Échangeur de chaleur à épingle à cheveux TEMA/ASME
L'échangeur de chaleur à épingle à cheveux est une configuration de type coque et tube composée d'un faisceau de tubes en forme de U enfermé dans une coque qui comprend un boîtier de retour à une extrémité.Le liquide du côté de la coquille entre à la tête avantLe fluide du côté du tube entre par la feuille du tube avant, passe par les tubes en U, puis passe par le tuyau en U.et retourne à travers la même feuille de tubeCe dispositif produit un flux de contre-courant à passage unique entre les fluides du côté du tube et du côté de la coque.
Ce produit est conçu et fabriqué conformément à la TEMA (classe C, B ou R) et à la section VIII ASME, section 1 ou 2, avec les matériaux applicables sélectionnés selon la section II ASME.
Types de construction
Pile à double tuyau (tube unique)
- Tubes: tubes simples sans couture ou soudés (OD 20 mm à 114 mm), concentriques au sein d'un tuyau à coque plus grand
- Concasseur: tuyau unique (DN50 à DN200) servant de limite de pression extérieure
- Application: petites surfaces de travail (1 à 20 m2), services à haute pression (du côté du tube jusqu'à 35 MPa), fluides propres des deux côtés
- Inspection: accès complet à la surface interne du tube depuis la feuille avant du tube; le côté de la coque peut être inspecté via un couvercle de courbure de retour amovible
L'épingle à cheveux à tubes multiples
- Ensemble de tubes: Plusieurs tubes (4 à 200+) disposés dans une encoche triangulaire ou carrée dans une coque cylindrique
- Concassion: DN80 à DN600, avec un boîtier de redressement à l'extrémité extrême
- Application: pression moyenne à élevée (20 à 500 m2), pression modérée (du côté de la coque jusqu'à 10 MPa, du côté du tube jusqu'à 20 MPa)
- Support du tube: plaques de déflexion ou grilles de support complètes par TEMA RCB-4.2 (longueur maximale du tube sans support: pour l'acier au carbone ≤ 36* OD du tube; pour l'acier inoxydable ≤ 30* OD du tube)
Paramètres géométriques (plage standard)
| Paramètre |
Type de tuyau double |
Type de tubes multiples |
| Diamètre nominal de la coque (DN) |
DN50 à DN200 |
DN80 à DN600 |
| Surdose par tube |
20 mm à 114 mm |
12 mm à 38 mm |
| Épaisseur de paroi du tube |
2.0 mm à 8.0 mm (sans couture) |
1.5 mm à 3,0 mm (sans couture ou soudé) |
| Longueur de la jambe droite (par jambe) |
2.0m à 10.0m |
2.0m à 12.0m |
| Le rayon de courbure en U (ligne centrale) |
R ≥ 2* OD du tube (min. pour le nettoyage) |
R ≥ 2* OD par tube |
| Nombre de tubes par lot |
1 |
4 à plus de 200 |
| Type de coque TEMA |
N/A (pipe double) |
Épingle à cheveux (encastrement de courbe de retour) |
Sélection du matériau (par conditions de service)
Options de matériaux de tuyauterie
- Acier au carbone (SA-106 Gr.B / SA-210 Gr.A1 / 20#): Eau, huile, gaz non corrosifs; température de -20°C à +425°C
- Acier inoxydable 304/304L (SA-213 TP304L): Fluides de procédés légèrement corrosifs, vapeur propre; chlorure ≤ 200 ppm; température de -196°C à +600°C (dépréciée au-dessus de 425°C selon ASME II-D)
- Acier inoxydable 316/316L (SA-213 TP316L): acides organiques, solutions salines (chlorure ≤ 200 ppm pour 316L); température de -196°C à +500°C
- Titane de catégorie 2 (SB-338): eau de mer, saumure, solutions de chlorure jusqu'à 20 000 ppm; température ≤ 230°C
- Duplex 2205 (SA-789 UNS S32205): Hydrocarbures contenant du chlorure, eau de mer; chlorure jusqu'à 300 ppm à 80°C; température de -40°C à +280°C
Options de matériaux de coque
- Acier au carbone (SA-516 Gr.70): non corrosif ou légèrement corrosif du côté de la coque; température de conception comprise entre -20°C et +425°C
- Acier inoxydable 304L / 316L: supports corrosifs du côté de la coque ou exigence de haute pureté
- Titane (pour le côté de l'eau de mer, où le fluide du côté de l'eau de mer est l'eau de mer)
Matériaux des joints (par plage de température)
- Non-amiante / fibre comprimée: -40°C à +250°C, pression ≤ 4,0 MPa
- Rameau en spirale (SS 304/316 + graphite): -196°C à +450°C, pression ≤ 25 MPa (double bride de tuyauterie)
