Een finned tube bundle is de primaire warmteoverdrachtcomponent van een luchtgekoelde warmtewisselaar (ACHE). Het bestaat uit meerdere rijen buizen met externe vinnen die aan het buitenoppervlak zijn bevestigd, aan elk uiteinde vastgezet door buisplaten en aangesloten op inlaat- en uitlaat-kopkasten. De bundel is geïnstalleerd binnen een structurele bay, waar omgevingslucht over de gevinde oppervlakken wordt geforceerd of getrokken door axiale of centrifugaalventilatoren, waardoor warmte wordt afgevoerd van het procesfluïdum dat in de buizen stroomt.
Dit product is ontworpen en vervaardigd volgens API 661 (Air-Cooled Heat Exchangers for General Refinery Service), ISO 13706 en TEMA Klasse R of B waar van toepassing. De bundel wordt geleverd als een complete assemblage, inclusief buizen, vinnen, buisplaten, kopkasten, zijframes en hijsogen, klaar voor installatie in een bestaande of nieuwe ACHE-bay.
De finned tube bundle is geconfigureerd volgens het ACHE-type en de vereisten van de locatie:
Horizontale bundel: Buisen zijn horizontaal; lucht stroomt verticaal omhoog (geforceerde trek) of omlaag (geïnduceerde trek). Gebruikt in algemene proceskoeling, compressor-intercoolers en koolwaterstofcondensatoren.
A-frame bundel: Twee platte bundels schuin in een omgekeerde V-vorm (top bovenaan); ventilatoren eronder blazen lucht omhoog door beide schuine oppervlakken. Gebruikt in luchtgekoelde stoomcondensatoren (ACC) en grote petrochemische installaties.
V-frame bundel: Twee platte bundels schuin in een V-vorm (top onderaan); ventilatoren erboven trekken lucht omhoog. Gebruikt bij stoomcondensatie met geïnduceerde trek voor vorstbescherming.
Luchtstroomregeling:
Geforceerde trek: Ventilatoren onder de bundel duwen lucht over de buizen. Gemakkelijkere onderhoudstoegang; lagere installatiekosten.
Geïnduceerde trek: Ventilatoren boven de bundel trekken lucht over de buizen. Betere luchtverdeling; minder recirculatie; beschermt de bundel tegen regen en sneeuw.
Buisen
Buis OD (basis): 15,88 mm – 50,8 mm (5/8" tot 2")
Buiswanddikte: 1,2 mm – 5,0 mm (naadloos of gelast, volgens ASTM of equivalent)
Buislengte (tussen buisplaten): 2,0 m – 12,0 m (volgens API 661-standaard)
Buisafstand (hart-op-hart):
Dwars (over luchtstroom): 1,5 * tot 2,5 * buis OD
Langszij (langs luchtstroom): 1,5 * tot 2,5 * buis OD
Buisopstelling: Versprongen (driehoekig) of in lijn (vierkant). Versprongen zorgt voor hogere warmteoverdracht aan de luchtzijde; in lijn maakt mechanische reiniging gemakkelijker.
