Vaste buisplaat als drukgrens
Een vaste buisplaat (ook een vaste buisplaat genoemd) is het drukhoudende onderdeel aan het vaste uiteinde van een warmtewisselaar.Het fungeert als de primaire barrière tussen de vloeistoffen aan de buiszijde en de vloeistoffen aan de schelpzijde, biedt structurele ondersteuning voor de buisbundel en zendt buisbelastingen naar de schelpflens of het kanaal.beide buizenplaten staan stil en zijn rechtstreeks aan de schelp gelast of gespeld, met aan beide uiteinden bevestigde buizen.
Dit product is vervaardigd van gesmeed roestvrij staal dat voldoet aan ASTM A182/ASME SA182 ∙ de specificatie voor gesmeede of gewalste austenitische roestvrijstalen buisflensjes, gesmeede fittings,kleppenDe vaste buisplaat is ontworpen en vervaardigd volgens ASME Sectie VIII Afdeling 1 Aanhangsel AA (procedure voor het ontwerpen van vaste buisplaat),TEMA klasse R/B/C, en GB/T 151 voor binnenlandse toepassingen.
Materialenklassen ASTM/ASME A/SA 182 Roestvrij staal
De volgende vier soorten austenitisch roestvrij staal zijn beschikbaar voor de fabricage van vaste buisplaten.en stabilisatiekenmerken.
ASTM/ASME A/SA 182 F304 (UNS S30400)
Type: 18Cr‐8Ni austenitisch roestvrij staal (standaard koolstof)
Belangrijkste eigenschappen: hoge sterkte, goede oxidatiebestendigheid, algemene corrosiebestendigheid
Vermogensterkte (min): 205 MPa
Treksterkte (min): 515 MPa
Maximale werktemperatuur: tot 538°C (intermitterend), 816°C (continu)
Smeltepunt: 1400 °C tot 1450 °C
Toepassing: Algemene chemische dienst, niet-chloride-omgevingen, matige temperaturen
Beperking: risico op sensitisatie bij gelast gebruik boven 425°C; niet aanbevolen voor gelast dikte boven 16 mm zonder stabilisatie
ASTM/ASME A/SA 182 F316L (UNS S31603)
Type: 16Cr‐10Ni‐2Mo austenitisch roestvrij staal (laag koolstofgehalte ± 0,030% max)
Belangrijkste eigenschappen: toevoeging van molybdeen verbetert de corrosieweerstand tegen pitting en spleten; koolstofarm voorkomt intergranulaire corrosie na lassen
Vermogensterkte (min): 170 MPa
Treksterkte (min): 485 MPa
Maximale werktemperatuur: tot 425°C (publiceerde ASME-toegestane spanningen); continue werking tot 870°C, werkbereik van -196°C tot 450°C
Hardheid: ≤ 200 HB
Toepassing: Petrochemie, scheepvaart, farmaceutische industrie, voedselverwerking
Chloridegrens: ≤ 200 ppm voor langdurig gebruik
Beperking: niet geschikt boven 450°C ‡ toegestane spanningen dalen aanzienlijk bij hogere temperaturen
ASTM/ASME A/SA 182 F321 (UNS S32100)
Type: 18Cr‐10Ni‐Ti, met titanium gestabiliseerd, austenitisch roestvrij staal
Belangrijkste eigenschappen: Titanium stabiliseert koolstof (Ti ≥ 5 × (C+N)), waardoor de neerslag van chroomcarbide in de warmte-afgeperste zone tijdens het lassen wordt voorkomen
Vermogensterkte (min): 205 MPa
Treksterkte (min): 515 MPa
Verlenging (min): 30%
Maximale bedrijfstemperatuur: bestand tegen oxidatie tot 815°C; hogere kruip- en spanningsbreuk eigenschappen dan F304 en F304L
Temperatuur van het gloeien van de oplossing: 950 ∼ 1,120°C, gevolgd door snelle afkoeling (waterdoofing)
Toepassing: gelaste warmtewisselaarcomponenten, verhoogde temperatuur (425°C ∼ 540°C), intergranulaire corrosiebestendigheid na het lassen
Beperking: niet geschikt boven 538°C, tenzij warmtebehandeld tot minimaal 1,095°C
ASTM/ASME A/SA 182 F316Ti (UNS S31635)
Type: 16Cr‐10Ni‐2Mo‐Ti, met titanium gestabiliseerd, austenitisch roestvrij staal
Sleutel eigenschappen: combineert de pittingbestandheid van 316L (Mo-gehalte) met titaniumstabilisatie;is bestand tegen intergranulaire corrosie die optreedt wanneer bij las of langdurige thermische blootstelling boven 450 °C chroomcarbide neerslaat
Vermogensterkte (min): 205 MPa
Treksterkte (min): 515 MPa
Verlenging (min): 30%
Vermindering van het oppervlak (min): 40%
Werktemperatuurbereik: -196°C tot 700°C
