نظرة عامة – حزمة أنابيب المبرد الهوائي كقلب لنقل الحرارة
حزمة أنابيب المبرد الهوائي هي تجميعة قلب نقل الحرارة لمبادل حراري مبرد بالهواء (ACHE). تتكون من صفوف من الأنابيب العارية أو المزودة بزعانف، مثبتة في كل طرف بألواح أنابيب، ومتصلة بصناديق رؤوس الدخول والخروج. يتم تركيب الحزمة داخل خليج هيكلي، حيث تقوم المراوح المحورية أو الطاردة المركزية بدفع أو سحب الهواء المحيط عبر السطح الخارجي للأنابيب لتبريد السائل العملي المتدفق داخل الأنابيب.
تم تصميم هذا المنتج وتصنيعه وفقًا لمعيار API 661 (المبادلات الحرارية المبردة بالهواء للخدمة العامة في المصافي)، ISO 13706، و TEMA Class R أو B عند الاقتضاء. يتم توريده كحزمة بديلة، أو حزمة احتياطية، أو تجميعة كاملة لخليج ACHE جديد.
أنواع المبردات الهوائية – اتجاه الحزمة وتكوين المروحة
حزمة الأنابيب هي نفس تجميعة القلب عبر أنواع ACHE؛ يختلف الاتجاه، وهيكل الدعم، واتجاه تدفق الهواء حسب التكوين.
الدفع القسري
-
مراوح تقع أسفل الحزمة، تدفع الهواء لأعلى عبر صفوف الأنابيب
-
توزيع الهواء موحد بسبب حجرة المروحة السفلية
-
مكونات المروحة والمحرك يمكن الوصول إليها على مستوى الأرض أو المنصة
-
اتجاه الحزمة: أفقي
-
التطبيق النموذجي: تبريد العمليات العامة في المصافي، المبردات البينية للضواغط
السحب المستحث
-
مراوح تقع فوق الحزمة، تسحب الهواء لأعلى عبر صفوف الأنابيب
-
غرفة التوزيع فوق الحزمة تضمن سحبًا موحدًا
-
مكونات المروحة والمحرك تتطلب منصة وصول مرتفعة
-
اتجاه الحزمة: أفقي
-
التطبيق النموذجي: مكثفات البخار، خدمات درجات الحرارة العالية، وحدات المصافي الكبيرة
-
الميزة: توزيع هواء أفضل، تقليل إعادة الدوران، حماية الحزمة من الأمطار
إطار على شكل A
-
حزمتان مسطحتان من الأنابيب مرتبتان على شكل حرف V مقلوب (قمة في الأعلى)
-
مراوح تقع أسفل القمة، تنفخ الهواء لأعلى عبر كلتا الحزمتين المائلتين
-
اتجاه الحزمة: مائل، عادةً 30 درجة إلى 60 درجة من الأفقي
-
التطبيق النموذجي: مكثفات البخار المبردة بالهواء (ACC) في محطات الطاقة
-
الميزة: تقليل المساحة المخصصة للمناطق الكبيرة؛ تصريف المكثفات بالجاذبية على طول الأنابيب المائلة
إطار على شكل V
-
حزمتان مسطحتان من الأنابيب مرتبتان على شكل حرف V (قمة في الأسفل)
-
مراوح تقع فوق القمة، تسحب الهواء لأعلى عبر كلتا الحزمتين المائلتين
-
اتجاه الحزمة: مائل، عادةً 30 درجة إلى 60 درجة من الأفقي
-
التطبيق النموذجي: مكثفات البخار حيث يُفضل السحب المستحث للحماية من التجمد
-