Buis-materialen (afhankelijk van serviceomstandigheden)
| Materiaal | Specificatie | Temperatuurbereik | Chloride limiet | Toepassing |
|---|---|---|---|---|
| Koolstofstaal SA-179 / SA-106 Gr.B | ASTM A179 / A106 | -20°C tot +425°C | Niet van toepassing | Water, olie, schone koolwaterstoffen, stoom |
| Roestvrij 304L / 316L | ASTM A213 TP304L/316L | -196°C tot +600°C | ≤ 200 ppm | Corrosieve vloeistoffen, schone stoom, voedsel/farmaceutica |
| Duplex 2205 | ASTM A789 S32205 | -40°C tot +280°C | ≤ 300 ppm bij 80°C | Koolwaterstoffen met chloride, offshore |
| Titanium Gr.2 (TA2) | ASTM B338 | -40°C tot +230°C | Tot 20.000 ppm | Zeewater, pekel, koeling met hoog chloridegehalte |
| Koper-nikkel C70600 | ASTM B111 | -40°C tot +200°C | < 500 ppm | Maritieme koeling, brak water |
Vinnen – Bevestigingstypes en parameters
De volgende bevestigingsmethoden van vin tot buis zijn beschikbaar, geselecteerd op basis van bedrijfstemperatuur, corrosieve omgeving en thermische cycli:
| Vin-type | Bevestigingsmethode | Max. bedrijfstemperatuur | Vin-materialen | Typische toepassing |
|---|---|---|---|---|
| L-voet (gespannen gewikkeld) | L-vormige voet onder spanning gewikkeld | ≤ 150°C | Aluminium 1100, Koper C1100 | Gaskoeling bij lage temperatuur, intercoolers |
| KL-voet (gekartelde L) | Gekarteld buisoppervlak + mechanisch vergrendelde voet | ≤ 320°C | Aluminium 1100 | Procesgas bij gemiddelde temperatuur, na-koelers |
| LL-voet (overlappende L) | Overlappende voet bedekt de buis-OD volledig | ≤ 177°C | Aluminium 1100, Koper C1100 | Kust-/maritieme atmosfeer, corrosiebescherming |
| Geëxtrudeerd (bimetaal) | Externe aluminium huls geëxtrudeerd in vinnen | ≤ 230°C | Aluminium 1100 (extern) | Offshore, maritiem, omgevingen met hoge corrosie |
| Hoogfrequent gelast | Vinstrip weerstandsgelast aan buis (metallurgische verbinding) | ≤ 450°C | Koolstofstaal, roestvrij staal | Gaskoeling bij hoge temperatuur, terugwinning van restwarmte |
| Blank (geen vin) | — | Tot 600°C | Als buismateriaal | Schone gassen bij hoge temperatuur, stoom, lage aangroeiing |
Vin-geometrie (typisch per API 661)
| Parameter | L-voet / KL / LL | Geëxtrudeerd | Hoogfrequent gelast |
|---|---|---|---|
| Vinhoogte (boven buis-OD) | 8 mm – 16 mm | 8 mm – 16 mm | 8 mm – 19 mm |
| Vinsteek (vinnen per inch – FPI) | 7 – 11,5 | 7 – 11 | 2 – 7 |
| Vindikte | 0,25 mm – 0,5 mm | Integraal (0,4 – 0,8 mm equivalent) | 0,8 mm – 3,2 mm |
| Verhouding oppervlakte (uitgebreid / kaal) | 10 – 23 | 10 – 20 | 6 – 15 |
Overweging van vinverbinding-weerstand
Voor vin-typen met gespannen wikkeling (L-voet, KL-voet, LL-voet) introduceert de mechanische verbinding tussen vin en buis thermische contactweerstand. Ontwerpaanpassing is vereist:
Voor buis-temperatuur boven 120°C wordt doorgaans een verbindingsgeleidingswaarde van 2.000 – 5.000 W/m²·K toegepast voor nieuwe bundels.
Bundels in bedrijf kunnen een verminderde verbindingsgeleiding hebben als gevolg van thermische cycli; extra oppervlakte van 3% – 30% is vaak in het ontwerp opgenomen (afhankelijk van bedrijfstemperatuur en verbindings type).
Geëxtrudeerde en hoogfrequent gelaste vinnen hebben geen verbindingsweerstand – de vin is integraal of metallurgisch verbonden, wat zorgt voor volledig thermisch contact.
