Un faisceau de tubes à nageoires est le principal composant de transfert de chaleur d'un échangeur de chaleur refroidi à l'air (ACHE). Il se compose de plusieurs rangées de tubes avec des nageoires externes fixées à la surface extérieure,d'une épaisseur n'excédant pas 50 mm, et connecté aux boîtiers d'entrée et de sortie. Le faisceau est installé dans une baie structurelle, où l'air ambiant est forcé ou aspiré à travers les surfaces à nageoires par des ventilateurs axiaux ou centrifuges,éliminer la chaleur du fluide de procédé circulant à l'intérieur des tubes.
Ce produit est conçu et fabriqué conformément à l'API 661 (Échangeurs de chaleur refroidis à l'air pour les raffineries générales), à l'ISO 13706 et, le cas échéant, à la classe TEMA R ou B.Le paquet est fourni en assemblage complet, y compris les tubes, les ailerons, les feuilles de tubes, les boîtes d'en-tête, les cadres latéraux et les poignées de levage, prêts à être installés dans un compartiment ACHE existant ou nouveau.
Le faisceau de tubes à nageoires est configuré selon les prescriptions du type et du site ACHE:
Faisceau horizontale: les tubes sont horizontaux; l'air circule verticalement vers le haut (air de traction forcée) ou vers le bas (air de traction induite).
Résistant à l'usure: deux faisceaux plats inclinés en forme de V inversée (apicée en haut); les ventilateurs en dessous soufflent de l'air vers le haut à travers les deux surfaces inclinées.
Résistant à la compression: deux faisceaux plats inclinés en forme de V (apices en bas); les ventilateurs situés au-dessus tirent l'air vers le haut.
Arrangement du débit d'air:
Le tir à la cordeLes ventilateurs situés en dessous du faisceau poussent l'air à travers les tubes, facilitent l'accès à l'entretien et réduisent les coûts d'installation.
Traction induite: Les ventilateurs situés au-dessus du faisceau tirent l'air à travers les tubes. Une meilleure distribution de l'air; moins de recirculation; protège le faisceau de la pluie et de la neige.
Tubes
OD du tube (base): 15,88 mm ∼ 50,8 mm (5/8" à 2")
Épaisseur des parois des tubes: 1,2 mm ∼ 5,0 mm (sans couture ou soudé, selon ASTM ou équivalent)
Longueur du tube (entre les feuilles de tube): 2,0 m ∙ 12,0 m (selon la norme API 661)
La hauteur du tube (du centre au centre):
Transversale (circulation d'air à travers): 1,5* à 2,5* OD du tube
Longitudinalement (le long du débit d'air): 1,5* à 2,5* tube OD
Disposition des tubes: à étages (triangulaire) ou en ligne (carré).
Matériaux de tubes (par conditions de service)
| Matériel | Spécification | Plage de température | Limite de chlorure | Application du projet |
|---|---|---|---|---|
| Acier au carbone SA-179 / SA-106 Gr.B | Pour l'application de la norme ASTM A179 / A106 | -20°C à +425°C | Ne pas appliquer | Eau, pétrole, hydrocarbures propres, vapeur |
| D'une épaisseur inférieure ou égale à 1 mm | Pour les appareils à commande numérique, le numéro de série est le numéro de série. | -196°C à +600°C | ≤ 200 ppm | Fluides corrosifs, vapeur propre, produits alimentaires ou pharmaceutiques |
| Pour les appareils à commande numérique | Pour les appareils à commande numérique | -40°C à +280°C | ≤ 300 ppm à 80°C | Hydrocarbures contenant du chlorure, en mer |
| Titane de catégorie 2 (TA2) | Pour l'aérospatiale | -40°C à +230°C | Jusqu'à 20 000 ppm | Eau de mer, saumure, refroidissement à haute teneur en chlorure |
| Le cuivre-nickel C70600 | Pour l'utilisation dans les machines à coudre | -40°C à +200°C | > 500 ppm | Refroidissement marin, eau salée |
Les ailerons
Les méthodes de fixation de la nageoire au tube suivantes sont disponibles, sélectionnées en fonction de la température de fonctionnement, de l'environnement de corrosion et du cycle thermique:
| Type de nageoire | Méthode de fixation | Température maximale de fonctionnement | Matériaux de nageoires | Application typique |
|---|---|---|---|---|