Toepassing: Hoogtemperatuurwarmtewisselaars, corrosieve omgevingen die zowel Mo-corrosiebestendigheid als Ti-stabilisatie vereisen
Beperking: Hogere kosten dan F316L; toevoeging van Ti verbetert de hoogtemperatuursterkte, maar kan de ductiliteit in sommige omstandigheden verminderen
Materiaalvergelijking Belangrijkste selectieparameters
| Vastgoed | F304 | F316L | F321 | F316Ti |
|---|---|---|---|---|
| UNS | S30400 | S31603 | S32100 | S31635 |
| Koolstof (max) | 0.08% | 0.030% | 0.08% | 0.08% |
| Chroom | 18.0 ️ 20,0% | 16.0 18,0% | 17.0 19.0% | 16.0 18,0% |
| Nikkel | 8.0 11.0% | 10.0 14,0% | 9.0 12.0% | 10.0 14,0% |
| Molybdeen | — | 2.00 3.00% | — | 2.00 3.00% |
| Stabilisatie | Geen | Geen | Ti ≥ 5 × ((C+N) | Ti ≥ 5 × ((C+N) |
| Opbrengst (min MPa) | 205 | 170 | 205 | 205 |
| Tensile kracht (min MPa) | 515 | 485 | 515 | 515 |
| Maximale temperatuur (°C) | 538 | 425 | 538 | 700 |
| Pittingweerstand | Gematigd | Goed (Mo) | Gematigd | Goed (Mo) |
| Risico van sensibilisatie | Hoog (gesweisd) | Laag (laag C) | Zeer laag (Ti) | Zeer laag (Ti) |
Vaste vormgeving van het buisblad ASME VIII-1 Aanhangsel AA
De vaste buisplaat in een vaste buisplaatwarmtewisselaar (TEMA-typen L, M, N) is ontworpen volgens ASME-sectie VIII, afdeling 1, aanhangsel AA. Niet-verplichte buisplaatontwerpprocedure.
Belangrijkste ontwerpparameters
| Parameter | Beschrijving | Berekeningsbasis |
|---|---|---|
| Effectieve ontwerpdruk (P) | Drukverschil aan de schelpzijde en aan de buiszijde | Per TEMA RCB-7.163 ¢ 7.165 |
| Ligamentefficiëntie (η) | (p ?? d) / p (driehoekige toonhoogte) | Per ASME VIII-1, aanhangsel A |
| Dikte (t) | Minimale vereiste buisplaatdikte | t = F × (P × D) / (2 × S × E 2 × P) × C |
| G (ontwerpdiameter van de buisplaat) | Inwendige diameter van de schelp (vast buisblad) | Per TEMA RCB |
| F | Steunfactor | F = 1,0 voor vaste buisplaat |
De ontwerpdikte bedraagt:
Efficiëntie van het ligament van het buisgat verminderde doorsnede vanwege geboorde gaten
Differentiële druk ️ maximaal drukverschil tussen buiszijde en shellzijde
Temperatuurvermindering ️ toegestane spanningsreductie bij verhoogde temperaturen volgens ASME-sectie II deel D
Corrosievermindering extra dikte voor verwachte corrosie gedurende de levensduur
Typische afmetingen van vaste buisplaten (gesmeed roestvrij staal)
| Parameter | Bereik | Standaard / Notitie |
|---|---|---|
| Buitendeurs | tot en met 8000 mm (op maat) | met een breedte van niet meer dan 50 mm |
| Dikte | 10 mm 350 mm | Voor de ASME VIII-1, aanhangsel AA/TEMA RCB-4.3 |
| Standaarddikte (warmtewisselaar) | 30 mm ️ 80 mm | Typisch voor raffinaderijdiensten |
| Tolerantie voor het boren van buizen | + 0,05 / 0,00 mm | met een gewicht van niet meer dan 10 kg |
| Afwerking van het oppervlak | RF / FF / RTJ | Verhoogd gezicht / plat gezicht / ringgewricht |
| Gatenpatroon | Driehoekig (30°/60°) / vierkant (90°) | Per TEMA RCB-4.3 |
Vervaardigingsproces ¥ gesmeed papier
Materiële conformiteit
Materiaal gecertificeerd volgens ASTM A182 / ASME SA182
Verwarmingsstempelen voor 100% materiaaltraceerbaarheid
Positieve materiaalidentificatie (PMI) -verificatie per XRF-spectrometer
Snijden en warmtebehandeling
Vervaardiging uit staal, van staal of van staal
Oplossing gloeien:
F304 / F321 / F316Ti: 1,040°C 1,120°C, gevolgd door waterdoofing
F316L: minimaal 1,040°C, gevolgd door waterdoofing
Koeling: waterdoofing of snelle luchtkoeling na warm werken
Bewerking en boren
CNC-boorwerk voor precisie-gatpatroon: tolerantie +0,05 / 0,00 mm
Afwerking van het oppervlak van de opening: Ra ≤ 1,6 μm voor uitgebreide verbindingen; Ra ≤ 3,2 μm voor gelaste verbindingen
Ligament (brug tussen gaten): minimaal 0,8 × diameter van het gat per ASME VIII-1
Afschuren: alle gaten aan beide zijden afschuren
Blokken van buis-naar-buis-plaat