Buisplaten
Locatie: Voor- (inlaat) en achterkant (uitlaat) van de bundel
Dikte: 15 mm – 80 mm, per ASME VIII-1 / TEMA RCB-4.3
Materiaal: Koolstofstaal, roestvrij staal of bekleed staal – afgestemd op het vloeistof- en druk aan de buiszijde
Tolerantie van het gatdiameter: H11 per ISO 286 (bijv. Ø25,2 mm +0,13/0)
Afwerking van het gat: Ra ≤ 1,6 µm voor uitgerekte verbindingen; Ra ≤ 3,2 µm voor gelaste verbindingen
Buisretentie: Buisen worden uitgerekt, gelast of gecombineerd (las + uitrekken) in buisplaten
Kopkasten (inlaat / uitlaat manifolds)
Types per API 661:
Plug-kop (geschroefde of bouten pluggen) – voor toegang tot buizen; lage tot gemiddelde druk
Dekselplaat-kop – volledige boutenafdekking voor volledige toegang tot buizen; gebruikt bij aangroeiende service
Pijp-manifold-kop – gelaste constructie; hoge druk, geen toegang tot buizen
Constructie: Rechthoekige of ronde doorsnede; flensaansluitingen per ASME B16.5 / B16.47
Pass-scheidingswanden: Interne schotten om enkele, dubbele of viervoudige buis-passages te configureren
Ontwerpdrukclassificatie: 0,1 – 10,0 MPa (op maat hogere beschikbaar)
Aftap- en ontluchtingsaansluitingen: NPT-schroefdraad of socket-lasfittingen op lage/hoge punten
Zijframes en hijsogen
Structureel frame: Stalen kanaal of I-balk, ontworpen om het gewicht van de bundel te ondersteunen tijdens hijsen, transport en bedrijf
Hijsogen: Gelast aan zijframes of buisplaten – geclassificeerd op 2 * bundelgewicht (veiligheidsfactor)
Ondersteuningspunten: Geplaatst om doorzakken van de buis te minimaliseren en de vlakheid van de bundel binnen ±3 mm over de gehele lengte te behouden
| Parameter | Typisch bereik | Opmerkingen |
|---|---|---|
| Lucht-front-snelheid (nadering) | 1,5 – 4,0 m/s | Geselecteerd op basis van ventilatorvermogen en gelimieten |
| Lucht-massa-snelheid (door bundel) | 2 – 6 kg/m²·s | Gebaseerd op vrije ruimte tussen buizen en vinnen |
| Convectieve HTC aan luchtzijde (kale buis equivalent) | 30 – 120 W/m²·K | Afhankelijk van vin-geometrie, snelheid en materiaal |
| Vin-efficiëntie | 40% – 90% | Berekend volgens standaardmethoden (Kern / ESDU) |
| Totale HTC (lucht-naar-buis, gerelateerd aan kale oppervlakte) | 15 – 60 W/m²·K | Typisch voor ACHE finned bundles |
| Drukval aan luchtzijde (over bundel) | 100 – 300 Pa | Volgens API 661 ontwerplimiet; ventilator dienovereenkomstig geselecteerd |
| Ontwerp-omgevingstemperatuur | -40°C tot +55°C | Gebaseerd op lokale meteorologische gegevens |
| Bundel-front-oppervlak per eenheid | 10 – 200 m² | Enkele bay; grotere taken gebruiken meerdere bays |
Buisvoorbereiding: Buisen op lengte gesneden, uiteinden afgeschuind (indien gelast), OD en wanddikte geverifieerd.
Vin-toepassing: Vinnen aan buizen bevestigd volgens gespecificeerd type (wikkelen, extruderen of lassen) – procesparameters geregistreerd (spanning, temperatuur, lasstroom, rol-druk).
Buisplaat-boring: CNC-boring van buisplaten tot H11-tolerantie; gaten ontbraamd en gereinigd.
Buisinvoeging: Buisen ingevoegd door voorste en achterste buisplaten.
Verbinding buis-naar-buisplaat: Uitgerekt (hydraulisch of rol), gelast of gecombineerd – per verbindingstype. Trektest uitgevoerd op eerste artikel.
