Lembar tabung stasioner sebagai batas tekanan ujung tetap
Lembar tabung stasioner (juga disebut sebagai lembaran tabung tetap) adalah komponen penahan tekanan di ujung tetap penukar panas cangkang dan tabung.Ini bertindak sebagai penghalang utama antara sisi tabung dan sisi cangkang cairan, memberikan dukungan struktural untuk bundel tabung, dan mentransmisikan beban tabung ke flange cangkang atau saluran.kedua lembaran tabung tetap dan dilas atau dibalut langsung ke cangkang, dengan tabung yang dipasang di kedua ujungnya.
Produk ini terbuat dari stainless steel tempa sesuai dengan ASTM A182 / ASME SA182 ️ spesifikasi yang mencakup flang pipa austenit stainless steel tempa atau bergelombang, fittings tempa,katup, dan bagian-bagian untuk layanan suhu tinggi dan korosif. lembaran tabung stasioner dirancang dan diproduksi sesuai dengan ASME Bagian VIII Divisi 1 Lampiran AA (proses desain lembaran tabung tetap),Kelas TEMA R/B/C, dan GB/T 151 untuk aplikasi domestik.
Kelas bahan ASTM/ASME A/SA 182 Baja tahan karat
Empat jenis baja tahan karat austenitik berikut tersedia untuk pembuatan lembaran tabung stasioner.dan karakteristik stabilisasi.
ASTM/ASME A/SA 182 F304 (UNS S30400)
Jenis: 18Cr-8Ni austenit stainless steel (karbon standar)
Sifat utama: Kekuatan tinggi, ketahanan oksidasi yang baik, ketahanan korosi umum
Kekuatan output (min): 205 MPa
Kekuatan tarik (min): 515 MPa
Suhu operasi maksimum: Hingga 538°C (intermiten), 816°C (terusan)
Titik leleh: 1.400 ∼ 1.450°C
Aplikasi: Layanan kimia umum, lingkungan non-klorida, suhu sedang
Pembatasan: Risiko sensitisasi dalam layanan las di atas 425 °C; tidak dianjurkan untuk ketebalan las di atas 16 mm tanpa stabilisasi
ASTM/ASME A/SA 182 F316L (UNS S31603)
Tipe: 16Cr‐10Ni‐2Mo austenit stainless steel (karbon rendah ± 0,030% maksimum)
Sifat utama: Penambahan molibdenum meningkatkan ketahanan korosi lubang dan celah; karbon rendah mencegah korosi antar butir setelah pengelasan
Kekuatan output (min): 170 MPa
Kekuatan tarik (min): 485 MPa
Suhu operasi maksimum: Hingga 425°C (tekanan yang diizinkan ASME diterbitkan); operasi terus-menerus hingga 870°C, kisaran operasi dari -196°C hingga 450°C
Kekerasan: ≤ 200 HB
Aplikasi: Petrokimia, kelautan, farmasi, pengolahan makanan ️ penanganan asam, alkali, garam, air laut
Batas klorida: ≤ 200 ppm untuk layanan berkelanjutan
Pembatasan: Tidak cocok di atas 450°C ‡ tegangan yang diizinkan menurun secara signifikan pada suhu yang lebih tinggi
ASTM/ASME A/SA 182 F321 (UNS S32100)
Jenis: 18Cr‐10Ni‐Ti titanium-stabilisasi austenit stainless steel
Sifat utama: Titanium menstabilkan karbon (Ti ≥ 5 × (C+N)), mencegah presipitasi kromium karbida di zona yang terkena panas selama pengelasan
Kekuatan output (min): 205 MPa
Kekuatan tarik (min): 515 MPa
Perpanjangan (min): 30%
Suhu operasi maksimum: Tahan oksidasi hingga 815°C; sifat merayap dan retak tegangan yang lebih tinggi daripada F304 dan F304L
Suhu penggilingan larutan: 950 ∼ 1,120°C, diikuti dengan pendinginan cepat (pengeringan air)
Aplikasi: Komponen penukar panas yang dilas, layanan suhu tinggi (425°C ∼ 540°C), ketahanan korosi intergranular setelah pengelasan
Pembatasan: Tidak cocok di atas 538°C kecuali diobati panas hingga minimal 1,095°C
ASTM/ASME A/SA 182 F316Ti (UNS S31635)
Tipe: 16Cr‐10Ni‐2Mo‐Ti titanium-stabilisasi austenit stainless steel
Sifat utama: Mengkombinasikan ketahanan lubang 316L (isi Mo) dengan stabilisasi titanium;tahan korosi intergranular yang terjadi ketika standar 316L mengalami presipitasi kromium karbida selama pengelasan atau paparan termal berkepanjangan di atas 450 °C
Kekuatan output (min): 205 MPa
Kekuatan tarik (min): 515 MPa
