجرة المكتملة الموجودة فوق الحزمة شفطًا موحدًا
-
تتطلب مكونات المروحة والمحرك منصة وصول مرتفعة
-
اتجاه الحزمة: أفقي
-
التطبيق النموذجي: مكثفات البخار، خدمات درجات الحرارة العالية، وحدات التكرير الكبيرة
-
الميزة: توزيع أفضل للهواء، وإعادة تدوير أقل، وحزمة محمية من هطول الأمطار
الإطار
-
حزمتان من الأنابيب المسطحة مرتبة على شكل حرف V مقلوب (القمة في الأعلى)
-
تقع المراوح أسفل القمة، وتقوم بنفخ الهواء إلى أعلى عبر الحزمتين المائلتين
-
اتجاه الحزمة: مائل، عادة من 30 درجة إلى 60 درجة من المستوى الأفقي
-
التطبيق النموذجي: مكثفات البخار المبردة بالهواء (ACC) في محطات توليد الطاقة
-
الميزة: تقليل مساحة الأرض لمناطق الخليج الكبيرة؛ تستنزف المكثفات بالجاذبية على طول الأنابيب المائلة
إطار على شكل حرف V
-
حزمتان من الأنابيب المسطحة مرتبة على شكل حرف V (القمة في الأسفل)
-
تقع المراوح فوق القمة، وتقوم بسحب الهواء إلى الأعلى من خلال الحزمتين المائلتين
-
اتجاه الحزمة: مائل، عادة من 30 درجة إلى 60 درجة من المستوى الأفقي
-
التطبيق النموذجي: مكثفات البخار حيث يُفضل السحب المستحث للحماية من التجميد
-
الميزة: تقليل البصمة بشكل مشابه للإطار A؛ يتم تصريف المكثفات إلى المجمع السفلي
حزمة واحدة أفقية
-
حزمة أنبوبية مسطحة واحدة مثبتة أفقيًا
-
المراوح أدناه (السحب القسري) أو أعلى (السحب المستحث)
-
اتجاه الحزمة: أفقي، ميل 0 درجة
-
التطبيق النموذجي: تبريد العمليات العامة، تبريد الغاز، تكثيف الهيدروكربون
-
ميزة: أبسط البناء. أسهل الوصول إلى استبدال الحزمة والصيانة
بناء الحزمة – المكونات الأساسية
أنابيب
صفائح الأنبوب
صناديق الرأس (مشعبات المدخل / المخرج)
بناء صندوق الرأس:
-
مقطع عرضي مستطيل أو مستدير
-
وصلات ذات حواف لكل ASME B16.5 أو B16.47
-
أقسام التمرير للتمريرات الفردية أو الثنائية أو الأربعة على جانب الأنبوب
-
وصلات التصريف والتهوية عند النقاط المنخفضة والعالية
الإطارات الجانبية وعروات الرفع
-
الإطار الهيكلي: قناة فولاذية أو شعاع I
-
عروات الرفع: ملحومة بالإطارات الجانبية أو صفائح الأنابيب، مصنفة بوزن 2 × الحزمة
-
توجد نقاط دعم لتقليل ترهل الأنبوب والحفاظ على استواءه في حدود ±3 مم على طول الحزمة
أنواع الزعانف – الاختيار حسب درجة الحرارة والبيئة
هندسة الزعانف (نموذجية)
مقاومة السندات الزعانف
بالنسبة لأنواع الزعانف الملفوفة بالشد (L-foot، وKL-foot، وLL-foot)، فإن الرابطة الميكانيكية بين الزعنفة والأنبوب تقدم مقاومة الاتصال الحراري:
-
بالنسبة لدرجات حرارة جانب الأنبوب التي تزيد عن 120 درجة مئوية، يتم عادةً تطبيق قيمة توصيل الرابطة من 2000 إلى 5000 واط/م² · كلفن للحزم الجديدة.
-
قد تكون الحزم أثناء الخدمة قد خفضت توصيل السندات بسبب التدوير الحراري. غالبًا ما يتم تضمين مساحة سطح إضافية تتراوح من 3% إلى 30% في التصميم اعتمادًا على درجة حرارة التشغيل ونوع الرابطة.
