TEMA/ASME Hairpin Heat Exchanger
Hairpin heat exchanger adalah konfigurasi jenis shell-and-tube yang terdiri dari bundel tabung berbentuk U yang terkurung dalam shell yang mencakup rumah tikungan kembali di satu ujung.Cairan sisi cangkang masuk di kepala depan, mengalir sepanjang kaki lurus ke tikungan kembali, membalik arah, dan keluar di kepala depan. cairan sisi tabung masuk melalui lembaran tabung depan, melewati tabung U,dan kembali melalui tabung yang samaPengaturan ini menghasilkan aliran arus balik satu kali melewati antara cairan sisi tabung dan sisi cangkang.
Produk ini dirancang dan diproduksi sesuai dengan TEMA (Kelas C, B, atau R) dan ASME Bagian VIII Divisi 1 atau Divisi 2, dengan bahan yang berlaku dipilih sesuai dengan Bagian II ASME.
Jenis Konstruksi
Double Pipe Hairpin (Satu tabung)
- Tabung: Tabung tunggal tanpa jahitan atau las (OD 20mm sampai 114mm), konsentris dalam tabung cangkang yang lebih besar
- Shell: Satu pipa (DN50 sampai DN200) yang berfungsi sebagai batas tekanan luar
- Aplikasi: Area kerja kecil (1 sampai 20 m2), layanan tekanan tinggi (sisi tabung hingga 35 MPa), cairan bersih di kedua sisi
- Pemeriksaan: Akses penuh ke permukaan internal tabung dari lembaran tabung depan; sisi cangkang dapat diperiksa melalui penutup tikungan kembali yang dapat dilepas
Multi-tube Hairpin (Beberapa tabung dalam cangkang)
- Bundel tabung: Beberapa tabung (4 sampai 200+) yang diatur dalam pitch segitiga atau persegi dalam cangkang silinder
- Shell: DN80 sampai DN600, dengan rumah tikungan kembali di ujung jauh
- Aplikasi: Medium hingga tugas besar (20 sampai 500 m2), tekanan sedang (sisi cangkang hingga 10 MPa, sisi tabung hingga 20 MPa)
- Dukungan tabung: Piring baffle atau kisi-kisi dukungan penuh per TEMA RCB-4.2 (panjang tabung maksimum yang tidak didukung: untuk baja karbon ≤ 36* tabung OD; untuk baja tahan karat ≤ 30* tabung OD)
Parameter Geometri (Rang Standar)
| Parameter |
Tipe pipa ganda |
Jenis Multitube |
| Diameter nominal cangkang (DN) |
DN50 sampai DN200 |
DN80 sampai DN600 |
| OD tabung |
20mm sampai 114mm |
12mm sampai 38mm |
| Ketebalan dinding tabung |
2.0mm sampai 8.0mm (tanpa jahitan) |
1.5mm sampai 3.0mm (tanpa jahitan atau dilas) |
| Panjang kaki lurus (per kaki) |
2.0m sampai 10.0m |
2.0m sampai 12.0m |
| Radius tikungan U (garis tengah) |
R ≥ 2* tabung OD (min. untuk pembersihan) |
R ≥ 2* tabung OD |
| Jumlah tabung per bundel |
1 |
4 sampai 200+ |
| Tipe shell TEMA |
N/A (pipa ganda) |
Hairpin (shell lentur kembali) |
Pemilihan Bahan (Setiap Kondisi Layanan)
Opsi Bahan Tabung
- Baja karbon (SA-106 Gr.B / SA-210 Gr.A1 / 20#): Air, minyak, gas tidak korosif; suhu -20°C sampai +425°C
- Baja tahan karat 304/304L (SA-213 TP304L): Cairan proses korosif ringan, uap bersih; klorida ≤ 200ppm; suhu -196°C sampai +600°C (diperhitungkan di atas 425°C menurut ASME II-D)