Kopkast-bevestiging: Kopkasten aan buisplaten gelast of vastgezet met bouten; pass-scheidingswanden geïnstalleerd.
Zijframe-montage: Structurele steunen en hijsogen bevestigd.
Hydrostatische test: Complete bundel getest op 1,3 * buis-ontwerpdruk per ASME VIII-1 UG-99.
Schilderen en coaten: Externe oppervlakken (koolstofstalen frames en kopkasten) gezandstraald tot Sa2.5, geprimed met zinkrijk epoxy, en afgewerkt met polyurethaan toplaag – minimale droge filmdikte 250 µm.
Dimensionale inspectie
| Item | Tolerantie | Methode |
|---|---|---|
| Buis OD | ±0,11 mm | Micrometer (steekproef) |
| Vinhoogte | ±0,5 mm | Schuifmaat / sjabloon |
| Vinsteek | ±0,2 mm per 100 mm lengte | Sjabloon / optisch |
| Totale bundellengte | ±1,5 mm | Meetlint / laser |
| Buisplaat-gatpatroon | Volgens tekening | CMM / optische vergelijker |
| Kop-flens-oriëntatie | Per ASME B16.5 | Sjabloon / gradenboog |
Niet-destructief onderzoek (NDE)
| Onderzoek | Methode | Omvang | Acceptatie |
|---|---|---|---|
| Buis-naar-buisplaat-lassen | PT (vloeibare penetrant) | 100% (indien gelast) | Geen scheuren, porositeit ≤ 0,8 mm |
| Vin-lassen (HF-gelast) | Visueel + PT (steekproef) | 100% visueel; 5% PT | Geen scheuren, geen losse vinnen |
| Kop-lassen | RT of UT | Per ASME VIII-1 UW-51 / UW-52 | Volgens code |
| Buis interne toestand | Borescope | 5% van de buizen (willekeurig) | Geen krassen > 0,1 mm, geen blokkades |
Hydrostatische test (buiszijde)
Testdruk: 1,3 * ontwerpdruk * (S bij testtemp / S bij ontwerptemp) per ASME VIII-1 UG-99
Testmedium: Schoon water met corrosieremmer (chloride ≤ 50 ppm voor roestvrij staal)
Houdtijd: ≥ 30 minuten
Acceptatie: Nul drukval; geen zichtbare lekkage uit buisverbindingen, kopkasten of pluggen
Pneumatische lektest (indien gespecificeerd)
Testdruk: 0,6 MPa lucht of stikstof
Lekdetectie: Zeepbeltoepassing op alle verbindingen en lassen
Acceptatie: Geen bellen; lekkage-snelheid ≤ 1*10⁻⁵ Pa·m³/s per equivalente orifice-methode
Compressor Intercooler / Aftercooler
Vloeistof aan buiszijde: Gecomprimeerde lucht of aardgas (na compressie)
Temperatuur aan buiszijde: Inlaat 120°C – 180°C, uitlaat 40°C – 60°C
Druk: 0,5 – 10,0 MPa
Buis-materiaal: Koolstofstaal (lucht) / 304L (aardgas met CO₂/H₂O)
Vin-type: L-voet (≤ 150°C) of KL-voet (150–180°C)
Vin-geometrie: OD 25,4 mm * 2,0 mm wand; vinhogte 12,5 mm; 10 FPI
Bundel-rijen: 4 – 6 rijen
Lucht-front-snelheid: 2,5 – 3,5 m/s
Lucht-ΔP: ≤ 200 Pa
Refinery Overhead Condenser
Vloeistof aan buiszijde: Koolwaterstofdamp + stoom (destillatie overhead)
Temperatuur aan buiszijde: Inlaat 100°C – 150°C (condenserend), uitlaat 40°C – 60°C