| L-pied (trait de tension) | Plaie du pied en forme de L sous tension | ≤ 150°C | Aluminium 1100, cuivre C1100 | Réfrigérateurs à gaz à basse température, intercoolers |
| KL-pied (en L déformé) | Surface du tube en forme de grattoir + pied mécaniquement verrouillé | ≤ 320°C | Aluminium 1100 | Gaz de procédé à température moyenne, refroidisseurs postérieurs |
| LL-pied (L superposé) | Le pied superposé couvre complètement le tube OD | ≤ 177°C | Aluminium 1100, cuivre C1100 | Atmosphère côtière/marine, protection contre la corrosion |
| D'une teneur en aluminium inférieure ou égale à 50% en poids | d'une épaisseur n'excédant pas 10 mm | ≤ 230°C | Aluminium 1100 (extérieur) | Environnements côtiers, marins et hautement corrosifs |
| à haute fréquence soudé | D'une épaisseur n'excédant pas 1 mm | ≤ 450°C | Acier au carbone, acier inoxydable | Refroidissement par gaz à haute température, récupération de la chaleur usée |
| À poil (sans nageoires) | Je ne sais pas. | Jusqu'à 600 °C | En tant que matériau de tube | Gaz propre à haute température, vapeur, faible contamination |
Géométrie des ailerons (typique selon l'API 661)
| Paramètre | L-pied / KL / LL | Extrudés | à haute fréquence soudé |
|---|---|---|---|
| Hauteur des nageoires (au-dessus du tube OD) | 8 mm contre 16 mm. | 8 mm contre 16 mm. | 8 mm ️ 19 mm |
| La hauteur de la nageoire (nageoires par pouce) | 7 à 11.5 | 7 11 | 2 7 |
| Épaisseur des nageoires | 0.25 mm 0.5 mm | Intégrale (équivalent 0,4 0,8 mm) | 00,8 mm 3,2 mm |
| Ratio de surface (étendue / nue) | 10 23 | 10 ¢ 20 | 6 ¢ 15 |
Considération de la résistance des liaisons de fin
Pour les types d'ailerons à enroulement par tension (L-pied, KL-pied, LL-pied), la liaison mécanique entre l'aileron et le tube introduit une résistance au contact thermique.
Pour les températures du côté du tube supérieures à 120 °C, une valeur de conductivité de liaison de 2 000 ∼ 5 000 W/m2·K est généralement appliquée pour les nouveaux faisceaux.
Les faisceaux en service peuvent avoir une conductivité de liaison réduite en raison du cycle thermique; une surface de surface supplémentaire de 3% ∼ 30% est souvent incluse dans la conception (en fonction de la température de fonctionnement et du type de liaison).
Les ailerons extrudés et soudés à haute fréquence n'ont aucune résistance à l'attache
Les feuilles de tubes
Emplacement: extrémités avant (entrée) et arrière (sortie) du faisceau
Épaisseur: 15 mm 80 mm, selon la norme ASME VIII-1 / TEMA RCB-4.3
Matériau: acier au carbone, acier inoxydable ou acier plaqué ️ adapté au fluide et à la pression du côté du tube
Tolérance de diamètre du trou: H11 selon ISO 286 (par exemple, Ø25,2 mm +0,13/0)
Finition des trous: Ra ≤ 1,6 μm pour les joints élargis; Ra ≤ 3,2 μm pour les joints soudés
Retention des tubes: les tubes sont élargis, soudés ou combinés (soudure + expansion) en feuilles de tubes
Boîtes d' en-tête (manifold d' entrée / sortie)
Types selon l'API 661:
Tête de bouchon (bouteilles à fil ou à boulons) pour accès au tube; basse à moyenne pression
Tête de plaque de couverture
Tête de collecteur de tuyaux constructions soudéses; haute pression, pas d'accès au tube
Construction: section transversale rectangulaire ou ronde; connexions en bride selon la norme ASME B16.5 / B16.47
Partitions de passage: déflecteurs internes pour configurer des passages simples, deux ou quatre côtés de tube
Nombre de pressions de conception: 0,1 à 10,0 MPa (disponible sur mesure)
Connexions d'évacuation et de ventilation: raccords filetés ou soudés par prise NPT aux points bas/hauts
Cadres latéraux et bagues de levage
Cadre structurel: canal en acier ou poutre en I, conçu pour supporter le poids du faisceau lors du levage, du transport et de l'exploitation
Légumes de levage: soudés à des cadres latéraux ou à des feuilles de tubes ‡ nominale à 2* de poids du faisceau (facteur de sécurité)
Points de support: situés pour minimiser l'affaissement du tube et maintenir la planéité du faisceau à ±3 mm sur toute la longueur
