A tube sheet is the primary pressure-containing component of a shell and tube heat exchanger that separates the tube-side fluid from the shell-side fluid and provides structural support for the tube bundleSi tratta di una piastra piatta circolare perforata con un modello di fori per accogliere tubi, che vengono poi espansi, saldatisi o entrambi per formare la giunzione tubo-piastra.
Il foglio di tubo ha le funzioni seguenti:
Un limite di pressione tra il lato del tubo e il lato del guscio (deve resistere alla maggiore delle due pressioni o alla pressione differenziale)
Un supporto strutturale per il fascio del tubo (trasmette i carichi del tubo alla flange della conchiglia)
Un distributore di flusso (ugelli di ingresso/uscita dirigono il fluido verso specifiche file di tubi)
Questo prodotto è progettato e fabbricato secondo la sezione VIII ASME Divisione 1 o Divisione 2, TEMA Classe R (raffineria), B (chimica) o C (commerciale) e GB/T 151 per applicazioni domestiche.Fabbricazione a partire da prodotti della voce 8528, o come parte di un gruppo completo di fasci di tubi.
La lamina del tubo è saldata o avvitata direttamente al guscio su entrambe le estremità
I tubi sono fissati su entrambi i fogli di tubo; il guscio è integrato con i fogli di tubo
Compensazione di espansione termica: richiede un giunto di espansione sul guscio quando ΔT tra tubo e guscio supera il limite ammissibile (in genere > 60 °C per l'acciaio al carbonio; > 40 °C per l'acciaio inossidabile)
Applicazione: fluidi puliti sul lato della conchiglia, piccolo differenziale di temperatura, servizio anti-inquinamento
Limitazione: la pulizia del lato della conchiglia non è possibile senza rimuovere l'intero fascio; nessun accesso alla pulizia meccanica sul lato della conchiglia
Un foglio di tubo è fissato (stazionario) alla flange della conchiglia; l'altro è libero di muoversi (fluttuante) per accogliere l'espansione termica
La lamina di tubo galleggiante non è saldata al guscio
Applicazione: grande differenziale di temperatura (ΔT > 60°C), servizio di inquinamento che richiede la rimozione del fascio
Limitazione: richiede un sistema di sigillamento aggiuntivo (coperchio galleggiante) che aumenta i costi e la complessità della manutenzione
Fogli di tubo singolo supportano entrambe le estremità di tubi a U
Tutti i tubi sono piegati in forma di U e entrambe le estremità del tubo sono laminate/saldate nello stesso foglio di tubo
Nessuna espansione termica differenziale tra i tubi e il guscio
Applicazione: elevato differenziale termico (ΔT fino a 200°C), servizio a gas ad alta pressione, servizio ad idrogeno, shock termico
Limitazione: i tubi non possono essere puliti meccanicamente (solo pulizia chimica); il raggio minimo di curva in U limita la selezione del tubo OD
| Parametro | Distanza | Standard / Nota |
|---|---|---|
| Diametro (OD) | 200 mm ️ 4000 mm | Limitato dalla capacità di forgiatura/rollaggio e dal trasporto |
| Spessore | 15 mm 350 mm | Determinato da ASME VIII-1 UG-34 / TEMA RCB-4.3 |
| Diametro del cerchio del bullone | Flancelle per cerniere o per canali | Per ASME B16.5 / B16.47 |
| Numero di fori per bulloni | Corrispondenza standard flange | Per ASME / TEMA |
| Diametro del foro del bullone | Diametro del bullone + 1,5 mm 3 mm di spazio libero | Per standard di flange |
| Superficie del sedile della guarnizione | Articolo a faccia sollevata (RF) o anello (RTJ) | Per ASME B16.5 |
| Parametro | Distanza | Standard / Nota |
|---|---|---|
| Diametro del foro | OD del tubo + 0,2 mm ∼ 0,5 mm (per giunti dilatati) | Per TEMA RCB-4.3 / GB/T 151 |