Druk: 0,1 – 0,5 MPa (vacuüm tot bijna atmosferisch)
Buis-materiaal: Koolstofstaal (niet-corrosief) of 316L (zure dienst)
Vin-type: L-voet of KL-voet (Al 1100) – voor H₂S-dienst, geëxtrudeerd met 316L buis
Vin-geometrie: OD 25,4 mm * 2,0 mm; vinhogte 12,5 mm; 10 FPI
Bundel-rijen: 4 rijen; schuin 1:50 naar uitlaat voor vloeistofafvoer
Aardgaskoeler (na uitdroging of compressie)
Vloeistof aan buiszijde: Behandeld aardgas
Temperatuur aan buiszijde: Inlaat 60°C – 100°C, uitlaat 30°C – 45°C
Druk: 4,0 – 10,0 MPa
Buis-materiaal: 316L of Duplex 2205 (indien chloriden aanwezig)
Vin-type: Geëxtrudeerd (Al 1100 extern) – voor offshore/kust corrosiebescherming
Vin-geometrie: OD 19,05 mm * 2,0 mm; vinhogte 12,5 mm; 10 FPI
Bundel-rijen: 2 – 3 rijen (lage drukval)
Lucht-front-snelheid: 2,0 – 2,5 m/s
Lucht-ΔP: ≤ 150 Pa
Luchtgekoelde Stoomcondensor (ACC) – Energiecentrale
Vloeistof aan buiszijde: Stoom (turbine-uitlaat) condenserend tot water, vacuümconditie
Temperatuur aan buiszijde: Inlaat 60°C – 100°C, uitlaat 35°C – 45°C
Druk: Vacuüm (10 – 50 kPa absoluut) – externe drukontwerp per ASME VIII-1 UG-28
Buis-materiaal: Koolstofstaal (gegalvaniseerd of gecoat) of roestvrij staal (indien ammoniak/chloriden)
Vin-type: Hoogfrequent gelast (metallurgische verbinding) – thermisch verzinkte koolstofstalen vinnen
Buis-geometrie: Elliptische of platte ovale buizen (verminderen lucht-ΔP) met plaatvinnen of helically gelaste vinnen
Bundel-oriëntatie: A-frame of V-frame (schuin 60° ten opzichte van horizontaal)
Luchtstroom: Geïnduceerde trek (ventilatoren erboven)
Speciale kenmerken: Bundels schuin 1:80 naar condensaatopvang-manifold; vorstbescherming (stoomtracering of elektrische verwarming voor winterbedrijf onder 0°C)
Aangroeiing aan luchtzijde (stof, pollen, chemische afzettingen) verhoogt de drukval en vermindert de warmteoverdracht. Reiniging wordt aanbevolen wanneer:
Lucht-ΔP de ontwerpdrukval met 30% overschrijdt (per API 661)
Lucht-ΔP-verhoging 50 Pa boven start-van-bedrijf bereikt (wat het eerst komt)
Reinigingsmethoden:
Waterwas: Laag-druk sproeien (≤ 1,0 MPa) voor in water oplosbare afzettingen
Luchtblazen: Gecomprimeerde lucht (≤ 0,6 MPa) voor droog los stof
Chemische reiniging: Alkalisch of zuur-gebaseerd reinigingsmiddel (goedgekeurd voor aluminium vinnen; vermijd oplossingen met hoog alkaligehalte)
Reiniging aan buiszijde: Mechanisch niet haalbaar in een vaste bundel (buizen zijn niet individueel verwijderbaar). Alleen chemische reiniging, of gebruik van on-line pigging-systemen (voor grotere diameter buizen met gladde bochten).