Perpanjangan (min): 30%
Pengurangan luas (min): 40%
Kisaran suhu operasi: -196°C sampai 700°C
Aplikasi: Penukar panas suhu tinggi, lingkungan korosif yang membutuhkan ketahanan korosi Mo dan stabilisasi Ti
Keterbatasan: Biaya lebih tinggi dari F316L; penambahan Ti meningkatkan kekuatan suhu tinggi tetapi dapat mengurangi ketangguhan dalam beberapa kondisi
Perbandingan Bahan Parameter Pemilihan Utama
| Properti | F304 | F316L | F321 | F316Ti |
|---|---|---|---|---|
| UNS | S30400 | S31603 | S32100 | S31635 |
| Karbon (max) | 0.08% | 0.030% | 0.08% | 0.08% |
| Kromium | 18.0 20.0% | 16.0 18.0% | 17.0 ️ 19.0% | 16.0 18.0% |
| Nikel | 8.0 11.0% | 10.0 ️ 14.0% | 9.0 12.0% | 10.0 ️ 14.0% |
| Molybdenum | ️ | 2.00 3.00% | ️ | 2.00 3.00% |
| Stabilisasi | Tidak ada | Tidak ada | Ti ≥ 5 × ((C+N) | Ti ≥ 5 × ((C+N) |
| Hasil (min MPa) | 205 | 170 | 205 | 205 |
| Kekuatan tarik (min MPa) | 515 | 485 | 515 | 515 |
| Suhu maksimum (°C) | 538 | 425 | 538 | 700 |
| Ketahanan lubang | Sedang | Baik (Mo) | Sedang | Baik (Mo) |
| Risiko sensitisasi | Tinggi (dilas) | Rendah (C rendah) | Sangat rendah (Ti) | Sangat rendah (Ti) |
Desain lembar tabung tetap ASME VIII-1 Appendix AA
Lembar tabung stasioner dalam penukar panas tabung tetap (tipe TEMA L, M, N) dirancang sesuai dengan ASME Bagian VIII Divisi 1, Lampiran AA Non-Optional Tubesheet Design Procedure.
Parameter Desain Utama
| Parameter | Deskripsi | Dasar Perhitungan |
|---|---|---|
| Tekanan desain efektif (P) | Diferensial tekanan sisi cangkang dan sisi tabung | Per TEMA RCB-7.163 ¢ 7.165 |
| Efisiensi ligamen (η) | (p ?? d) / p (pitch segitiga) | Menurut ASME VIII-1 Appendix A |
| Ketebalan (t) | Ketebalan lembaran tabung minimal yang diperlukan | t = F × (P × D) / (2 × S × E |
| G (diameter desain lembaran tabung) | Diameter dalam cangkang (tabung tabung tetap) | Per TEMA RCB |
| F | Faktor dukungan | F = 1,0 untuk lembaran tabung tetap |
Ketebalan desain menyumbang:
Efisiensi ligamen lubang tabung
Tekanan diferensial ️ perbedaan tekanan maksimum antara sisi tabung dan sisi cangkang
Pengurangan suhu ️ pengurangan tegangan yang diizinkan pada suhu tinggi menurut Bagian D Bagian II ASME
Pengurangan korosi ketebalan tambahan untuk korosi yang diantisipasi selama masa pakai
Dimensi lembaran tabung stasioner khas (baja tahan karat tempa)
| Parameter | Jangkauan | Standar / Catatan |
|---|---|---|
| Diameter luar | Hingga 8.000 mm (custom) | Plat tempa atau bergulir |
| Ketebalan | 10 mm 350 mm | Menurut ASME VIII-1 Appendix AA / TEMA RCB-4.3 |
| Ketebalan standar (pertukaran panas) | 30 mm ️ 80 mm | Tipikal untuk layanan kilang |
| Toleransi pengeboran lubang tabung | + 0,05 / 0,00 mm | Per pengolahan presisi |
| Penutup permukaan | RF / FF / RTJ | Wajah yang ditinggikan / Wajah datar / sendi tipe cincin |
| Pola lubang | Segitiga (30°/60°) / Kuadrat (90°) | Per TEMA RCB-4.3 |
Proses Pembuatan
Kesesuaian Bahan
Bahan yang disertifikasi menurut ASTM A182 / ASME SA182
Pencetakan nomor panas untuk 100% pelacakan bahan
Verifikasi Identifikasi Material Positif (PMI) per spektrometer XRF ¢ 100% dari lot material
Memalsukan dan Pengolahan Panas
Mempertukarkan: Diperbuat panas dari billet atau ingot ke bentuk akhir yang dipalsukan
Penggilingan larutan:
F304 / F321 / F316Ti: 1,040°C 1,120°C, diikuti dengan pemadam air
F316L: 1,040°C minimum, diikuti dengan pemadam air
Pendinginan: penekan air atau pendinginan udara cepat setelah bekerja panas
Mesin dan Pengeboran
Pengeboran CNC untuk pola lubang presisi toleransi + 0,05 / 0,00 mm
Akhir permukaan lubang: Ra ≤ 1,6 μm untuk sendi yang diperluas; Ra ≤ 3,2 μm untuk sendi las
Ligamen (jembatan antara lubang): Minimal 0,8 × diameter lubang per ASME VIII-1