| Tolleranza di diametro del foro | H11 (ad esempio, Ø25.2 mm +0.13/0) | Per lo standard ISO 286 / TEMA |
| Finitura del foro (Ra) | ≤ 1,6 μm (espansione) / ≤ 3,2 μm (saldato) | Per l'espansione: una finitura più fine garantisce la resistenza all'estrazione |
| Larghezza del legamento (ponte) | Diametro minimo del foro 0,8* | Secondo l'appendice A della norma ASME VIII-1, |
| deviazione del legamento dal disegno | ≤ ± 0,2 mm | Per TEMA RCB-4.3 |
| Perpendicolarità del foro alla superficie | ≤ 0,5° | Previene il disallineamento del tubo durante l'inserimento |
| Modello | Descrizione | Applicazione |
|---|---|---|
| Triangolare (30° o 60°) | tubi disposti in triangoli equilateri | Densità massima del tubo; superficie di trasferimento termico massima per sezione trasversale della conchiglia |
| Quadrato (90°) | tubi disposti in file rette, perpendicolari | Permette l'accesso della pulizia meccanica (staffa/pennello) attraverso le vie dei tubi |
| Quadrato ruotato (45°) | Disegno quadrato ruotato a 45° | Densità del tubo superiore a quella quadrata; accesso moderato alla pulizia |
Peso triangolare: 1,25* ± 1,5* tubo OD (minimo)
Peso quadrato: 1,5* ∼ 2,0* tubo OD (minimo)
Tolleranza di passo: ±0,5 mm (fori adiacenti) / ±1,0 mm (accumulo complessivo di passo)
| Grado | Specificità | Intervallo di temperatura | Applicazione |
|---|---|---|---|
| SA-516 Gr.60 / 65 / 70 | ASTM A516 | -20°C a +425°C | Servizio generale dei recipienti a pressione non corrosivi fluidi laterali |
| SA-266 Gr.2 / 3 / 4 | ASTM A266 | -20°C a +425°C | Fabbricazione a partire da prodotti della voce 8528 |
| Q345R / 16MnR | GB 713 | -20°C a +400°C | Standard nazionale equivalente a SA-516 |
| 20# / 16Mn | GB 711 | -20°C a +400°C | Fabbricazione a partire da materie tessili |
| Grado | Specificità | Intervallo di temperatura | Applicazione |
|---|---|---|---|
| SA-387 Gr.11 (1,25Cr-0,5Mo) | ASTM A387 | -20°C a +540°C | Temperatura elevata (idrocracking, idrotrattamento) |
| SA-387 Gr.22 (2.25Cr-1Mo) | ASTM A387 | -20°C a +540°C | Servizio a temperature più elevate (riformaggio catalitico, sintesi di ammoniaca) |
| SA-336 Gr.F11/F22 | ASTM A336 | -20°C a +540°C | Fabbricazione a partire da prodotti della voce 8528 |
| Grado | Specificità | Intervallo di temperatura | Limite di cloruro | Applicazione |
|---|---|---|---|---|
| 304L / 304 | ASTM A240 / A182 | -196°C a +425°C | ≤ 200 ppm | Leggermente corrosivo, vapore pulito, alimenti/farmaci |
| 316L / 316 | ASTM A240 / A182 | -196°C a +425°C | ≤ 200 ppm | Acidi organici, soluzioni saline, cloruri (moderati) |
| 321 / 347H | ASTM A240 / A182 | -196°C a +540°C | ≤ 200 ppm | Servizio ad alta temperatura (> 425°C) ° gradi stabilizzati |
| Doppia sede 2205 | ASTM A240 / A182 | -40°C a +280°C | ≤ 300 ppm a 80°C | Idrocarburi contenenti cloruro, al largo |
| Super Duplex 2507 | ASTM A240 / A182 | -40°C a +250°C | ≤ 500 ppm a 60°C | Servizio di cloruro severo, acqua di mare |
| Grado | Specificità | Intervallo di temperatura | Applicazione |
|---|---|---|---|
| Titanio Gr.2 | ASTM B265 / B381 | -40°C a +230°C | Acqua di mare, salamoia, servizio ad alto contenuto di cloruro |
| Leggia 625 (Inconel) | ASTM B443 / B564 | -196°C a +540°C | Gas acidi, corrosivi ad alta temperatura, unità di amine |
| Leggia C276 (Hastelloy) | ASTM B575 / B564 | -196°C a +400°C | Servizio di acidi e cloruri |
| Copper-nickel C70600 | ASTM B171 | -40°C a +200°C | Acqua di raffreddamento marina, acqua salata |
Per la manutenzione corrosiva, il foglio di tubo può essere fornito con uno strato di lega resistente alla corrosione (CRA) rivestito o sovrapposto con saldatura sulla superficie di fronte al processo.