- Joints d'enveloppe en PTFE: -40°C à +200°C, pour les services pharmaceutiques ou corrosifs où la contamination est limitée
Autonomie de fonctionnement (non exagérée)
| Paramètre |
Type de tuyau double |
Type de tubes multiples |
| Pression de conception (côté du tube) |
jusqu'à 35 MPa (ASME VIII-2) |
Jusqu'à 20 MPa |
| Pression de conception (côté de la coque) |
Jusqu'à 10 MPa |
Jusqu'à 10 MPa (standard); plus élevé par conception spéciale |
| Température de conception (du côté du tube) |
-40°C à +500°C (en fonction du matériau) |
-196°C à +500°C (en fonction du matériau) |
| Température de conception (côté de la coque) |
-40°C à +450°C (en fonction du matériau) |
-40°C à +450°C (en fonction du matériau) |
| Département de l'équipement pour les véhicules à moteur |
Aucune limite fixe (extrémité libre du faisceau en U) |
Aucune limite fixe (extrémité libre du faisceau en U) |
| Vitesse maximale du côté du tube (eau) |
3.0 m/s (acier au carbone), 4,5 m/s (titane) |
2.5 m/s (acier au carbone), 4.0 m/s (titane) |
| Vitesse maximale du côté de la coquille |
1.5 m/s (corrosif), 3,0 m/s (propre) |
1.0 m/s (corrosif), 2,5 m/s (propre) |
Paramètres de conception du débit et de la chaleur
Débit du côté du tube
- Passage unique (tous les tubes partagent la même entrée et la même sortie à l'avant du tube)
- Plage de vitesse de masse du côté du tube: 300 à 2500 kg/m2*s (pour l'eau); plus basse pour les fluides visqueux
- Objectif de nombre de Reynolds: ≥ 10 000 (turbulent) pour le service propre; ≥ 4 000 pour les fluides visqueux
Flux du côté de la coque
- Passe unique (entre en tête avant, traverse la jambe droite, recule au virage de retour, traverse la deuxième jambe, sort en tête avant)
- Plage de vitesse de masse du côté de la coque: 50 à 500 kg/m2*s (gaz), 200 à 1500 kg/m2*s (liquide)
- Pourcentage de coupe des baffles (baffles segmentés, s'ils sont utilisés): 20 à 30% du diamètre de la coque
- Distance de déviation: déterminée selon TEMA RCB-4.2 - longueur maximale du tube non supporté ne doit pas dépasser 36* pour l'acier au carbone; l'espacement est choisi pour maintenir la vitesse de débit croisé et éviter les vibrations du tube.Plage d'espacement typique: 0,2* identifiant de coque à 0,5* identifiant de coque.
Facteur de correction de la LMTD
Pour une configuration à passage unique de contre-courant réel, F = 1,0 selon les normes TEMA (pas de limite de température croisée).
Température d'approche
Approche pratique minimale: de 3°C à 5°C (limitée par la surface disponible et le NTU; la valeur réellement atteinte dépend de la chute de pression spécifiée et des propriétés du fluide,n'est pas garantie sans simulation de processus).
Paramètres de fabrication et de soudage
Particules de chauffage
- Joints élargis: expansion hydraulique à 160-220 MPa, tenue de 5 à 8 secondes. Exigence d'essai de traction (par TEMA RCB-4.3): ≥ 20 MPa pour les tubes en acier au carbone; ≥ 25 MPa pour les tubes en acier inoxydable.
- Joints soudés: soudure étanche (jambe en filet de 1,5 à 2,0 mm) plus pénétration complète (pour le service toxique/haute pression).
- Combinés (soudure + expansion): utilisés pour le service à température cyclique (cycle thermique > 100 cycles) et haute pression (côté du tube > 10 MPa).
Soudage de l'enceinte de la courbe de retour
- Couvercle de retour de la coque: soudure à bout de pénétration complète (si le couvercle est permanent) ou couvercle boulonné avec joint en spirale (si le couvercle est amovible).
- Les soudures internes: 100% d'inspection visuelle (VT) + test de pénétration (PT) sur les soudures à filets critiques (selon ASME VIII-1 UW-50).
Traitement thermique après soudage (PWHT)
Exigé conformément à l'ASME VIII-1 UCS-56 lorsque:
- Épaisseur de la coque de l'acier au carbone > 38 mm1, groupe 1/2) pour les pièces soudés sous pression
- Épaisseur du matériau du tube > 19 mm (pour l'acier inoxydable, le recuit en solution après soudage est spécifié au lieu de PWHT)
- Le service contient de l'H2S humide (selon la NACE MR0175 / ISO 15156) - PWHT à 620 ± 10 °C pendant 1 heure par épaisseur de 25 mm, au minimum 1 heure.