-
لا تحتوي الزعانف الملحومة المبثوقة وعالية التردد على مقاومة للروابط، حيث أن الزعنفة متكاملة أو مرتبطة معدنيًا.
المعلمات الحرارية والهيدروليكية لجانب الهواء
اختيار المواد – الأنابيب، وألواح الأنابيب، والرؤوس
مواد الأنبوب
ورقة الأنبوب والمواد الرأسية
-
الفولاذ الكربوني SA-516 Gr.70 للخدمة غير القابلة للتآكل على جانب الأنبوب
-
غير القابل للصدأ يرتدون الفولاذ الكربوني لخدمة التآكل مع الضغط العالي؛ سمك الكسوة لا يقل عن 3 مم لكل ASME VIII-1 UW-13
-
الفولاذ الصلب 304L / 316L لخدمة التآكل بالكامل
-
دوبلكس صلب أو تيتانيوم لخدمة الكلوريد الشديدة أو الخدمة البحرية
عادةً ما تتم مطابقة مادة صندوق الرأس مع مادة صفائح الأنبوب لتجنب التآكل الجلفاني عند الوصلات المثبتة بمسامير أو الملحومة. بالنسبة لرؤوس الصلب الكربوني في الخدمة المسببة للتآكل، يتم تطبيق الطلاء الداخلي (الإيبوكسي أو الفينول) وفقًا لمعيار API 661.
عملية التصنيع - الضوابط الرئيسية
حفر ورقة الأنبوب
-
يتم التحكم في حجم لقمة الحفر وفقًا لتحمل H11 وفقًا للمعيار ISO 286
-
إنهاء الثقب: Ra ≥ 1.6 ميكرومتر للمفاصل الموسعة؛ Ra ≥ 3.2 ميكرومتر للوصلات الملحومة
-
انحراف الرباط ± ± 0.2 مم عن الرسم
-
يتم إزالة جميع الثقوب وتنظيفها قبل إدخال الأنبوب
توسيع الأنبوب
-
ضغط التمدد الهيدروليكي: 160 - 220 ميجا باسكال؛ عقد الوقت 5 - 8 ثواني
-
عمق التوسيع: الحد الأدنى 1.5 × OD للأنبوب أو 2 × سمك جدار الأنبوب في لوح الأنبوب
-
فحص مقياس ما بعد التمدد: 100% من الأنابيب تقبل كرة قياس أصغر بمقدار 0.5 مم من معرف الأنبوب
-
التحقق من قوة السحب: اختبار المادة الأولى لكل حزمة، الهدف ≥ 20 ميجا باسكال للفولاذ الكربوني و ≥ 25 ميجا باسكال للفولاذ المقاوم للصدأ
اللحام من الأنبوب إلى الأنبوب (إذا كان محددًا)
-
عملية GTAW (TIG) أوتوماتيكية أو يدوية
-
ارتفاع ساق الفيليه 1.5 – 2.0 ملم للحام الختم
-
اختراق كامل لجذر اللحام ≥ 0.5 مم في جدار الأنبوب
-
اختبار اختراق السائل بنسبة 100% وفقًا لمعيار ASME VIII-1 UW-51
-
إجراء اللحام مؤهل وفقًا للقسم التاسع من الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME).