الميزة: تقليل البصمة مشابه لإطار A؛ تصريف المكثفات إلى مجمع سفلي
حزمة أفقية مفردة
-
حزمة مسطحة مفردة من الأنابيب مثبتة أفقيًا
-
مراوح سفلية (دفع قسري) أو علوية (سحب مستحث)
-
اتجاه الحزمة: أفقي، ميل 0 درجة
-
التطبيق النموذجي: تبريد العمليات العامة، تبريد الغاز، تكثيف الهيدروكربونات
-
الميزة: أبسط بناء؛ أسهل استبدال للحزمة والوصول للصيانة
بناء الحزمة – المكونات الأساسية
الأنابيب
ألواح الأنابيب
صناديق الرؤوس (مجمعات الدخول / الخروج)
بناء صندوق الرأس:
-
مقطع عرضي مستطيل أو دائري
-
وصلات شفة وفقًا لـ ASME B16.5 أو B16.47
-
فواصل تمرير لتمريرات أنبوبية مفردة، أو اثنتين، أو أربع
-
وصلات تصريف وتهوية في النقاط المنخفضة والمرتفعة
إطارات جانبية وحلقات رفع
-
هيكل هيكلي: قناة فولاذية أو شعاع I
-
حلقات رفع: ملحومة بالإطارات الجانبية أو ألواح الأنابيب، مصنفة بوزن 2 × وزن الحزمة
-
نقاط الدعم تقع لتقليل انحناء الأنبوب والحفاظ على الاستواء ضمن ±3 مم على طول الحزمة
أنواع الزعانف – الاختيار حسب درجة الحرارة والبيئة
هندسة الزعانف (نموذجي)
مقاومة ربط الزعانف
بالنسبة لأنواع الزعانف الملفوفة بالشد (قدم L، قدم KL، قدم LL)، فإن الرابطة الميكانيكية بين الزعانف والأنبوب تُدخل مقاومة حرارية للتلامس:
-
لدرجات حرارة داخل الأنبوب أعلى من 120 درجة مئوية، تُطبق عادةً قيمة موصلية ربط تتراوح بين 2000 و 5000 واط/م²·كلفن للحزم الجديدة.
-
قد يكون للحزم قيد التشغيل موصلية ربط مخفضة بسبب الدورات الحرارية. غالبًا ما تُضاف مساحة سطح إضافية تتراوح بين 3% و 30% في التصميم اعتمادًا على درجة حرارة التشغيل ونوع الربط.
-
الزعانف المبثوقة والملحومة بتردد عالٍ لا تحتوي على مقاومة ربط، حيث أن الزعانف متكاملة أو مرتبطة معدنيًا.
معلمات الحرارة والهيدروليكية من جانب الهواء
اختيار المواد – الأنابيب، ألواح الأنابيب، والرؤوس
مواد الأنابيب
مواد ألواح الأنابيب والرؤوس
-
فولاذ كربوني SA-516 Gr.70 لخدمة داخل الأنبوب غير المسببة للتآكل
-
فولاذ مقاوم للصدأ مكسو فوق فولاذ كربوني للخدمة المسببة للتآكل مع ضغط عالٍ؛ الحد الأدنى لسمك الكسوة 3 مم وفقًا لـ ASME VIII-1 UW-13
-
فولاذ مقاوم للصدأ صلب 304L / 316L للخدمة المسببة للتآكل بالكامل
-
فولاذ صلب مزدوج أو تيتانيوم لخدمة الكلوريد الشديدة أو الواجب البحري
عادةً ما تتم مطابقة مادة صندوق الرأس مع مادة لوحة الأنبوب لتجنب التآكل الجلفاني عند الوصلات المسننة أو الملحومة. بالنسبة لرؤوس الفولاذ الكربوني في الخدمة المسببة للتآكل، يتم تطبيق طلاء داخلي (إيبوكسي أو فينولي) وفقًا لـ API 661.