| Paramètre | Dimension typique | Les notes |
|---|---|---|
| Vitesse de la face de l'air (approche) | 1.5 ️ 4,0 m/s | Sélectionné en fonction de la puissance du ventilateur et des limites de bruit |
| Vitesse de masse de l'air (à travers le faisceau) | 2 ¢ 6 kg/m2·s | Basé sur la surface libre entre les tubes et les nageoires |
| HTC convective du côté de l'air (équivalent tube nu) | 30 120 W/m2·K | Cela dépend de la géométrie des nageoires, de la vitesse et du matériau. |
| Efficacité des ailerons | 40% ∼ 90% | Calculé selon les méthodes standard (Kern / ESDU) |
| HTC global (air-to-tube, en référence à la surface nue) | 15 60 W/m2·K | Typique pour les faisceaux de nageoires ACHE |
| chute de pression du côté de l'air (à travers le faisceau) | 100 ¢ 300 Pa | Par limite de conception API 661; ventilateur sélectionné en conséquence |
| Température ambiante de conception | -40°C à +55°C | Basé sur les données météorologiques du site |
| Surface du faisceau par unité | 10 200 m2 | Une seule zone; les droits plus importants utilisent plusieurs zones |
Préparation de tubes: Tubes coupés en longueur, extrémités bissules (s'il y a soudage), OD et épaisseur de paroi vérifiées.
Application de la nageoire: nageoires fixées à des tubes par type spécifié (enroulement, extrusion ou soudage) ¢ paramètres du procédé enregistrés (tension, température, courant de soudage, pression de laminage).
Forage de tôles de tubes: Perçage CNC de tôles de tubes à la tolérance H11; débouchés et nettoyages.
Insert du tubeLes tubes sont insérés à travers les feuilles de tubes avant et arrière.
Les pièces de rechange sont utilisées pour les pièces de rechange.Extension (hydraulique ou à rouleaux), soudure ou combinaison ¥ par type de joint.
Fiche jointe de la boîte d'en-tête: Têtes soudéses ou boulonnés à des feuilles de tubes; cloisons passantes installées.
Assemblage de cadre latéral: Les supports structurels et les poignées de levage sont fixés.
Test hydrostatique: Ensemble complet testé à une pression de conception de 1,3* du côté du tube selon la norme ASME VIII-1 UG-99.
Peinture et revêtement: Surfaces extérieures (cadres et têtes en acier au carbone) sablées à Sa2.5, préliminaire à l'époxy riche en zinc, et finition en revêtement de polyuréthane, épaisseur minimale du film sec de 250 μm.
Inspection dimensionnelle
| Nom de l'article | La tolérance | Méthode |
|---|---|---|
| Surdose par tube | ± 0,11 mm | Micromètre (échantillon) |
| Hauteur des nageoires | ±0,5 mm | Étancheur / modèle |
| La hauteur de la nageoire | ±0,2 mm par longueur de 100 mm | Modèle / optique |
| Longueur totale du paquet | ± 1,5 mm | Tape de mesure / laser |
| Modèle de trou de feuille de tube | Par dessin | CMM / comparateur optique |
| Orientation de la bride de la tête | Conformément à l'ASME B16.5 | Modèle / protracteur |
Examen non destructif (EDN)
| Examen | Méthode | Portée | Acceptation |
|---|---|---|---|
| Soudures de tubes à feuilles | PT (pénétrant liquide) | 100% (s'il est soudé) | Pas de fissures, porosité ≤ 0,8 mm |
| autres machines à souder à l'aide d'un système de soudage | Visuel + PT (échantillon) | 100% visuel; 5% PT | Pas de fissures, pas de nageoires lâches |
| Soudures à tête | RT ou UT | Selon l'ASME VIII-1 UW-51 / UW-52 | Par code |
| Condition interne du tube | Borescope | 5% des tubes (aléatoire) | Aucune égratignure > 0,1 mm, aucun blocage |
Test hydrostatique (du côté du tube)
Pression d'essai: 1,3 * pression de conception * (S à température d'essai / S à température de conception) selon la norme ASME VIII-1 UG-99
Médium d'essai: eau propre avec inhibiteur de la corrosion (chlorure ≤ 50 ppm pour l'acier inoxydable)
Temps de rétention: ≥ 30 minutes
Acceptation: chute de pression nulle; aucune fuite visible des joints, têtes ou bouchons des tubes
Test de fuite pneumatique (le cas échéant)