Placca placcata resistente alle esplosioni: Materiale di base (CS) + strato CRA legato metallurgicamente da detonazione esplosiva
Placca placcata, in rotoli: laminati a caldo sotto pressione per formare un legame tra CS e CRA
Scaffalatura di saldatura (rivestimento a strisce): Materiale CRA depositato sulla superficie del CS in strisce sovrapposte
Saldatura al burro: strato CRA applicato alla superficie del foglio di tubo mediante saldatura, quindi lavorato piatto
| Parametro | Intervallo / Valore | Standard / Nota |
|---|---|---|
| Materiale di rivestimento | 304L / 316L / Duplex / Ti / Lega 625 / Lega C276 | Corrosività dei fluidi di processo |
| Spessore del rivestimento | 2 mm 6 mm (minimo 3 mm per ASME VIII-1 UW-13) | Spessore del rivestimento escluso dal calcolo della pressione, a meno che non sia completamente incollato |
| Forza di taglio dei legami (legati all'esplosione) | ≥ 140 MPa | Per ASTM B898 |
| Bondage di superficie coperta | ≥ 99% di superficie soggetta a dogana | Patch singoli non legati ≤ 100 mm2; totale ≤ 1% |
| Spessore della sovrapposizione della saldatura | 3 mm 6 mm minimo | Misurato dopo lavorazione fino alla superficie finale |
| Finitura superficiale dopo rivestimento | Ra ≤ 1,6 μm (per giunzioni estese) / Ra ≤ 3,2 μm (per giunzioni saldate) | Per TEMA |
Lo spessore minimo richiesto di un foglio di tubo è calcolato in base all'appendice A dell'ASME VIII-1 o al TEMA RCB-4.3- Formula semplificata per la misurazione preliminare:
t = F * (P * D) / (2 * S * E 0.2 * P) * C (correzione per l' efficienza del legamento del foro del tubo)
dove: F = fattore di progettazione (in genere 1,0 ± 1,5 a seconda del tipo di giunzione tubo-piastra), P = pressione di progettazione (più alta del lato del tubo o del lato della conchiglia, o differenziale), D = diametro del foglio del tubo,S = sollecitazione ammissibile alla temperatura di progetto, E = efficienza del legamento (area del legamento / superficie totale del passo)
L'efficienza del legamento η = (p ?? d) / p (per il passo triangolare), dove p = passo, d = diametro del foro
t = d * sqrt(C * P / S * E)
Dove: d = diametro del foglio di tubo (per piastre circolari), C = fattore di restrizione dei bordi (0,3 0,5 a seconda delle condizioni di supporto)
Per le giunzioni di tubi estesi: spessore minimo della lamiera ≥ 1,5* OD del tubo o ≥ OD del tubo + 20 mm (la maggiore delle due)
Per le giunzioni di tubi saldati: spessore minimo ≥ 1,0* tubo OD o ≥ 20 mm (la maggiore delle due)
Per il combinato (saldatura + espansione): spessore minimo ≥ tubo OD + 15 mm
| Metodo | Tolleranza | Applicazione tipica |
|---|---|---|
| Perforazione CNC | ± 0,05 mm ± 0,10 mm | Disegni di alta precisione, con più fori, fogli di tubi di grandi dimensioni |
| Perforazione radiale | ± 0,1 mm ± 0,2 mm | Fabbricazione convenzionale, tolleranze moderate |
| Perforazione di armi | ± 0,025 mm | Fori profondi (> 5* diametro), alta precisione |
| Perforazione a laser | ± 0,02 mm | Fogli di tubi sottili (≤ 20 mm) |
Per le giunzioni estese: la finitura della superficie del foro Ra ≤ 1,6μm
Per le giunzioni saldate: finitura della superficie del foro Ra ≤ 3,2 μm meno rigorosa; la fusione della saldatura richiede pulizia
Per le giunzioni combinate: Ra ≤ 1,6 μm (parte di espansione) / Ra ≤ 3,2 μm (area di saldatura)
Sgomberamento: tutti i fori devono essere sgomberati su entrambe le facce
Pulizia dei fori: soffio d'aria compressa o lavaggio con solvente per rimuovere le schegge e i residui del fluido di taglio
Il 100% dei fori controllati per il diametro con il manometro di spina (GO/NOGO) deve superare il manometro GO; il manometro NOGO non deve superare
100% dei fori controllati per le dimensioni dei legamenti (ponti) toleranza ± 0,2 mm
Per ogni campione (5%) di fori controllati per la finitura superficiale per comparatore, si deve effettuare un confronto visivo con lo standard