- Baja tahan karat 316/316L (SA-213 TP316L): Asam organik, larutan garam (klorida ≤ 200ppm untuk 316L); suhu -196°C sampai +500°C
- Titanium Gr.2 (SB-338): Air laut, garam, larutan klorida hingga 20.000ppm; suhu ≤ 230°C
- Duplex 2205 (SA-789 UNS S32205): Hidrokarbon yang mengandung klorida, air laut; klorida hingga 300 ppm pada suhu 80°C; suhu -40°C sampai +280°C
Opsi Bahan Shell
- Baja karbon (SA-516 Gr.70): Tidak korosif atau korosif ringan di sisi cangkang; suhu desain -20°C sampai +425°C
- Baja tahan karat 304L / 316L: media korosif sisi cangkang atau persyaratan kemurnian tinggi
- Titanium (untuk sisi cangkang air laut, di mana cairan di sisi cangkang adalah air laut)
Bahan gasket (per kisaran suhu)
- Non-asbes / serat kompresi: -40°C sampai +250°C, tekanan ≤ 4,0 MPa
- Serat spiral (SS 304/316 + grafit): -196°C sampai +450°C, tekanan ≤ 25 MPa (flange pipa ganda)
- PTFE envelope gasket: -40°C sampai +200°C, untuk layanan farmasi atau korosif di mana kontaminasi dibatasi
Jangkauan Operasi (Tidak Terlebih)
| Parameter |
Tipe pipa ganda |
Jenis Multitube |
| Tekanan desain (sisi tabung) |
Hingga 35 MPa (ASME VIII-2) |
Hingga 20 MPa |
| Tekanan desain (sisi cangkang) |
Hingga 10 MPa |
Hingga 10 MPa (standar); lebih tinggi per desain khusus |
| Suhu desain (sisi tabung) |
-40°C sampai +500°C (tergantung bahan) |
-196°C sampai +500°C (tergantung bahan) |
| Suhu desain (sisi cangkang) |
-40°C sampai +450°C (tergantung bahan) |
-40°C sampai +450°C (tergantung bahan) |
| Minimal ΔT yang diizinkan (inlet tabung/shell) |
Tidak ada batas tetap (U-bundel ujung bebas) |
Tidak ada batas tetap (U-bundel ujung bebas) |
| Kecepatan maksimum sisi tabung (air) |
3.0 m/s (baja karbon), 4,5 m/s (titanium) |
20,5 m/s (baja karbon), 4,0 m/s (titanium) |
| Kecepatan maksimal di sisi cangkang |
10,5 m/s (korosif), 3,0 m/s (bersih) |
1.0 m/s (korosif), 2,5 m/s (bersih) |
Parameter desain aliran dan termal
Aliran sisi tabung
- Single pass (semua tabung berbagi inlet dan outlet yang sama di tabung depan)
- Kisaran kecepatan massa sisi tabung: 300 sampai 2.500 kg/m2*s (untuk air); lebih rendah untuk cairan kental
- Target jumlah Reynolds: ≥ 10.000 (turbulen) untuk layanan bersih; ≥ 4.000 untuk cairan kental
Aliran sisi cangkang
- Single pass (masuk depan kepala, melintasi kaki lurus, mundur di tikungan kembali, melintasi kaki kedua, keluar depan kepala)
- Kisaran kecepatan massa sisi cangkang: 50 sampai 500 kg/m2*s (gas), 200 sampai 1.500 kg/m2*s (cair)
- Persentase pemotongan baffle (baffle segmental, jika digunakan): 20% hingga 30% dari diameter shell
- Jarak baffle: ditentukan sesuai dengan TEMA RCB-4.2 - panjang tabung tidak didukung maksimum tidak melebihi 36* tabung OD untuk baja karbon; jarak yang dipilih untuk mempertahankan kecepatan aliran silang dan mencegah getaran tabung.Jangkauan jarak tipikal: 0.2* shell ID ke 0.5* shell ID.