عملية التصنيع – الضوابط الرئيسية
حفر ألواح الأنابيب
-
حجم لقمة الحفر يتم التحكم فيه لتفاوت H11 وفقًا لـ ISO 286
-
تشطيب الفتحة: Ra ≤ 1.6 μm للوصلات الموسعة؛ Ra ≤ 3.2 μm للوصلات الملحومة
-
انحراف الرباط ≤ ±0.2 مم عن الرسم
-
جميع الفتحات يتم إزالة الحواف وتنظيفها قبل إدخال الأنبوب
توسيع الأنبوب
-
ضغط التوسيع الهيدروليكي: 160 – 220 ميجا باسكال؛ وقت الاحتفاظ 5 – 8 ثوانٍ
-
عمق التوسيع: الحد الأدنى 1.5 × قطر الأنبوب الخارجي أو 2 × سمك جدار الأنبوب في لوحة الأنبوب
-
فحص مقياس ما بعد التوسيع: 100% من الأنابيب تقبل كرة قياس أصغر بـ 0.5 مم من القطر الداخلي للأنبوب
-
التحقق من قوة السحب: اختبار أول قطعة لكل حزمة، الهدف ≥ 20 ميجا باسكال للفولاذ الكربوني و ≥ 25 ميجا باسكال للفولاذ المقاوم للصدأ
لحام الأنبوب بلوحة الأنبوب (إذا تم تحديده)
-
عملية GTAW (TIG)، تلقائي أو يدوي
-
ارتفاع ساق اللحام 1.5 – 2.0 مم للحام الختم
-
اختراق لحام كامل التغلغل ≥ 0.5 مم في جدار الأنبوب
-
اختبار اختراق السائل بنسبة 100% وفقًا لـ ASME VIII-1 UW-51
-
إجراء اللحام مؤهل وفقًا لـ ASME Section IX
تصنيع صندوق الرأس
-
بناء فولاذي ملحوم مع وصلات شفة ASME B16.5 أو B16.47
-
أبعاد الرأس مطابقة لنمط فتحات لوحة الأنبوب
-
فواصل التمرير ملحومة بالجزء الداخلي للرأس، مادة وإجراء اللحام مطابقان لمادة الرأس
-
وصلات التصريف والتهوية: وصلات ملولبة NPT أو وصلات مقبس
تجميع الحزمة والرفع
-
الأنابيب مدخلة وموسعة أو ملحومة في ألواح الأنابيب
-
حواجز أو دعامات أنابيب مثبتة بمسافات محددة
-
إطارات جانبية وحلقات رفع مثبتة
-
اختبار الرفع يتم بوزن 1.1 × وزن الحزمة إذا تم تحديده
الفحص والاختبار لكل حزمة
الفحص البعدي
الفحص غير الإتلافي
اختبار الضغط الهيدروستاتيكي (جانب الأنبوب)
-
ضغط الاختبار: 1.3 × ضغط التصميم وفقًا لـ ASME VIII-1 UG-99
-
وسط الاختبار: ماء نظيف مع مثبط للتآكل؛ كلوريد ≤ 50 جزء في المليون للفولاذ المقاوم للصدأ
-
وقت الاحتفاظ: ≥ 30 دقيقة
-
القبول: لا يوجد انخفاض في الضغط؛ لا يوجد تسرب مرئي من وصلات الأنابيب، الرؤوس، أو السدادات
اختبار تسرب هوائي (إذا تم تحديده)
-
ضغط الاختبار: 0.6 ميجا باسكال هواء أو نيتروجين
-
كشف التسرب: تطبيق فقاعة صابون على جميع الوصلات واللحامات
-
القبول: لا توجد فقاعات؛ معدل التسرب ≤ 1×10⁻⁵ باسكال·م³/ث
ملفات تعريف التطبيق – حسب نوع الخدمة
المبرد البيني والمبرد اللاحق للضاغط
-
سائل داخل الأنبوب: هواء مضغوط أو غاز طبيعي
-
درجة حرارة داخل الأنبوب: مدخل 120 درجة مئوية – 180 درجة مئوية، مخرج 40 درجة مئوية – 60 درجة مئوية
-
ضغط داخل الأنبوب: 0.5 – 10.0 ميجا باسكال
-
مادة الأنبوب: فولاذ كربوني للهواء؛ 304L لغاز طبيعي يحتوي على CO₂ أو ماء
-
نوع الزعانف: قدم L إذا كانت درجة حرارة داخل الأنبوب ≤ 150 درجة مئوية؛ قدم KL إذا كانت 150 درجة مئوية – 180 درجة مئوية
-