Materiaalcetificaten (EN 10204 3.1 of 3.2) – buizen, vinnen, buisplaten, kopkasten, constructiestaal
API 661 ingevuld datasheet (of ISO 13706 datasheet)
TEMA datasheet (Klasse R/B – indien van toepassing)
ASME U-stempel gegevensrapport (indien van toepassing)
Dimensionaal inspectierapport (bundellengte, buisplaat-gatlayout, vin-geometrie, buis-OD)
Procesparameters vin-bevestiging (wikkelspanning, extrusiedruk, lasstroom)
Hydrostatisch testrapport (met drukcurve-opname)
Pneumatisch lektestrapport (indien uitgevoerd)
NDE-rapporten – PT, UT, RT zoals uitgevoerd
Lasprocedure specificatie (WPS) en kwalificatie record (PQR) – voor buis-naar-buisplaat en kop-lassen
As-built tekening van de buizenbundel – met buisaantal, pass-configuratie, kop-afmetingen en locatie van hijsogen
Schilder-/coating-specificatie en dikte-verificatie rapport
Reinigings- en onderhoudsinstructies (indien gevraagd)
ACHE-type – Geforceerde trek / Geïnduceerde trek / A-frame / V-frame / Horizontaal
Bundel-oriëntatie – Horizontaal / Schuin (hoek)
Buis-materiaal en -maat (OD, wanddikte)
Vin-type – L-voet / KL / LL / Geëxtrudeerd / HF-gelast / Blank
Vin-materiaal en -geometrie (hoogte, steek/FPI, dikte)
Ontwerpdruk en -temperatuur aan buiszijde
Samenstelling vloeistof aan buiszijde (corrosiviteit, chloriden, H₂S)
Toegestane drukval aan buiszijde
Inlaattemperatuur lucht (zomerontwerp)
Lucht-front-snelheid of totale luchtstroom
Toegestane drukval aan luchtzijde (typisch 100 – 300 Pa)
Kop-type – Plug / Dekselplaat / Pijp-manifold
Aantal buis-passages – Enkel / Dubbel / Vier
Aantal buizen en buis-layout (per bestaande of nieuwe bay)
Vereisten voor corrosiebescherming (coating, galvaniseren of speciale vin/buis-materialen)
Vorstbescherming (voor ACC-service) – stoomtracering, elektrische verwarming of recirculatie-voorzieningen
Beperkingen voor hijsen en transport (maximaal gewicht en afmetingen)
Toepasselijke normen – API 661 / ISO 13706 / TEMA / Klant-specificatie
De finned tube bundle is onderworpen aan de volgende inherente beperkingen:
Het is alleen ontworpen voor de gespecificeerde druk en temperatuur aan de buiszijde; bedrijf buiten deze limieten maakt het ontwerp ongeldig.
Prestaties aan de luchtzijde zijn afhankelijk van de omgevingstemperatuur en aangroeiing; koelcapaciteit neemt af met toenemende omgevingstemperatuur.
Reiniging aan buiszijde is mechanisch niet haalbaar in een vaste bundel – chemische reiniging of on-line pigging is vereist voor aangroeiende services.
Aangroeiing aan luchtzijde verhoogt de drukval en vermindert de warmteoverdracht; regelmatige reinigingsschema's moeten worden gehandhaafd.
Voor finned bundles die werken in vriesomstandigheden, moet adequate vorstbescherming (helling, drainage en verwarming) worden geboden voor condenserende services.
Maximale vin-punt-temperatuur mag de materiaal-specifieke limieten niet overschrijden (bijv. L-voet ≤ 150°C; geëxtrudeerd ≤ 230°C; HF-gelast ≤ 450°C).
Voor thermische cycli-service (> 500 cycli/jaar) worden vin-typen met gespannen wikkeling (L, KL, LL) niet aanbevolen – gebruik geëxtrudeerde of HF-gelaste vinnen.
De bundel moet op een vlakke ondersteuningsstructuur worden geïnstalleerd; overmatige verkeerde uitlijning veroorzaakt vervorming van de buisplaat en lekkage van de verbinding.
Voor zeer hoge druk aan buiszijde (> 10,0 MPa) of extreme vacuüm, raadpleeg voor aangepast kop- en buisplaat-ontwerp.