Pengeboran: Semua lubang di kedua sisi dibor
Tipe sendi tabung-ke-tabung
| Jenis sendi | Metode | Kekuatan tarik keluar (Min) | Layanan yang berlaku |
|---|---|---|---|
| Hanya diperluas | Ekspansi hidrolik pada 160 ∼ 220 MPa, tahan 5 ∼ 8 s | ≥ 20 MPa (CS) / ≥ 25 MPa (SS) | Cairan tidak beracun, tidak siklik, bersih |
| Hanya dilas (sealing weld) | GTAW (TIG) filet las, kaki 1,5-2 mm | N/A | Gas bertekanan tinggi, layanan hidrogen |
| Las + perluas (digabungkan) | Segel las + ekspansi hidrolik pada 160 ∼ 200 MPa | ≥ 25 MPa | Siklik termal (> 500 siklus/tahun), tekanan tinggi, beracun |
| Dilas (penetrasi penuh) | Penetrasi penuh GTAW, sendi lengkap | ≥ 30 MPa | Tekanan ekstrim (> 15 MPa), hidrogen |
Pemeriksaan dan pengujian √ Lembar tabung stasioner
Pemeriksaan Non-Destruktif (NDE)
| Pemeriksaan | Metode | Ruang lingkup | Kriteria Penerimaan |
|---|---|---|---|
| Laminasi (plat) | UT (cahaya lurus) | 100% dari area pelat | Tidak ada laminasi tepi; laminasi ≤ 20 mm2 per 100 cm2 |
| Celah permukaan | PT (penetrant cair) | 100% dari permukaan + permukaan yang dibor | Tidak ada retakan; porositas ≤ 0,8 mm |
| Ikatan berlapis (jika berlapis) | UT (shear wave) | 100% dari permukaan lapis | Tidak ada delaminasi > 20 mm |
| Kondisi dinding lubang | Borescope | 5% ∼ 10% lubang (acak) | Tidak ada lubang atau goresan > 0,1 mm |
Pemeriksaan Dimensi
| Parameter | Toleransi | Metode |
|---|---|---|
| Diameter lubang | + 0,05 / 0,00 mm | Plug gauge / micrometer lubang |
| Akumulasi pitch (1 m span) | ≤ ±1,0 mm | CMM / komparator optik |
| Permukaan rata | ≤ 1 mm per diameter 1.000 mm | Indikator dial |
| Variasi ketebalan | ± 3% dari nominal | Mikrometer (5 poin) |
| Penutup permukaan | Ra ≤ 1,6 μm (terluas) / ≤ 3,2 μm (dilas) | Profilometer |
Uji hidrostatik (setelah perakitan)
Tekanan uji: 1,3 × tekanan desain per ASME VIII-1 UG-99
Media uji: Air bersih (klorida ≤ 50 ppm untuk SS austenit untuk mencegah SCC)
Waktu tunggu: ≥ 30 menit
Penerimaan: Tidak ada penurunan tekanan; tidak ada kebocoran yang terlihat
Profil aplikasi
Penukar panas petrokimia dan kilang
Layanan: Pengolahan hidrokarbon, bahan bakar/pertukangan limbah, kondensator
Bahan yang direkomendasikan: F316L (layanan manis) / F321 atau F316Ti (layanan asam, H2S hadir)
Pertimbangan desain: Tekanan parsial hidrogen; korosi H2S (NACE MR0175); kandungan klorida
Rentang suhu: 150°C ∼ 400°C
Penukar panas laut dan lepas pantai
Layanan: pendingin air laut, sistem pendingin platform
Bahan yang direkomendasikan: F316L atau F316Ti (Mo memberikan ketahanan lubang di air laut)
Pertimbangan desain: konsentrasi klorida hingga 20.000 ppm; risiko korosi celah
Kisaran suhu: 5°C ∼ 150°C
Pengolahan Farmasi dan Makanan
Layanan: Cairan proses kemurnian tinggi, uap bersih
Bahan yang direkomendasikan: F316L (karbon rendah mencegah sensitisasi; mudah pasif)
Pertimbangan desain: R ≤ 0,8 μm (dielektrolisasi); kepatuhan FDA
Kisaran suhu: 20°C ∼ 150°C
Pemanas proses suhu tinggi
Layanan: pendinginan gas suhu tinggi, pemulihan panas limbah
Bahan yang direkomendasikan: F321 atau F316Ti (stabilisasi Ti mencegah precipitasi karbida di atas 425 °C)
Pertimbangan desain: ketahanan merangkak; siklus termal
Kisaran suhu: 400°C ∼ 600°C
Ekspansi termal ️ Batasan desain tabung tetap
Dalam desain lembaran tabung yang tetap, kedua lembaran tabung tetap, dan perluasan termal diferensial antara tabung dan shell harus ditampung:
ΔT yang diizinkan tanpa sendi ekspansi: ≤ 60°C (tabung baja karbon) / ≤ 40°C (tabung baja tahan karat)
Ketika ΔT melebihi batas yang diizinkan: Gabungan ekspansi harus dipasang pada cangkang atau desain tabung U / kepala terapung harus dipilih.
