Buisbundel als Primaire Warmteoverdrachtseenheid
Een buisbundel is de kernwarmteoverdrachtseenheid van een schelp- en buiswarmtewisselaar. Het bestaat uit buizen, buisplaten, schotten of steunplaten, trekstangen, afstandhouders en bijbehorende componenten. De bundel scheidt het vloeistof aan de buiszijde van de vloeistof aan de schelpkant en biedt het warmteoverdrachtsoppervlak tussen de twee stromen.
Een buisbundel kan worden geleverd als vervangende bundel, reservebundel of complete eenheid voor nieuwe warmtewisselaars. Het wordt ontworpen en vervaardigd volgens TEMA Klasse C, B of R, ASME Sectie VIII Divisie 1 of Divisie 2, en GB/T 151 voor binnenlandse toepassingen.
Soorten buisbundels – Structurele Classificatie
Vaste buisplaatbundel (TEMA L / M / N)
Buisen zijn aan beide uiteinden vastgezet in stationaire buisplaten. De buisplaten zijn aan de schelp gelast of geschroefd. Thermische uitzetting wordt opgevangen door een expansievoeg op de schelp wanneer het temperatuurverschil tussen buizen en schelp de toelaatbare limiet voor de materiaalcombinatie overschrijdt.
Typische toepassing: schone vloeistoffen aan de schelpkant, gematigd temperatuurverschil, niet-aankoekende dienst.
U-buisbundel (TEMA U)
Buisen zijn in een U-vorm gebogen en beide uiteinden zijn aan één buisplaat bevestigd. Elke buis zet onafhankelijk uit, dus er is geen schelp expansievoeg nodig voor grote temperatuurverschillen.
Typische toepassing: hoog thermisch verschil, hogedruk gasdienst, waterstofdienst, thermische schokcondities.
Beperking: individuele buizen kunnen niet mechanisch van binnenuit worden gereinigd; chemische reiniging is vereist.
Drijvende kop bundel (TEMA P / S / T / W)
Eén buisplaat is vast en de andere kan vrij bewegen met thermische uitzetting. De achterste kop is verwijderbaar, waardoor de bundel kan worden uitgetrokken voor mechanische reiniging.
Typische toepassing: ernstige aankoo-dienst, groot temperatuurverschil, hoge aankoo-factor aan de schelpkant.
Kerncomponenten – Specificaties
Buisen
| Parameter | Bereik | Opmerkingen |
|---|---|---|
| Buis OD | 12,7 mm – 50,8 mm | Kleinere OD voor hogere druk; grotere OD voor aankoo-dienst |
| Buiswanddikte | 0,9 mm – 5,0 mm | Geselecteerd per ASME VIII-1 UG-27 |
| Buislengte | 1,5 m – 12,0 m | Standaardlengtes zijn 2,44 m, 4,88 m, 6,10 m, 9,75 m |
| Buissteek | 1,25 × – 2,0 × buis OD | Driehoekige steek voor hogere warmteoverdracht; vierkante steek voor mechanische reiniging |
| Buisopstelling | Driehoekig (30°/60°) / Vierkant (90°/45°) | Driehoekig geeft een groter oppervlak per schelpdwarsdoorsnede |
Buisplaten
| Parameter | Bereik / Waarde | Opmerkingen |
|---|---|---|
| Dikte | 15 mm – 350 mm | Per ASME VIII-1 Appendix AA / TEMA RCB-4.3 |
| Tolerantie boorgatdiameter | H11 per ISO 286 | Voorbeeld: Ø25,2 mm +0,13/0 |
| Afwerking boorgat | Ra ≤ 1,6 µm voor geëxpandeerde verbindingen; Ra ≤ 3,2 µm voor gelaste verbindingen | Fijnere afwerking vereist voor expansie |
| Ligamentbreedte | Minimaal 0,8 × boorgatdiameter | Per ASME VIII-1 Appendix A |
| Materiaal | CS / SS / Duplex / Ti / Legering / Bekleed | Afgestemd op vloeistoffen aan buis- en schelpkant |
Schotten en steunplaten
| Parameter | Bereik / Waarde | Opmerkingen |
|---|---|---|
| Schottype | Segmentaal / Dubbel segmentaal / Helisch / Volledige steun | Segmentale uitsnede typisch 20% – 35% |
| Schotafstand | 0,2 × – 1,0 × schelp ID | Gebaseerd op onondersteunde buislengte en dwarsstroom snelheid |