تصنيع صندوق الرأس
-
هيكل فولاذي ملحوم مع وصلات ذات حواف ASME B16.5 أو B16.47
-
أبعاد الرأس مطابقة لنمط ثقب ورقة الأنبوب
-
تمرير الأقسام الملحومة إلى الجزء الداخلي من الرأس، والمواد وإجراءات اللحام المتطابقة مع مادة الرأس
-
وصلات الصرف والتهوية: تركيبات ملولبة أو ملحومة بمقبس NPT
تجميع الحزمة ورفعها
-
يتم إدخال الأنابيب وتوسيعها أو لحامها في صفائح الأنبوب
-
يتم تثبيت الحواجز أو دعامات الأنبوب على مسافات محددة
-
إطارات جانبية وعروات رفع مرفقة
-
تم إجراء اختبار الرفع عند 1.1 × وزن الحزمة إذا كان محددًا
التفتيش والاختبار لكل حزمة
التفتيش الأبعاد
الفحص غير المدمر
الاختبار الهيدروستاتيكي (جانب الأنبوب)
-
ضغط الاختبار: 1.3 × ضغط التصميم لكل ASME VIII-1 UG-99
-
وسط الاختبار: الماء النظيف مع مانع التآكل؛ كلوريد ≥ 50 جزء في المليون للفولاذ المقاوم للصدأ
-
وقت الانتظار: ≥ 30 دقيقة
-
القبول: انخفاض الضغط صفر؛ لا يوجد تسرب واضح من وصلات الأنبوب أو الرؤوس أو المقابس
اختبار التسرب الهوائي (إذا كان محددًا)
-
ضغط الاختبار: 0.6 ميجاباسكال هواء أو نيتروجين
-
كشف التسرب: وضع فقاعة الصابون على جميع الوصلات واللحامات
-
القبول: لا فقاعات. معدل التسرب ≥ 1×10⁻⁵ Pa·m³/s
ملفات تعريف التطبيق – حسب نوع الخدمة
المبرد الداخلي للضاغط والمبرد اللاحق
-
سائل جانب الأنبوب: الهواء المضغوط أو الغاز الطبيعي
-
درجة حرارة جانب الأنبوب: مدخل 120 درجة مئوية - 180 درجة مئوية، مخرج 40 درجة مئوية - 60 درجة مئوية
-
الضغط على جانب الأنبوب: 0.5 - 10.0 ميجا باسكال
-
مادة الأنبوب: الفولاذ الكربوني للهواء؛ 304L للغاز الطبيعي الذي يحتوي على ثاني أكسيد الكربون أو الماء
-
نوع الزعنفة: قدم على شكل حرف L إذا كانت درجة حرارة جانب الأنبوب ≥ 150 درجة مئوية؛ KL-foot إذا كانت 150 درجة مئوية – 180 درجة مئوية
-
هندسة الزعانف: OD 25.4 مم × 2.0 مم جدار؛ ارتفاع الزعنفة 12.5 ملم؛ 10 إطارا في البوصة
-
صفوف الحزمة: 4 - 6
-
سرعة وجه الهواء: 2.5 – 3.5 م/ث
-
انخفاض ضغط الهواء الجانبي: ≥ 200 باسكال
المكثف العلوي للمصفاة
-
سائل جانب الأنبوب: بخار هيدروكربوني مع بخار
-
درجة حرارة جانب الأنبوب: مدخل 100 درجة مئوية - 150 درجة مئوية تكثيف، مخرج 40 درجة مئوية - 60 درجة مئوية
-
الضغط على جانب الأنبوب: 0.1 – 0.5 ميجا باسكال
-
مادة الأنبوب: الفولاذ الكربوني للخدمة غير المسببة للتآكل؛ 316L للخدمة الحامضة
-
نوع الزعنفة: L-foot أو KL-foot للخدمة القياسية؛ مقذوف بأنبوب 316L لخدمة H₂S