Perhitungan tegangan termal: Menurut ASME VIII-1 UG-23 ((c)
Untuk lembaran tabung stasioner dalam layanan ΔT tinggi, analisis elemen terbatas (FEA) biasanya diperlukan untuk mengevaluasi persyaratan sendi ekspansi dan distribusi tegangan lembaran tabung.
Dokumen per Pengiriman
Sertifikat pengujian bahan (EN 10204 3.1 atau 3.2)
Laporan data cap ASME U (jika berlaku)
Lembar data TEMA (Kelas R/B/C)
Laporan inspeksi dimensi (diameter lubang, pitch, ligamen, rata, ketebalan)
Laporan NDE ‡ UT (laminasi), PT (permukaan), boroskop
Laporan uji PMI (verifikasi XRF)
Bagan pengolahan panas (rekaman waktu-suhu pengelasan larutan)
Spesifikasi prosedur las (WPS) dan catatan kualifikasi (PQR) ¢ jika digunakan las tabung-ke-tabung
Gambar lembaran tabung seperti yang dibangun dengan koordinat pola lubang, pitch dan dimensi
Laporan pengujian hidrostatik (jika diuji sebagai bagian dari perakitan)
Daftar Pemeriksaan Pemilihan
Kelas material F304 / F316L / F321 / F316Ti (berdasarkan korosifitas dan suhu cairan)
Tipe lembar tabung ️ Tetap (static) / Terapung / U-tube
Shell ID dan channel ID menentukan diameter tabung
Jumlah tabung dan pola tata letak ️ Segitiga / Kuadrat / Kuadrat berputar
OD tabung dan ketebalan dinding menentukan diameter lubang
Pitch tabung centre-to-center distance per TEMA RCB-4.3
Tipe sendi tabung-ke-tabung Expanded / welded / combined
Tekanan desain ️ sisi tabung dan sisi cangkang (tentukan diferensial)
Suhu desain √ sisi tabung dan sisi cangkang
Permit korosi per persyaratan umur layanan
Konsentrasi klorida jika > 200 ppm, pilih F316L atau F316Ti
Persyaratan pengelasan jika tabung dilas, pilih kelas rendah karbon atau stabil (F316L / F321 / F316Ti)
Persyaratan NDE per ASME VIII-1 atau spesifikasi proyek
Tipe sambungan flange ¢ RF / FF / RTJ
Persyaratan PWHT √ penggilingan larutan yang diperlukan untuk semua kelas stainless steel A/SA 182 setelah pengolahan panas
Pernyataan pembatasan desain
Lembar tabung stasioner tunduk pada keterbatasan berikut:
Ini tidak dinilai untuk tekanan internal sampai dirakit dengan cangkang, tabung, dan flange nilai penukar panas lengkap berlaku.
F304 tidak dianjurkan untuk layanan las di atas 425 °C karena risiko sensitisasi menggunakan F321 atau F316Ti untuk aplikasi las suhu tinggi.
F316L memiliki tegangan yang lebih rendah daripada F316 pada suhu di atas 425°C; di atas 450°C, F316L tidak cocok.
F321 dan F316Ti membutuhkan penggilingan larutan pada 950 °C -1,120 °C setelah ditempa untuk mengembalikan ketahanan korosi.
Untuk layanan klorida di atas 200 ppm, F304 tidak dianjurkan ️ pilih F316L (≤200 ppm) atau F316Ti.
Air uji hidrotest untuk lembaran tabung stainless steel austenit harus memiliki kandungan klorida ≤ 50 ppm untuk mencegah retakan korosi tegangan.
Desain tabung lembaran tetap membutuhkan sendi ekspansi ketika ΔT antara tabung dan shell melebihi batas khusus material.
Untuk suhu operasi di atas 538°C, F321 dan F304 membutuhkan perawatan panas khusus.