| Maximale onondersteunde buislengte | CS: ≤ 36 × buis OD; SS: ≤ 30 × buis OD | Per TEMA RCB-4.2 |
| Schotdikte | 3,0 mm – 16 mm | Gebaseerd op drukverschil en steunspanwijdte |
| Trekstangdiameter | M8 – M24 of equivalent | Minimaal 4 trekstangen per bundel |
Materiaalkeuze – Buisen en Buisplaten
Buis materialen
| Materiaal | Specificatie | Temperatuurbereik | Chloride limiet | Toepassing |
|---|---|---|---|---|
| Koolstofstaal | SA-179 / SA-106 Gr.B / 20# | -20°C tot +425°C | Niet van toepassing | Water, olie, stoom, schone koolwaterstoffen |
| Roestvrij 304L / 304 | ASTM A213 TP304L | -196°C tot +600°C | ≤ 200 ppm | Licht corrosieve vloeistoffen, schone stoom, voedselkwaliteit |
| Roestvrij 316L / 316 | ASTM A213 TP316L | -196°C tot +500°C | ≤ 200 ppm | Organische zuren, zoutoplossingen, chloridehoudende koolwaterstoffen |
| Duplex 2205 | ASTM A789 S32205 | -40°C tot +280°C | ≤ 300 ppm bij 80°C | Offshore, zeewater, CO₂/H₂S dienst |
| Titanium Gr.2 | ASTM B338 | -40°C tot +230°C | Tot 20.000 ppm | Zeewater, pekel, omgevingen met hoog chloridegehalte |
| Koper-nikkel C70600 | ASTM B111 | -40°C tot +200°C | < 500 ppm | Marine koelwater, brak water |
| Legering 625 / 825 / 800H | ASTM B163 / B444 | -196°C tot +600°C | Tot 500 ppm | Corrosieve dienst bij hoge temperatuur, zure gas |
Buisplaat materialen
Koolstofstaal SA-516 Gr.70 voor niet-corrosieve vloeistoffen aan buiszijde
Roestvrij staal bekleed over koolstofstaal voor corrosieve dienst met hoge druk; minimale bekledingsdikte 3 mm
Massief roestvrij 304L / 316L voor volledig corrosieve dienst
Duplex of titanium voor offshore en zeewaterdienst
Legering overlay zoals Inconel 625 voor ernstige zure of chloride dienst
Buis-naar-buisplaat verbindingstypes
| Verbindingstype | Methode | Uittreksterkte | Toepasselijke dienst |
|---|---|---|---|
| Alleen geëxpandeerd | Hydraulische expansie bij 160–220 MPa, vasthouden 5–8 s | ≥ 20 MPa voor CS; ≥ 25 MPa voor SS | Niet-giftige, niet-cyclische, schone vloeistoffen |
| Alleen gelast | GTAW filletlas, poothoogte 1,5–2,0 mm | Mechanische retentie alleen door las | Hogedruk gas, waterstofdienst |
| Las + expansie | Afsluitlas plus hydraulische expansie bij 160–200 MPa | ≥ 25 MPa | Cyclische thermische dienst, hoge druk, giftige vloeistoffen |
| Volledige penetratielas | GTAW volledige penetratie | ≥ 30 MPa | Extreme druk, waterstof, hoge veiligheidsfactor |
Fabricageproces – Belangrijke controles
Buisplaat boren
Boormaat gecontroleerd op H11 tolerantie per ISO 286
Ligament afwijking ≤ ±0,2 mm van tekening
Oppervlakteafwerking boorgat Ra ≤ 1,6 µm voor geëxpandeerde verbindingen
Alle gaten aan beide zijden ontbraamd en gereinigd voor buisinbrenging
Buis expansie
Hydraulische expansiedruk 160–220 MPa; vasthoudtijd 5–8 seconden
Expansiediepte minimaal 1,5 × buis OD of 2 × buiswanddikte in buisplaat
Post-expansie gauge controle: 100% van de buizen accepteert een gauge bal 0,5 mm kleiner dan buis ID
Uittrektest op eerste artikel per bundel
Buis-naar-buisplaat lassen
GTAW proces, automatisch of handmatig
Fillet poothoogte 1,5–2,0 mm voor afsluitlas
Volledige penetratielas wortelpenetratie ≥ 0,5 mm in buiswand
100% vloeistof penetrant testen per ASME VIII-1 UW-51
Lasprocedure gekwalificeerd per ASME Sectie IX
Nalassen warmtebehandeling
Vereist wanneer de dikte van de koolstofstalen buisplaat 38 mm overschrijdt
Vereist wanneer de dienst nat H₂S bevat per NACE MR0175 / ISO 15156
Typische PWHT cyclus: 620°C ± 10°C, vasthouden 1 uur per 25 mm dikte, minimaal 1 uur