Controllo della perpendicolarità dell'apertura: indicatore di rotazione sulla superficie del foglio del tubo ± 0,5°
| Tipo di articolazione | Metodo | Forza di estrazione (min) | Servizio applicabile | Ispezione |
|---|---|---|---|---|
| Solo ampliato | Espansione idraulica a 160 ∼ 220 MPa, tenuta 5 ∼ 8 s; o espansione dei rulli | ≥ 20 MPa (CS) / ≥ 25 MPa (SS) | Fluidi puliti, non tossici, non ciclici | Prova idrotest + prova di estrazione del primo articolo |
| Soltanto saldate (saldatura a tenuta) | GTAW (TIG) filettatura saldata, gamba 1,5 ∼2,0 mm | N/A (solo ritenzione meccanica da saldatura) | Gas ad alta pressione, servizio idrogeno, fluidi tossici | 100% PT per ASME VIII-1 UW-51 |
| Saldatura + espansione (combinata) | Saldatura di tenuta + espansione idraulica a 160 ‰ 200 MPa | ≥ 25 MPa | Termica ciclica (> 500 cicli/anno), ad alta pressione, tossica | 100% di PT + prova idrotest + prova di estrazione |
| Saldato (penetrazione completa) | GTAW saldatura a penetrazione completa, giunto completo | ≥ 30 MPa | Pressione estrema (> 15 MPa), idrogeno, elevato fattore di sicurezza | 100% PT + 100% RT (spot) |
| Esame | Metodo | Portata | Criteri di accettazione (per ASME VIII-1) |
|---|---|---|---|
| Laminatura (placca) | UT (fascio rettilineo) | 100% della superficie della piastra (prima della perforazione) | Laminature ≤ 20 mm2 per 100 cm2; senza laminazione dei bordi |
| Fessure superficiali | PT (penetrante liquido) | 100% di superficie perforata + superficie di rivestimento | Nessuna crepa; porosità ≤ 0,8 mm; nessuna porosità a grappolo |
| Integrità dei legami placcati (se placcati) | UT (onda di taglio / scansione dei legami) | 100% di superficie placcata | Nessuna delaminazione > 20 mm; nessuna indicazione in cluster |
| Condizione della parete del buco | Borescopo (visivo) | 5% ∼ 10% di fori (casuale) | Nessuna foratura, graffi > 0,1 mm di profondità |
| Saldatura a foglio-conchiglia di tubi (se saldata) | RT / MT / PT | Per UW-51 (completo) o UW-52 (spot) | Per ASME VIII-1 UW-51 / UW-52 |
| Parametro | Tolleranza | Metodo |
|---|---|---|
| Diametro del foro (ID) | H11 per ISO 286 (ad esempio Ø25.2mm +0.13/0) | Indicatore della spina/micrometro di foratura |
| Deviamento del legamento a buco (ponte) | ≤ ± 0,2 mm | Comparatore ottico / CMM |
| Accumulazione di passo (più di 1 m) | ≤ ±1,0 mm | CMM / comparatore ottico |
| Piattazza della superficie del foglio di tubo | ≤ 1 mm per diametro di 1000 mm | Indicatore di marcia / rettangolo |
| Roverezza della superficie (coperta o CS) | Ra ≤ 1,6 μm (espansione) / ≤ 3,2 μm (saldato) | Comparatore di superficie / profilometro |
| Variazione dello spessore totale | ± 3% dello spessore nominale | Micrometro (a 5 punti) |
| Diametro del cerchio del foro del bullone | Per la norma ASME B16.5 per le flange | Modello / CMM |
| Allineamento del foro del bullone | ≤ 1,0 mm di deviazione dal disegno | Modello / CMM |
Se il foglio di tubo è fornito come componente autonomo (non assemblato al guscio), la prova idrostatica viene in genere eseguita dopo l'assemblaggio dello scambiatore di calore completo.vengono effettuati i seguenti controlli intermedi::
Prova di perdita del foro del tubo: applicare aria a bassa pressione (0,2 MPa) a ciascun foro (con inserito un tubo fittizio)
Per i fogli di tubi rivestiti: prova idrotest leggera (0,5 MPa) sulla superficie rivestita controllo di vesciche rivestite o di delaminamento accettazione: nessuna vescica visibile
Prova di pressione del foro del bullone (per fogli di tubo connessi a flange): controllo dell'integrità del foro del bullone non c'è perdita dal foro del bullone al foro del tubo sotto aria da 0,6 MPa
Certificati di prova dei materiali (EN 10204 3.1 o 3.2) ‡ piastra di base, materiale di rivestimento, materiali di riempimento