| Type van de gewricht | Metode | Tekensterkte (min) | Toepasselijke dienst |
|---|---|---|---|
| Alleen uitgebreid | Hydraulische uitbreiding bij 160 ∼ 220 MPa, houd 5 ∼ 8 s | ≥ 20 MPa (CS) / ≥ 25 MPa (SS) | Niet-toxische, niet-cyclische, schone vloeistoffen |
| enkel gespannen (dicht gespannen) | GTAW (TIG) filetsweis, been 1,5 ∼2,0 mm | N/A | Hoogdrukgas, waterstofdienst |
| Las + uitbreiding (gecombineerd) | Afdichting + hydraulische uitbreiding bij 160 ∼ 200 MPa | ≥ 25 MPa | Cyclisch thermisch (> 500 cycli/jaar), hoge druk, giftig |
| Geweld (volledige penetratie) | GTAW volledige penetratie, gewricht voltooid | ≥ 30 MPa | Extreme druk (> 15 MPa), waterstof |
Inspectie en proeven
Niet-destructief onderzoek (NDE)
| Onderzoek | Metode | Toepassingsgebied | Aanvaardingscriteria |
|---|---|---|---|
| Laminatie (plaat) | UT (rechtlicht) | 100% van het oppervlak van de plaat | Niet gelamineerd; gelamineerd ≤ 20 mm2 per 100 cm2 |
| Oppervlakte scheuren | PT (vloeistofpenetrante stof) | 100% geborreld oppervlak + oppervlakken | Geen scheuren; porositeit ≤ 0,8 mm |
| Gekleurde obligatie (indien gekleurd) | UT (scheergolf) | 100% van het beklede oppervlak | Geen delaminatie > 20 mm |
| Hoolwandtoestand | Borescoop | 5% ∼ 10% van de gaten (willekeurig) | met een breedte van niet meer dan 50 mm |
Dimensionele inspectie
| Parameter | Tolerantie | Metode |
|---|---|---|
| De diameter van het gat | + 0,05 / 0,00 mm | Pluggauge / boringsmicrometer |
| Ophoping van de pitch (1 m span) | ≤ ±1,0 mm | CMM / optische comparator |
| Vlakheid | ≤ 1 mm per diameter van 1000 mm | Inrichting: |
| Variatie van de dikte | ± 3% van de nominale waarde | Micrometer (5 punten) |
| Afwerking van het oppervlak | Ra ≤ 1,6 μm (uitgebreid) / ≤ 3,2 μm (gesweisd) | Profilometer |
Hydrostatische test (na montage)
Testdruk: 1,3 × ontwerpdruk per ASME VIII-1 UG-99
Testmedium: schoon water (chloride ≤ 50 ppm voor austenitische SS om SCC te voorkomen)
Houdtijd: ≥ 30 minuten
Aanvaardbaarheid: geen drukdaling; geen zichtbaar lek
Toepassingsprofielen Selectie van materiaal voor vaste buisbladen
Petrochemische warmtewisselaars en warmtewisselaars voor raffinaderijen
Dienst: verwerking van koolwaterstoffen, voedings-/afvoerwisselers, condensatoren
Aanbevolen materiaal: F316L (zoete dienst) / F321 of F316Ti (zuur dienst, aanwezigheid van H2S)
Ontwerpoverwegingen: waterstofpartialdruk; corrosie door H2S (NACE MR0175); chloorgehalte
Temperatuurbereik: 150°C ∼ 400°C
Marine en offshore warmtewisselaars
Diensten: zeewaterkoeling, platformkoelsystemen
Aanbevolen materiaal: F316L of F316Ti (Mo zorgt voor de resistentie tegen pitting in zeewater)
Ontwerpoverwegingen: chlorideconcentratie tot 20.000 ppm; risico op corrosie door spleten
Temperatuurbereik: 5°C ∼ 150°C
Farmaceutische en voedselverwerkende industrie
Dienst: procesvloeistoffen van hoge zuiverheid, schone stoom
Aanbevolen materiaal: F316L (laag koolstofgehalte voorkomt sensibilisatie; gemakkelijk te passiveren)
Ontwerpoverwegingen: oppervlakteafwerking Ra ≤ 0,8 μm (geelektropoliseerd); FDA-naleving
Temperatuurbereik: 20°C ∼ 150°C
Hoogtemperatuurprocesverwarmers
Diensten: Koeling van gassen bij hoge temperatuur, terugwinning van restwarmte
Aanbevolen materiaal: F321 of F316Ti (Ti-stabilisatie voorkomt carbide neerslag boven 425°C)
Ontwerpoverwegingen: kruipbestandheid; thermische cyclus
Temperatuurbereik: 400°C ∼ 600°C
Thermische expansie
Bij een vast buisplaatontwerp moeten beide buisplaten stilstaan en moet een differentiële thermische uitbreiding tussen buis en shell worden geregeld:
Toegestane ΔT zonder expansieverbinding: ≤ 60°C (koolstofstaalbuizen) / ≤ 40°C (roestvrij staalbuizen)
Wanneer ΔT het toelaatbare overschrijdt: op de schelp moet een uitbreidingsverbinding worden geïnstalleerd of moet een U-buis/drijvende kop worden gekozen.