Pression d'essai: air ou azote de 0,6 MPa
Détection des fuites: application de bulles de savon sur tous les joints et les soudures
Acceptation: pas de bulles; taux de fuite ≤ 1*10−5 Pa·m3/s par méthode d'ouverture équivalente
Compresseur Intercooler / Aftershooler
Fluide du côté du tube: air comprimé ou gaz naturel (après compression)
Température du côté du tube: 120°C à l'entrée ≈ 180°C à la sortie 40°C ≈ 60°C
Pression: 0,5 à 10,0 MPa
Matériau du tube: acier au carbone (air) / 304L (gaz naturel avec CO2/H2O)
Type d'aileron: pieds en L (≤ 150°C) ou pieds en KL (150 ∼180°C)
Géométrie des nageoires: OD 25,4 mm * 2,0 mm de paroi; hauteur des nageoires 12,5 mm; 10 FPI
Règles relatives à l'établissement de crédit
Vitesse de la face de l'air: 2,5 à 3,5 m/s
ΔP côté air: ≤ 200 Pa
Condensateur aérien de raffinerie
Fluide du côté du tube: vapeur d'hydrocarbures + vapeur (frais généraux de distillation)
Température du côté du tube: 100°C à l'entrée ∼ 150°C (condensation), 40°C à la sortie ∼ 60°C
Pression: 0,1 à 0,5 MPa (du vide à près de l'atmosphère)
Matériau du tube: acier au carbone (non corrosif) ou 316L (service acide)
Type de nageoire: L-pied ou KL-pied (Al 1100) pour le service H2S, extrudé avec un tube 316L
Géométrie des nageoires: OD 25,4 mm * 2,0 mm; hauteur des nageoires 12,5 mm; 10 FPI
lignes de faisceau: 4 lignes; incliné 1:50 vers la sortie pour le drainage du liquide
Refroidisseur au gaz naturel (après déshydratation ou compression)
Fluide du côté du tube: gaz naturel traité
Température du côté du tube: entrée 60°C ∼ 100°C, sortie 30°C ∼ 45°C
Pression: 4,0 MPa ou 10,0 MPa
Matériau du tube: 316L ou Duplex 2205 (s'il y a des chlorures)
Type de nageoires: extrudées (externe Al 1100) pour la protection contre la corrosion au large des côtes
Géométrie des nageoires: OD 19,05 mm * 2,0 mm; hauteur des nageoires 12,5 mm; 10 FPI
Rôles de groupe: 2 ∼ 3 rangées (faible chute de pression)
Vitesse de la face de l'air: 2,0 m/s à 2,5 m/s
ΔP côté air: ≤ 150 Pa
Condensateur à vapeur refroidi à l'air (ACC) √ centrale électrique
Fluide du côté du tube: vapeur (échappement de turbine) condensée en eau, sous vide
Température du côté du tube: entrée 60°C ∼ 100°C, sortie 35°C ∼ 45°C
Pression: sous vide (10 50 kPa absolue) ‡ conception de la pression extérieure selon l'ASME VIII-1 UG-28
Matériau du tube: acier au carbone (galvanisé ou revêtu) ou acier inoxydable (si l'ammoniac/chlorure)
Type de nageoires: soudés à haute fréquence (ligne métallurgique) nageoires galvanisées à chaud en acier au carbone
Géométrie des tubes: tubes elliptiques ou ovaux plats (dont le ΔP du côté de l'air est réduit) avec nageoires de plaque ou nageoires soudées par hélice
Orientation du faisceau: cadre en A ou en V (incliné à 60° vers l'horizontale)
Flux d'air: courant d'air induit (ventilateurs situés au-dessus)
Caractéristiques particulières: faisceaux inclinés de 1:80 vers la tête de collecte du condensat; protection contre le gel (traçage de la vapeur ou chauffage électrique pour un fonctionnement hivernal inférieur à 0 °C)
L'encrassement par l'air (poussière, pollen, dépôts chimiques) augmente la chute de pression et réduit le transfert de chaleur.
Le ΔP du côté aérien dépasse le ΔP de conception de 30% (selon l'API 661)
L'augmentation de ΔP du côté aérien atteint 50 Pa au-dessus du début de la course (selon la première des deux phases)
Méthodes de nettoyage:
Laver à l'eau: pulvérisation à basse pression (≤ 1,0 MPa) pour les dépôts solubles dans l'eau
Souffle d'air: air comprimé (≤ 0,6 MPa) pour la poussière sèche en vrac
Nettoyage chimique: détergent à base alcaline ou acide (approuvé pour les nageoires en aluminium; éviter les solutions à haute teneur en alcalis)
Nettoyage du côté du tube: mécaniquement impossible dans un faisceau fixe (les tubes ne sont pas amovibles individuellement).ou utilisation de systèmes de pigging en ligne (pour les tubes de plus grand diamètre avec des courbes lisses).