هندسة الزعانف: قطر خارجي 25.4 مم × سمك جدار 2.0 مم؛ ارتفاع الزعانف 12.5 مم؛ 10 FPI
-
صفوف الحزمة: 4 – 6
-
سرعة وجه الهواء: 2.5 – 3.5 م/ث
-
انخفاض ضغط جانب الهواء: ≤ 200 باسكال
مكثف علوي للمصفاة
-
سائل داخل الأنبوب: بخار هيدروكربوني مع بخار
-
درجة حرارة داخل الأنبوب: مدخل 100 درجة مئوية – 150 درجة مئوية تكثيف، مخرج 40 درجة مئوية – 60 درجة مئوية
-
ضغط داخل الأنبوب: 0.1 – 0.5 ميجا باسكال
-
مادة الأنبوب: فولاذ كربوني للخدمة غير المسببة للتآكل؛ 316L للخدمة الحامضة
-
نوع الزعانف: قدم L أو قدم KL للخدمة القياسية؛ مبثوق مع أنبوب 316L لخدمة H₂S
-
هندسة الزعانف: قطر خارجي 25.4 مم × سمك جدار 2.0 مم؛ ارتفاع الزعانف 12.5 مم؛ 10 FPI
-
صفوف الحزمة: 4
-
ميزة خاصة: ميل الحزمة 1:50 نحو رأس المخرج لتصريف السائل
مبرد الغاز الطبيعي بعد التجفيف أو الضغط
-
سائل داخل الأنبوب: غاز طبيعي معالج
-
درجة حرارة داخل الأنبوب: مدخل 60 درجة مئوية – 100 درجة مئوية، مخرج 30 درجة مئوية – 45 درجة مئوية
-
ضغط داخل الأنبوب: 4.0 – 10.0 ميجا باسكال
-
مادة الأنبوب: 316L أو Duplex 2205 إذا كانت الكلوريدات موجودة
-
نوع الزعانف: مبثوق مع غلاف خارجي من الألومنيوم 1100 للحماية من التآكل البحري والساحلي
-
هندسة الزعانف: قطر خارجي 19.05 مم × سمك جدار 2.0 مم؛ ارتفاع الزعانف 12.5 مم؛ 10 FPI
-
صفوف الحزمة: 2 – 3
-
سرعة وجه الهواء: 2.0 – 2.5 م/ث
-
انخفاض ضغط جانب الهواء: ≤ 150 باسكال
مكثف بخار مبرد بالهواء (ACC) لمحطات الطاقة
-
سائل داخل الأنبوب: بخار يتكثف إلى ماء تحت التفريغ
-
درجة حرارة داخل الأنبوب: مدخل 60 درجة مئوية – 100 درجة مئوية، مخرج 35 درجة مئوية – 45 درجة مئوية
-
ضغط داخل الأنبوب: تفريغ، 10 – 50 كيلو باسكال مطلق
-
مادة الأنبوب: فولاذ كربوني مجلفن أو مطلي؛ فولاذ مقاوم للصدأ إذا كان البخار يحتوي على أمونيا أو كلوريدات
-
نوع الزعانف: ملحوم بتردد عالٍ برابطة معدنية؛ زعانف فولاذ كربوني مجلفنة بالغمس الساخن
-
هندسة الأنبوب: أنابيب بيضاوية أو بيضاوية مسطحة مع زعانف لوحية أو زعانف ملحومة حلزونيًا
-
اتجاه الحزمة: إطار A أو إطار V، مائل 60 درجة إلى الأفقي
-
تدفق الهواء: سحب مستحث
-
ميزة خاصة: ميل الحزم 1:80 نحو رأس تجميع المكثفات؛ حماية من التجمد عبر تتبع البخار أو التسخين الكهربائي للتشغيل الشتوي تحت 0 درجة مئوية
التنظيف والصيانة
تلوث جانب الهواء من الغبار، حبوب اللقاح، أو رواسب كيميائية يزيد من انخفاض الضغط ويقلل من نقل الحرارة. يوصى بالتنظيف عندما:
طرق التنظيف:
-
غسيل بالماء: رذاذ منخفض الضغط ≤ 1.0 ميجا باسكال للرواسب القابلة للذوبان في الماء
-
نفخ بالهواء: هواء مضغوط ≤ 0.6 ميجا باسكال للغبار الجاف السائب
-
تنظيف كيميائي: منظف قلوي أو حمضي معتمد للزعانف الألومنيوم؛ تجنب المحاليل عالية القلوية
تنظيف داخل الأنبوب غير ممكن ميكانيكيًا في حزمة ثابتة. يلزم التنظيف الكيميائي أو استخدام الخنازير عبر الإنترنت.