Gecontroleerde afkoelsnelheid ≤ 50°C/uur tot 400°C
Inspectie en testen per bundel
Dimensionale controle
| Item | Tolerantie | Methode |
|---|---|---|
| Buis OD | ±0,11 mm per ASTM B730 | Micrometer |
| Buiswanddikte | ±10% van nominaal | Ultrasone meter |
| Bundellengte | ±1,5 mm per TEMA RCB-8 | Meetlint of laser |
| Schotafstand | ±1,5 mm | Schuifmaat of mal |
| Afwijking boorgat ligament | ≤ ±0,2 mm | Optische comparator |
| U-bocht radius | R ≥ 2 × buis OD | Mal meter |
Niet-destructief onderzoek
Buis-naar-buisplaat lassen: 100% vloeistof penetrant testen per ASME VIII-1 UW-51
Buisplaat bekleding: 100% ultrasoon testen op bindingsintegriteit per ASME VIII-1 UW-13
Buis interne oppervlak: Borescope inspectie op willekeurig monster; 100% van de buizen passeert gauge bal
Buis met vinnen, indien van toepassing: Visuele inspectie op losse of ontbrekende vinnen
Druktesten
Hydrostatische test: 1,3 × ontwerpdruk per ASME VIII-1 UG-99
Vasthoudtijd: minimaal 30 minuten
Acceptatie: geen drukval en geen zichtbare lekkage
Pneumatische lektest indien gespecificeerd: 0,6 MPa lucht of stikstof; zeepbel detectie
Acceptatie lekpercentage: ≤ 1×10⁻⁵ Pa·m³/s per equivalente opening methode
Documentatie per zending
Materiaalcertificaten per EN 10204 3.1 of 3.2
ASME U-stempel rapport indien van toepassing
TEMA datasheet voltooid per ontwerp
Dimensionaal inspectierapport
Hydrostatisch testrapport met drukregistratiecurve
NDE rapporten voor PT, UT, RT of VT zoals uitgevoerd
Lasprocedure specificatie en procedure kwalificatie record
Buisbundel as-built tekening
Uittrektest rapport voor eerste artikel
Paklijst met bundel verzendafmetingen en gewicht
Selectiechecklist – Buisbundel
TEMA type – Vaste buisplaat / U-buis / Drijvende kop
Schelp binnendiameter en buisplaat diameter
Buis OD, wanddikte en lengte
Buissteek en opstelling – Driehoekig / Vierkant
Buis- en buisplaat materiaal
Buis-naar-buisplaat verbindingstype – Geëxpandeerd / Gelast / Gecombineerd
Ontwerpdruk voor buis- en schelpkant
Ontwerptemperatuur voor buis- en schelpkant
Vloeistofsamenstelling voor beide zijden – om materiaalcompatibiliteit te verifiëren
Corrosie-toeslag voor buizen en buisplaat
Schottype en afstand – gebaseerd op toelaatbare drukval en trillingscriteria
NDE en testvereisten per projectspecificatie
PWHT vereiste gebaseerd op materiaal en dienst
Hoeveelheid – vervangende bundel, reservebundel of nieuwe apparatuur
Ontwerpbeperking Verklaring – Buisbundel
De buisbundel is onderworpen aan de volgende beperkingen:
Het moet overeenkomen met de schelpgeometrie, buisplaatafmetingen en flenspatroon van de bestaande warmtewisselaar.
Het is niet geschikt voor interne druk totdat het is gemonteerd met de schelp, kanalen en flenzen.
Buis-zijde vaste stofgehalte boven 2% per gewicht wordt niet aanbevolen zonder upstream filtratie, vanwege erosie en risico op verstopping van de buis.
Alleen geëxpandeerde verbindingen worden niet aanbevolen voor thermische cycli boven 500 cycli per jaar of voor giftige dienst.
U-buisbundels kunnen niet mechanisch van binnenuit worden gereinigd; chemische reiniging is vereist.
Vaste buisplaatbundels kunnen een schelp expansievoeg vereisen wanneer het temperatuurverschil de toelaatbare limiet overschrijdt.
Voor vacuümdienst onder 1 kPa absoluut, kan extra versteviging of ondersteuning vereist zijn per ASME VIII-1 UG-29.
Hydrotestwater voor austenitisch roestvrij staal moet een chloridegehalte van ≤ 50 ppm hebben om spanningscorrosie te voorkomen.