Faktor koreksi LMTD
Untuk konfigurasi satu jalur arus lawan yang benar, F = 1,0 per standar TEMA (tidak ada batasan silang suhu).
Suhu pendekatan
Pendekatan praktis minimum: 3°C sampai 5°C (terbatas oleh luas permukaan yang tersedia dan NTU; nilai yang sebenarnya dapat dicapai tergantung pada penurunan tekanan dan sifat cairan yang ditentukan,tidak dijamin tanpa simulasi proses).
Parameter pembuatan dan pengelasan
Tubu-to-tube-sheet joint
- Penyambung yang diperluas: Ekspansi hidrolik pada 160-220 MPa, tahan 5-8 detik. Persyaratan uji tarik (per TEMA RCB-4.3): ≥ 20 MPa untuk tabung baja karbon; ≥ 25 MPa untuk baja tahan karat.
- Penggabungan las: Sealing weld (file leg 1.5-2.0mm) ditambah penetrasi penuh (untuk layanan beracun/tekanan tinggi).
- Dikombinasikan (sweld + expand): Digunakan untuk layanan suhu siklik (siklus termal > 100 siklus) dan tekanan tinggi (sisi tabung > 10 MPa).
Pengelasan Rumah Bend Balik
- Penutup benturan kembali cangkang: Las ujung penetrasi penuh (jika tutup permanen) atau penutup bolt dengan gasket spiral (jika dapat dilepas).
- Pengelasan internal: 100% inspeksi visual (VT) + pengujian penetrant (PT) pada pengelasan filet kritis (menurut ASME VIII-1 UW-50).
Pengolahan Panas Pasca Las (PWHT)
Dibutuhkan menurut ASME VIII-1 UCS-56 ketika:
- Ketebalan cangkang baja karbon > 38 mm (P-No.1, kelompok 1/2) untuk bagian tekanan las
- Ketebalan bahan tabung > 19 mm (untuk stainless steel, penggilingan larutan setelah pengelasan ditentukan bukan PWHT)
- Servis mengandung H2S basah (menurut NACE MR0175 / ISO 15156) - PWHT pada 620 ± 10 °C selama 1 jam per ketebalan 25 mm, minimal 1 jam.
Pemeriksaan dan pengujian (per unit)
Periksa Dimensi
- Toleransi total panjang kaki: ±3mm (untuk kaki lurus) per TEMA RCB-8
- Toleransi radius garis tengah tikungan U: ±1,5 mm untuk R ≤ 500 mm; ±3 mm untuk R > 500 mm
- Jarak antara baffle / support plate: ±1,5 mm
- Penyimpangan ligamen lubang tabung (web): ≤ ± 0,2 mm dari gambar
Pemeriksaan yang Tidak Menghancurkan
- Gabungan tabung-ke-tabung: 100% penetrant cair (PT) untuk las segel (per ASME VIII-1 UW-51)
- Jembatan longitudinal dan lingkar: spot radiography (RT) menurut ASME VIII-1 UW-52 (atau full radiography jika ditentukan)
- Pengelasan filet rumah tikungan kembali: partikel magnetik 100% (MT) untuk baja karbon / PT untuk baja tahan karat
- Pemeriksaan internal tabung: verifikasi boroskop lurus dan melewati (tidak ada tabung yang tersumbat) - lulus jika 100% tabung menerima bola ukuran 0,5 mm lebih kecil dari tabung ID.
Pengujian Tekanan
- Uji hidrostatik (air): Tekanan uji = 1,3 * Tekanan desain * (tekanan minimum yang diizinkan pada suhu uji / pada suhu desain), menurut ASME VIII-1 UG-99.Tidak ada kebocoran yang terlihat dan tidak ada penurunan tekanan.