الوثائق لكل شحنة
-
شهادات المواد وفقًا لـ EN 10204 3.1 أو 3.2 للأنابيب، الزعانف، ألواح الأنابيب، الرؤوس، والفولاذ الهيكلي
-
ورقة بيانات API 661 مكتملة أو ورقة بيانات ISO 13706
-
ورقة بيانات TEMA إذا كان ذلك منطبقًا
-
تقرير بيانات ASME U-stamp إذا كان ذلك منطبقًا
-
تقرير الفحص البعدي بما في ذلك طول الحزمة، تخطيط فتحات لوحة الأنبوب، هندسة الزعانف، وقطر الأنبوب الخارجي
-
معلمات عملية تثبيت الزعانف بما في ذلك شد اللف، ضغط البثق، وتيار اللحام
-
تقرير اختبار الضغط الهيدروستاتيكي مع تسجيل مخطط الضغط
-
تقرير اختبار تسرب هوائي إذا تم إجراؤه
-
تقارير NDE لـ PT، UT، و RT كما تم إجراؤها
-
مواصفات إجراء اللحام وسجل تأهيل الإجراء للحامات الأنبوب بلوحة الأنبوب والرؤوس
-
رسم الحزمة النهائي مع عدد الأنابيب، تكوين التمرير، أبعاد الرأس، ومواقع حلقات الرفع
-
مواصفات الطلاء والطلاء مع تقرير التحقق من السماكة
قائمة اختيار – حزمة أنابيب المبرد الهوائي
-
نوع ACHE: دفع قسري، سحب مستحث، إطار A، إطار V، أو أفقي
-
اتجاه الحزمة: أفقي أو مائل بزاوية
-
مادة الأنبوب وحجمه (القطر الخارجي وسمك الجدار)
-
نوع الزعانف: قدم L، KL، LL، مبثوق، ملحوم بتردد عالٍ، أو عاري
-
مادة الزعانف وهندستها (الارتفاع، المسافة أو FPI، السماكة)
-
ضغط ودرجة حرارة التصميم داخل الأنبوب
-
تركيب السائل داخل الأنبوب بما في ذلك التآكل، الكلوريدات، و H₂S
-
انخفاض الضغط المسموح به داخل الأنبوب
-
درجة حرارة الهواء المدخل لتصميم الصيف
-
سرعة وجه الهواء أو إجمالي تدفق الهواء
-
انخفاض الضغط المسموح به من جانب الهواء، عادةً 100 – 300 باسكال
-
نوع الرأس: سدادة، لوحة غطاء، أو مجمع أنابيب
-
عدد التمريرات داخل الأنبوب: مفرد، اثنان، أو أربعة
-
عدد الأنابيب وتخطيطها لكل خليج موجود أو جديد
-
متطلبات الحماية من التآكل بما في ذلك الطلاء، الجلفنة، أو مواد زعانف وأنابيب خاصة
-
الحماية من التجمد لخدمة ACC بما في ذلك تتبع البخار، التسخين الكهربائي، أو إعادة الدوران
-
قيود الرفع والنقل بما في ذلك الحد الأقصى للوزن والأبعاد
-
المعايير المطبقة: API 661، ISO 13706، TEMA، أو مواصفات العميل
بيان قيود التصميم – حزمة أنابيب المبرد الهوائي
تخضع حزمة أنابيب المبرد الهوائي للقيود التالية:
-
تم تصميمها فقط للضغط ودرجة الحرارة المحددين داخل الأنبوب. التشغيل خارج هذه الحدود يبطل التصميم.
-
يعتمد أداء جانب الهواء على درجة حرارة الهواء المحيط والتلوث. تقل سعة التبريد مع زيادة درجة حرارة المحيط.
-
تنظيف داخل الأنبوب غير ممكن ميكانيكيًا في حزمة ثابتة. يلزم التنظيف الكيميائي أو استخدام الخنازير عبر الإنترنت لخدمات الترسبات.
-
يزيد تلوث جانب الهواء من انخفاض الضغط ويقلل من نقل الحرارة. يجب الحفاظ على جداول تنظيف منتظمة.
-
لخدمات التكثيف في ظروف التجمد، يجب توفير الحماية من التجمد من خلال الميل، التصريف، والتسخين.
-
يجب ألا تتجاوز درجة حرارة طرف الزعانف القصوى الحدود المحددة لكل مادة: قدم L ≤ 150 درجة مئوية، مبثوق ≤ 230 درجة مئوية، ملحوم بتردد عالٍ ≤ 450 درجة مئوية.
-
للخدمة ذات الدورات الحرارية التي تزيد عن 500 دورة سنويًا، لا يُنصح بأنواع الزعانف الملفوفة بالشد مثل قدم L، قدم KL، وقدم LL. استخدم زعانف مبثوقة أو ملحومة بتردد عالٍ.
-
يجب تركيب الحزمة على هيكل دعم مستوٍ. يؤدي عدم المحاذاة المفرط إلى تشوه لوحة الأنبوب وتسرب الوصلات.
-
للضغط داخل الأنبوب الذي يزيد عن 10.0 ميجا باسكال أو التفريغ الشديد، استشر للحصول على تصميم مخصص للرأس ولوحة الأنبوب.