Inspection et essais (par unité)
Vérification des dimensions
- Tolérance totale de longueur des jambes: ±3 mm (pour les jambes droites) par TEMA RCB-8
- Tolérance du rayon de la courbe en U: ±1,5 mm pour R ≤ 500 mm; ±3 mm pour R > 500 mm
- Distance entre la plaque de protection et la plaque de support: ± 1,5 mm
- Déviation du ligament du trou du tube: ≤ ± 0,2 mm par rapport au dessin
Examen non destructif
- Joints tube-feuille: pénétrant liquide (PT) à 100% pour les soudures à joints (selon ASME VIII-1 UW-51)
- Les coutures longitudinales et circonférentielles de la coque: radiographie spatiale (RT) selon la norme ASME VIII-1 UW-52 (ou radiographie complète si spécifiée)
- Soude à filets à carénage de retour: particule magnétique à 100% (MT) pour l'acier au carbone / PT pour l'acier inoxydable
- Inspection interne du tube: vérification par boréoscope de la droiture et du passage (pas de tubes bloqués) - réussie si 100% des tubes acceptent une boule de calibre 0,5 mm plus petite que le tube ID.
Épreuves de pression
- Essai hydrostatique (eau): pression d'essai = 1,3 * pression de conception * (tension minimale admissible à la température d'essai / à la température de conception), selon ASME VIII-1 UG-99.Aucune fuite visible et aucune chute de pression.
- Essai pneumatique (facultatif, pour le service à sec ou au gaz): pression d'essai = 1,1 * pression de conception. Air comprimé ou azote. Vérification des bulles de savon sur tous les joints.Le taux de fuite ne doit pas dépasser 1*10−5 Pa*m3/s par méthode d'ouverture équivalente (par appendice VI de l'ASME).
Accès au nettoyage et à l'entretien
Nettoyage du côté du tube
- Nettoyage mécanique: l'essuie-glace ou le pinceau passe à travers toute la longueur du tube par voie de flexion en U. Le rayon minimum de flexion en U R ≥ 2* est requis par TEMA RCB-4.52 pour le passage du pinceau.8* sont recommandés..
Nettoyage du côté de la coquille
- Nettoyage chimique uniquement pour les épingles à cheveux fixes (couvercle de la courbure de retour amovible mais pas tirable). Nettoyage mécanique du côté de la coque par des ports d'accès est limité aux sections droites des jambes;l'intérieur de la courbe de retour n'est pas accessible par des grattoirs mécaniques.
- Si le facteur d'encrassement du côté de la coquille est supérieur à 0,0005 m2*K/W (par tableau TEMA), il est recommandé d'utiliser une tête flottante ou un échangeur de coquille droite en U-tube au lieu d'une épingle.fréquence du cycle de nettoyage chimique basée sur l'augmentation de la chute de pression: propre lorsque la ΔP du côté de la coque dépasse la ΔP de conception de 30% ou lorsque l'augmentation de la ΔP atteint 50 kPa (selon la première des deux éventualités).
Documentation fournie par expédition
- Rapport ASME sur les données du timbre en U (le cas échéant)
- Certificats d'essai des matériaux (EN 10204 3.1 ou 3.2)
- Spécification de la procédure de soudage (WPS) et dossier de qualification de la procédure (PQR)
- Rapport d'essai sous pression avec enregistrement de la carte
- Rapport d'inspection dimensionnelle
- Dessin du faisceau de tubes (comme construit)
- Rapport sur les EMI (PT/MT/RT/UT selon le cas)
Déclaration des limites de conception
L'échangeur d'épingles à cheveux n'est pas applicable pour:
- Fluides du côté de la coquille avec une teneur en solides > 5% en poids,ou des impuretés fibreuses qui nécessitent l'extraction mécanique du faisceau pour le nettoyage - parce que le faisceau d'épingles est fixe et ne peut pas être tiré à travers le boîtier de la courbure de retour.
- Shell-side mass flow rates exceeding the equivalent of 500 kg/s through DN600 shell - due to single shell pass causing pressure drop exceeding the typical 50-80 kPa design limit (per TEMA allowable pressure drop guideline).
- service sous vide très élevé du côté de la coque (< 1 kPa absolu) - le boîtier de courbure de retour peut nécessiter des anneaux de raffinement supplémentaires selon l'ASME VIII-1 UG-29 pour éviter l'effondrement sous pression externe;Consultez la conception.
Entrée de dimensionnement requise pour la cotation
Pour fournir une conception thermique et mécanique préliminaire, fournir les données de processus suivantes:
- Nom et composition du fluide du côté du tube (si mélange)
- Nom et composition du fluide du côté de la coquille
- Températures d'entrée/sortie du côté du tube
- Températures d'entrée/sortie du côté de la coque
- Baisse de pression admissible du côté du tube
- Baisse de pression admissible du côté de la coque
- Pression de fonctionnement du côté du tube
- Pression de fonctionnement du côté de la coque
- Marge maximale disponible (longueur droite des jambes, espace pour la tête)
- Facteurs d'encrassement (du côté du tube et du côté de la coque), s'ils sont connus; dans le cas contraire, les valeurs TEMA standard seront appliquées
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