- Uji pneumatik (opsional, untuk layanan kering atau gas): Tekanan uji = 1,1 * tekanan desain. Udara terkompresi atau nitrogen. Pemeriksaan gelembung sabun pada semua sendi.Tingkat kebocoran tidak melebihi 1*10−5 Pa*m3/s per metode lubang setara (per ASME Appendix VI).
Akses pembersihan dan pemeliharaan
Pembersihan sisi tabung
- Pembersihan mekanis: Wiper tabung atau sikat melewati seluruh panjang tabung melalui U-bend. Radius U-bend minimum R ≥ 2* tabung OD yang diperlukan menurut TEMA RCB-4.52 untuk jalur sikat. Sikat standar OD 0.8* tabung ID dianjurkan.
Pembersihan sisi cangkang
- Pembersihan kimia hanya untuk hairpin bundel tetap (tutup tikungan kembali bisa dilepas tetapi bundel tidak bisa ditarik). Pembersihan mekanis sisi cangkang melalui port akses terbatas pada bagian kaki lurus;bagian dalam tikungan kembali tidak dapat diakses oleh pengikis mekanis.
- Jika faktor pencemaran sisi cangkang > 0,0005 m2*K/W (per tabel TEMA), kepala terapung yang bisa ditarik atau penukar cangkang lurus tabung U dianjurkan sebagai gantinya.frekuensi siklus pembersihan kimia berdasarkan peningkatan penurunan tekanan: bersih ketika ΔP sisi cangkang melebihi ΔP desain sebesar 30% atau ketika peningkatan ΔP mencapai 50 kPa (yang terjadi lebih awal).
Dokumen yang Disediakan untuk Setiap Pengiriman
- Laporan data ASME U-stamp (jika berlaku)
- Sertifikat uji bahan (EN 10204 3.1 atau 3.2)
- Spesifikasi prosedur pengelasan (WPS) dan catatan kualifikasi prosedur (PQR)
- Laporan uji tekanan dengan pencatatan grafik
- Laporan inspeksi dimensi
- Gambar bundel tabung (seperti yang dibangun)
- Laporan NDE (PT/MT/RT/UT sesuai)
Pernyataan Batas Desain
Penukar hairpin tidak berlaku untuk:
- Cairan sisi cangkang dengan kandungan zat padat > 5% berat,atau kotoran serat yang membutuhkan ekstraksi bundel mekanis untuk pembersihan - karena bundel hairpin tetap dan tidak dapat ditarik melalui rumah tikungan kembali.
- 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).
- Layanan vakum sisi cangkang yang sangat tinggi (< 1 kPa absolut) - rumah tikungan kembali mungkin memerlukan cincin pengeras tambahan sesuai dengan ASME VIII-1 UG-29 untuk mencegah runtuh di bawah tekanan eksternal;konsultasi desain.
Input Ukuran yang Dibutuhkan untuk Kutipan
Untuk memberikan desain termal dan mekanik awal, kirimkan data proses berikut:
- Nama cairan sisi tabung dan komposisinya (jika campuran)
- Nama dan komposisi cairan sisi cangkang
- Suhu masuk / keluar sisi tabung
- Suhu masuk/keluar dari sisi cangkang
- Penurunan tekanan yang diizinkan di sisi tabung
- Penurunan tekanan yang diizinkan di sisi cangkang
- Tekanan operasi sisi tabung
- Tekanan operasi sisi cangkang
- Jarak kaki maksimum yang tersedia (panjang kaki lurus, ruang kepala)
- Faktor pencemaran (sisi tabung dan sisi cangkang), jika diketahui; jika tidak, nilai standar TEMA akan diterapkan
english
français
Deutsch
Italiano
Русский
Español
português
Nederlandse
ελληνικά
日本語
한국
polski
فارسی
বাংলা
ไทย
tiếng Việt
العربية
हिन्दी
Türkçe
indonesia
Peringkat Umum
Cuplikan Penilaian
Berikut ini adalah distribusi semua peringkatSemua Ulasan