Rapporto sui dati ASME U-stamp (se applicabile) inclusi i calcoli di progettazione
Fogli dati TEMA (classe R/B/C) se applicabile
Rapporto di ispezione dimensionale (diametro del foro, passo, deviazione del legamento, piattezza, spessore)
Rapporti di EQM: UT (laminazione), UT (legame rivestito), PT (superficie), borescopio
Rapporto di prova della resistenza al taglio del legame di rivestimento (se rivestito ‡ legato a esplosione o legato a rotolamento)
Rapporto di finitura della superficie del foro del tubo (registrazioni del profilometro)
Specifica della procedura di saldatura (WPS) e record di qualificazione (PQR) se sono state applicate sovrapposizioni di saldatura placcate o saldature tubo-foglia-conchiglia
Grafico del trattamento termico post-saldatura (PWHT) se eseguito (registrazione tempo-temperatura)
Disegno (così come costruito) con coordinate, passo e dimensioni del modello di buco
Quando si ordina un foglio di tubo (nuovo, di ricambio o di ricambio), fornire:
Tipo di foglio di tubo
Shell ID e ID del canaleDetermina il diametro del foglio del tubo
Numero di tubi e modello di disposizione dei tubiTriangolare / Quadrato / Quadrato ruotato
OD del tubo e spessore della pareteDetermina il diametro del foro e il passo
Peso del tubo(distanza centro-centro) per TEMA o GB/T 151
Diametro del foro del tubo️ Tolleranza H11 secondo ISO 286
Tipo di giunzione tubo-piastra¢ Espansione / saldatura / combinazione / piena penetrazione
Spessore del foglio del tubo️ secondo l'appendice A dell'ASME VIII-1 o TEMA RCB-4.3
Materiale di fogli di tubi¢ CS / SS / Duplex / Ti / Leghe (solide o placcata)
Requisito di rivestimento(eventuale) materiale, spessore, metodo (con legame a esplosione / legame a rotoli / sovrapposizione di saldatura)
Pressione di progetto lato del tubo e lato del guscio (indicare anche la pressione differenziale)
Temperatura di progettoLato del tubo e lato della conchiglia
Tipo di connessione della flangia- RF (faccia sollevata) o RTJ (articolazione a anello) - se la lamina del tubo è a flange
Norma di perforazione delle flange ASME B16.5 / B16.47 o HG/T 20615
Requisito di PWHT¢ basato sullo spessore del materiale e sulla durata di servizio (per UCS-56)
Requisito di NDE¥ secondo la norma ASME VIII-1 o le specifiche del progetto
Trattamento superficiale(se richiesto) ️ decapaggio / passivazione / rivestimento / elettropolizia
Il foglio di tubo come prodotto autonomo è soggetto alle seguenti limitazioni:
Non è indicato per la pressione interna fino a quando non è montato con il guscio, i tubi e le flange
Deve essere abbinato al modello di bullone della flangia della conchiglia e alla superficie del sedile della guarnizione; i fori del bullone o il profilo della guarnizione non abbinati impediranno una corretta tenuta
Per i fogli di tubi rivestiti, la temperatura di funzionamento è limitata dalla temperatura massima di funzionamento più bassa del materiale di base o del materiale di rivestimento (ad esempio,Base CS + rivestimento in Ti → massimo 230°C a causa del limite di Ti)
Non adatto a fluidi di lato tubo o di lato guscio che superano la resistenza alla corrosione del grado di materiale selezionato
Non adatto a cicli termici che superino il limite di stanchezza della giunzione tubo-piastra (le giunzioni solo espanse sono limitate a < 500 cicli/anno; le giunzioni combinate sono raccomandate per > 500 cicli/anno)
Per diametri molto grandi (> 3.000 mm) o per sezioni molto spesse (> 300 mm), la disponibilità di piastre da forgiatura o da rotolamento può essere limitata
I fogli di tubi con rivestimento saldato richiedono un'attenta PWHT per evitare la crepa dell'idrogeno nel materiale di base e la sensibilizzazione nel rivestimento (per il rivestimento SS,può essere necessaria la ricottura in soluzione dopo la saldatura)