-
هندسة الزعانف: OD 25.4 مم × 2.0 مم؛ ارتفاع الزعنفة 12.5 ملم؛ 10 إطارا في البوصة
-
صفوف الحزمة: 4
-
ميزة خاصة: حزمة مائلة بنسبة 1:50 نحو رأس المخرج لتصريف السائل
مبرد الغاز الطبيعي بعد التجفيف أو الضغط
-
سائل جانب الأنبوب: غاز طبيعي معالج
-
درجة حرارة جانب الأنبوب: مدخل 60 درجة مئوية - 100 درجة مئوية، مخرج 30 درجة مئوية - 45 درجة مئوية
-
الضغط على جانب الأنبوب: 4.0 - 10.0 ميجا باسكال
-
مادة الأنبوب: 316L أو دوبلكس 2205 في حالة وجود الكلوريدات
-
نوع الزعنفة: مقذوف بألومنيوم 1100 خارجي للحماية من التآكل البحري والساحلي
-
هندسة الزعانف: OD 19.05 مم × 2.0 مم؛ ارتفاع الزعنفة 12.5 ملم؛ 10 إطارا في البوصة
-
صفوف الحزمة: 2 - 3
-
سرعة وجه الهواء: 2.0 – 2.5 م/ث
-
انخفاض ضغط الهواء الجانبي: ≥ 150 باسكال
مكثف البخار المبرد بالهواء (ACC) لمحطات الطاقة
-
سائل جانب الأنبوب: يتكثف البخار إلى ماء تحت فراغ
-
درجة حرارة جانب الأنبوب: مدخل 60 درجة مئوية - 100 درجة مئوية، مخرج 35 درجة مئوية - 45 درجة مئوية
-
الضغط على جانب الأنبوب: فراغ، 10 – 50 كيلو باسكال مطلق
-
مادة الأنبوب: الفولاذ الكربوني المجلفن أو المطلي؛ الفولاذ المقاوم للصدأ إذا كان البخار يحتوي على الأمونيا أو الكلوريدات
-
نوع الزعنفة: عالية التردد ملحومة برابطة معدنية؛ زعانف من الصلب الكربوني المجلفن بالغمس الساخن
-
هندسة الأنبوب: أنابيب بيضاوية أو بيضاوية مسطحة مع زعانف صفيحة أو زعانف ملحومة حلزونيًا
-
اتجاه الحزمة: إطار على شكل حرف A أو إطار على شكل حرف V، مائل بمقدار 60 درجة إلى الوضع الأفقي
-
تدفق الهواء: مشروع المستحث
-
ميزة خاصة: تنحدر الحزم بنسبة 1:80 نحو رأس تجميع المكثفات؛ الحماية من التجميد عن طريق تتبع البخار أو التدفئة الكهربائية للتشغيل في فصل الشتاء أقل من 0 درجة مئوية
التنظيف والصيانة
يؤدي تلوث جانب الهواء الناتج عن الغبار أو حبوب اللقاح أو الرواسب الكيميائية إلى زيادة انخفاض الضغط وتقليل انتقال الحرارة. يوصى بالتنظيف عندما:
طرق التنظيف:
-
الغسيل المائي: رذاذ منخفض الضغط ≥ 1.0 ميجا باسكال للرواسب القابلة للذوبان في الماء
-
ضربة الهواء: هواء مضغوط ≥ 0.6 ميجا باسكال للغبار السائب الجاف
-
التنظيف الكيميائي: المنظفات القلوية أو الحمضية المعتمدة لزعانف الألومنيوم؛ تجنب الحلول عالية القلوية
تنظيف جانب الأنبوب ليس ممكنًا ميكانيكيًا في حزمة ثابتة. مطلوب التنظيف الكيميائي أو الخنازير على الإنترنت.