Certificats d'essai des matériaux (EN 10204 3.1 ou 3.2) √ tubes, nageoires, tôles de tubes, en-têtes, acier de construction
La feuille de données complétée de l'API 661 (ou la feuille de données ISO 13706)
Fichier de données TEMA (classe R/B, le cas échéant)
Rapport ASME sur les données du timbre en U (le cas échéant)
Rapport d'inspection dimensionnelle (longueur du faisceau, disposition des trous dans la feuille de tube, géométrie des nageoires, DTO du tube)
Paramètres du procédé de fixation des ailerons (tension d'enroulement, pression d'extrusion, courant de soudage)
Rapport d'essai hydrostatique (avec enregistrement du tableau de pression)
Rapport d'essai de fuite pneumatique (le cas échéant)
Les rapports d'EDM PT, UT, RT tels qu'ils ont été effectués
Spécification de la procédure de soudure (WPS) et dossier de qualification (PQR) pour les soudures tube-tube et les soudures à tête
Tracé du faisceau de tubes tel qu'il est construit, avec le nombre de tubes, la configuration des passages, les dimensions de l'en-tête et les emplacements du support de levage
Spécification de peinture/couchage et rapport de vérification de l'épaisseur
Instructions de nettoyage et d'entretien (le cas échéant)
Type ACHE
Orientation du faisceau: horizontale / inclinée (angle)
Matériau et taille du tube (DO, épaisseur de paroi)
Type de nageoires L-pied / KL / LL / extrudé / soudé à haute fréquence / nu
Matériau et géométrie des nageoires (hauteur, inclinaison/FPI, épaisseur)
Pression et température de conception du côté du tube
Composition du fluide du côté du tube (corrosion, chlorures, H2S)
Baisse de pression admissible du côté du tube
Température d'entrée d'air (conception d'été)
Vitesse de surface d'air ou débit total d'air
chute de pression admissible du côté de l'air (généralement 100 ∼ 300 Pa)
Type d'en-tête: prise / plaque de couverture / collecteur de tuyaux
Nombre de passages du côté du tube
Nombre de tubes et disposition des tubes (par compartiment existant ou nouveau)
Exigences en matière de protection contre la corrosion (revêtement, galvanisation ou matériaux spéciaux de nageoires/tubes)
Protection contre le gel (pour le service ACC) - Dispositions de traçage de vapeur, de chauffage électrique ou de recirculation
Limites de levage et de transport (poids et dimensions maximaux)
Normes applicables API 661 / ISO 13706 / TEMA / Spécification du client
Le faisceau de tubes à nageoires est soumis aux limitations inhérentes suivantes:
Il est conçu uniquement pour la pression et la température du côté du tube spécifiées; le fonctionnement en dehors de ces limites annule la conception.
Les performances du côté de l'air dépendent de la température de l'air ambiant et de la pollution; la capacité de refroidissement diminue avec l'augmentation de la température ambiante.
Le nettoyage du côté du tube n'est pas mécaniquement faisable dans un ensemble fixe, le nettoyage chimique ou le pigging en ligne sont nécessaires pour les services de dépollution.
L'encrassement du côté de l'air augmente la chute de pression et réduit le transfert de chaleur; des horaires de nettoyage réguliers doivent être maintenus.
Pour les faisceaux à nageoires fonctionnant dans des conditions de congélation, une protection adéquate contre le gel (dinclinaison, drainage et chauffage) doit être prévue pour les services de condensation.
La température maximale de la pointe de la nageoire ne doit pas dépasser les limites spécifiques au matériau (par exemple, en L-pied ≤ 150°C; extrudé ≤ 230°C; soudé à HF ≤ 450°C).
Pour le service de cyclisme thermique (> 500 cycles/an), il n'est pas recommandé d'utiliser des nageoires à enroulement par tension (L, KL, LL).
Le faisceau doit être installé sur une structure de support de niveau; un désalignement excessif provoque une distorsion de la feuille de tube et une fuite des joints.
Pour une pression extrêmement élevée sur le côté du tube (> 10,0 MPa) ou un vide extrême, consultez la conception personnalisée de l'en-tête et de la feuille du tube.