Berekening van de thermische spanning: volgens ASME VIII-1 UG-23 (c)
Voor vaste buisplaten met een hoge ΔT-functie is een eindige-elementanalyse (FEA) doorgaans vereist om de vereisten voor de uitbreiding van de gewrichten en de spanningsverdeling van de buisplaat te evalueren.
Documentatie per zending
Materialenproefcertificaten (EN 10204 3.1 of 3.2) base materiaal, warmte nummer
ASME U-stempelgegevensverslag (indien van toepassing)
TEMA-gegevensblad (klasse R/B/C)
Verslag van de inspectie van de afmetingen (gatdiameter, toonhoogte, ligament, vlakheid, dikte)
NDE-rapporten UT (laminatie), PT (oppervlakte), boroscoop
PMI-testverslag (XRF-verificatie)
warmtebehandelingstabel (tijd-temperatuurregistratie voor het gloeien van de oplossing)
Specificatie van de lasprocedure (WPS) en kwalificatiedocument (PQR)
Buisplaat als geconstrueerd tekening met de coördinaten, de toonhoogte en de afmetingen van het gatpatroon
Verslag van de hydrostatische test (indien getest als onderdeel van de montage)
Selectiecontrolelist
Materiaalklasse F304 / F316L / F321 / F316Ti (gebaseerd op corrosievermogen en temperatuur)
Type buisblad
Shell-ID en kanaal-ID ?? bepaalt de buisplaatdiameter
Het aantal buizen en het uitlegpatroon ️ Driehoekig / Vierkant / Roterend vierkant
Buis OD en wanddikte bepaalt de diameter van het gat
Buispitch centre-to-center afstand per TEMA RCB-4.3
Typ van buis-to-buis-plaatverbinding Uitgebreid / gelast / gecombineerd
Designdruk √ buiszijde en shellzijde (specificeer differentieel)
Ontwerptemperatuur ∼ buiszijde en shellzijde
Corrosievergunning per levensduur
Chlorideconcentratie indien > 200 ppm, selecteer F316L of F316Ti
Verwarmingsvereiste ️ indien buizen worden gelast, kiezen van koolstofarme of gestabiliseerde kwaliteiten (F316L / F321 / F316Ti)
NDE-vereiste per ASME VIII-1 of projectspecificatie
Flankenverbindingstype RF / FF / RTJ
PWHT-vereiste oplosbare glans vereist voor alle roestvrijheidssoorten A/SA 182 na warmbewerking
Beschrijving van de ontwerpbeperking
De vaste buisplaat is onderworpen aan de volgende beperkingen:
Het is niet geschikt voor interne druk totdat het met de schelp, buizen en flenzen is samengesteld de volledige warmtewisselaar is geschikt.
F304 wordt niet aanbevolen voor laswerkzaamheden boven 425°C vanwege het risico op sensitisatie gebruik F321 of F316Ti voor laswerkzaamheden bij verhoogde temperatuur.
F316L heeft een lagere toegestane spanning dan F316 bij temperaturen boven 425°C; boven 450°C is F316L niet geschikt.
F321 en F316Ti vereisen na het smeden een oplosbare gloeiing bij 950 °C -1120 °C om de corrosiebestendigheid te herstellen.
Voor een chloridefunctie van meer dan 200 ppm wordt F304 niet aanbevolen. Selecteer F316L (≤200 ppm) of F316Ti.
Water voor hydrotests van austenitische ruwstaalbuizen moet een chloorgehalte van ≤ 50 ppm hebben om spanningscorrosie te voorkomen.
Een vast buisplaatontwerp vereist een uitbreidingsverbinding wanneer de ΔT tussen buizen en schil de materialspecifieke limieten overschrijdt.
Voor bedrijfstemperaturen boven 538°C zijn speciale warmtebehandeling vereist voor F321 en F304.