الوثائق لكل شحنة
-
شهادات اختبار المواد وفقًا للمواصفة EN 10204 3.1 أو 3.2 للأنابيب والزعانف وصفائح الأنابيب والرؤوس والفولاذ الهيكلي
-
ورقة بيانات API 661 مكتملة أو ورقة بيانات ISO 13706
-
ورقة بيانات TEMA إن أمكن
-
تقرير بيانات ASME U-stamp إن أمكن
-
تقرير فحص الأبعاد بما في ذلك طول الحزمة، وتصميم فتحة صفائح الأنبوب، وهندسة الزعانف، والقطر الخارجي للأنبوب
-
معلمات عملية ربط الزعانف بما في ذلك شد اللف وضغط البثق وتيار اللحام
-
تقرير الاختبار الهيدروستاتيكي مع تسجيل مخطط الضغط
-
تقرير اختبار تسرب الهواء إذا تم إجراؤه
-
تقارير تجربة الاقتراب من الموت لـ PT وUT وRT كما تم إجراؤها
-
مواصفات إجراء اللحام وسجل تأهيل الإجراء لحام الأنبوب إلى الأنبوب واللحام الرأسي
-
رسم مدمج لحزمة الأنابيب مع عدد الأنابيب وتكوين التمرير وأبعاد الرأس ومواقع عروة الرفع
-
مواصفات الطلاء والطلاء مع تقرير التحقق من السُمك
قائمة التحقق من الاختيار – حزمة أنابيب تبريد الهواء
-
نوع ACHE: مشروع قسري، مشروع مستحث، إطار A، إطار V، أو أفقي
-
اتجاه الحزمة: أفقي أو منحدر بزاوية
-
مادة الأنبوب وحجمه (OD وسمك الجدار)
-
نوع الزعنفة: L-foot، KL، LL، مقذوف، عالي التردد ملحوم، أو مكشوف
-
مادة الزعنفة وشكلها الهندسي (الارتفاع، درجة الميل أو FPI، السمك)
-
الضغط ودرجة الحرارة التصميمية على جانب الأنبوب
-
تكوين السوائل على جانب الأنبوب بما في ذلك التآكل والكلوريدات وH₂S
-
انخفاض الضغط المسموح به على جانب الأنبوب
-
درجة حرارة مدخل الهواء للتصميم الصيفي
-
سرعة وجه الهواء أو تدفق الهواء الكلي
-
انخفاض الضغط المسموح به في جانب الهواء، عادةً 100 - 300 باسكال
-
نوع الرأس: قابس أو لوحة غطاء أو مشعب أنبوب
-
عدد التمريرات من جانب الأنبوب: فردية، أو اثنتين، أو أربعة
-
عدد الأنابيب والتخطيط لكل خليج موجود أو جديد
-
متطلبات الحماية من التآكل بما في ذلك الطلاء أو الجلفنة أو مواد الأنابيب والزعانف الخاصة
-
الحماية من التجميد لخدمة ACC بما في ذلك تتبع البخار أو التدفئة الكهربائية أو إعادة التدوير
-
قيود الرفع والنقل بما في ذلك الحد الأقصى للوزن والأبعاد
-
المعايير المطبقة: API 661، ISO 13706، TEMA، أو مواصفات العميل
بيان حدود التصميم – حزمة أنابيب تبريد الهواء
تخضع حزمة أنابيب مبرد الهواء للقيود التالية:
-
إنه مصمم فقط للضغط ودرجة الحرارة المحددة على جانب الأنبوب. التشغيل خارج هذه الحدود يبطل التصميم.
-
يعتمد أداء جانب الهواء على درجة حرارة الهواء المحيط والتلوث. تنخفض قدرة التبريد مع زيادة درجة الحرارة المحيطة.
-
تنظيف جانب الأنبوب ليس ممكنًا ميكانيكيًا في حزمة ثابتة. مطلوب التنظيف الكيميائي أو الخنازير عبر الإنترنت لخدمات القاذورات.
-
يؤدي تلوث جانب الهواء إلى زيادة انخفاض الضغط وتقليل نقل الحرارة. يجب الحفاظ على جداول التنظيف المنتظمة.
-
بالنسبة لخدمات التكثيف في ظروف التجميد، يجب توفير الحماية من التجميد من خلال المنحدرات والصرف والتدفئة.
-
يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة القصوى لطرف الزعنفة الحدود الخاصة بالمواد: القدم L ≥ 150 درجة مئوية، مقذوفة ≥ 230 درجة مئوية، ملحومة عالية التردد ≥ 450 درجة مئوية.
-
بالنسبة لخدمة الدراجات الحرارية التي تزيد عن 500 دورة سنويًا، لا يُنصح بأنواع الزعانف الملفوفة بالشد مثل L-foot وKL-foot وLL-foot. استخدم زعانف ملحومة مقذوفة أو عالية التردد.
-
يجب تثبيت الحزمة على بنية دعم المستوى. يؤدي الاختلال المفرط إلى تشويه صفائح الأنبوب وتسرب المفاصل.
-
بالنسبة للضغط على جانب الأنبوب الذي يزيد عن 10.0 ميجاباسكال أو الفراغ الشديد، استشر تصميمًا مخصصًا للرأس والأنبوب.