Un fascio di tubi a pinne è il componente primario di trasferimento di calore di uno scambiatore di calore raffreddato ad aria (ACHE).con una lunghezza massima non superiore a 50 mm,Il fascio è installato all'interno di un vano strutturale, dove l'aria ambiente viene forzata o trascinata attraverso le superfici a pinne da ventilatori assiali o centrifughe,rimozione del calore dal fluido di processo che scorre all'interno dei tubi.
Questo prodotto è progettato e fabbricato secondo le norme API 661 (Air-Cooled Heat Exchangers for General Refinery Service), ISO 13706 e, se del caso, TEMA Class R o B.Il pacchetto è fornito come assemblaggio completo, compresi i tubi, le pinne, i fogli di tubi, le caselle di testa, i telai laterali e le ruote di sollevamento, pronti per l'installazione in un vano ACHE esistente o nuovo.
Il fascio di tubi con pinne è configurato in base ai requisiti ACHE per il tipo e il sito:
Fascio orizzontale: i tubi sono orizzontali; l'aria scorre verticalmente verso l'alto (flusso forzato) o verso il basso (flusso indotto).
Fabbricazione a cornice A: due fasci piatti inclinati in forma di V invertita (vertice in alto); ventilatori sotto soffiano aria verso l'alto attraverso entrambe le superfici inclinate.
Fabbricazione a V: due fasci piatti inclinati a forma di V (vertice in basso); ventilatori sopra tirano l'aria verso l'alto.
Disposizione del flusso d'aria:
Trattamento forzato: ventilatori sotto il fascio spingono l'aria attraverso i tubi; accesso più facile alla manutenzione; costi di installazione inferiori.
Corrente indotta: ventilatori sopra il fascio attirano l'aria attraverso i tubi. migliore distribuzione dell'aria; minore ricircolazione; protegge il fascio dalla pioggia e dalla neve.
Fabbricazione a partire da:
OD del tubo (base): 15,88 mm 50,8 mm (5/8" a 2")
Spessore della parete del tubo: 1,2 mm ∼ 5,0 mm (senza cuciture o saldate, per ASTM o equivalente)
Lunghezza del tubo (tra i fogli di tubo): 2,0 m ∙ 12,0 m (secondo la norma API 661)
Passaggio del tubo (centro-centro):
Trasversale (corrente d'aria trasversale): 1,5 * a 2,5 * tubo OD
Lungo (lungo il flusso d'aria): 1,5 * a 2,5 * tubo OD
Disposizione dei tubi: intagliato (triangolare) o in linea (quadrato).
Materiali per tubi (per condizioni di servizio)
| Materiale | Specificità | Intervallo di temperatura | Limite di cloruro | Applicazione |
|---|---|---|---|---|
| Acciaio al carbonio SA-179 / SA-106 Gr.B | ASTM A179 / A106 | -20°C a +425°C | Non applicabile | Acqua, petrolio, idrocarburi puliti, vapore |
| Inossidabile 304L / 316L | ASTM A213 TP304L/316L | -196°C a +600°C | ≤ 200 ppm | Fluidi corrosivi, vapore pulito, alimenti/farmaci |
| Doppia sede 2205 | ASTM A789 S32205 | -40°C a +280°C | ≤ 300 ppm a 80°C | Idrocarburi contenenti cloruro, al largo |
| Titanio di grado 2 (TA2) | ASTM B338 | -40°C a +230°C | Fino a 20.000 ppm | Acqua di mare, salamoia, raffreddamento ad alto contenuto di cloruro |
| Copper-nickel C70600 | ASTM B111 | -40°C a +200°C | < 500 ppm | raffreddamento marino, acqua salata |
Pinne Tipo e parametri dei dispositivi di fissaggio
Sono disponibili i seguenti metodi di fissaggio a pinna sul tubo, selezionati in base alla temperatura di esercizio, all'ambiente di corrosione e al ciclo termico:
| Tipo di pinna | Metodo di attacco | Temperatura di funzionamento massima | Materiali delle pinne | Applicazione tipica |
|---|---|---|---|---|
| L-piede (ferita da tensione) | Ferita al piede a forma di L sotto tensione | ≤ 150°C | Aluminio 1100, rame C1100 | Frigoriferi a gas a bassa temperatura, intercooler |
| KL-piede (L grovigliato) | Superficie del tubo grattugiata + piede meccanicamente intrecciato | ≤ 320°C | Alumini 1100 | Gas di processo a media temperatura, post raffreddatori |
| LL-piede (L sovrapposto) | Il piede sovrapposto copre completamente il tubo OD | ≤ 177°C | Alumini 1100, rame C1100 | Ambiente costiero/marino, protezione dalla corrosione |
| altri, di larghezza superiore a 30 cm | Fabbricazione a partire da prodotti della voce 8528 | ≤ 230°C | Alumini 1100 (esterno) | Ambienti offshore, marini e ad alta corrosione |
| Saldati ad alta frequenza | di larghezza superiore a 50 mm | ≤ 450°C | Acciaio al carbonio, inossidabile | raffreddamento a gas ad alta temperatura, recupero del calore di scarto |
| Non aventi pinne | ️ | Fino a 600°C | Come materiale per tubi | Gas pulito ad alta temperatura, vapore, bassa contaminazione |
Geometria delle pinne (tipico secondo API 661)
| Parametro | L-piede / KL / LL | Altri prodotti | Saldati ad alta frequenza |
|---|---|---|---|
| Altezza delle pinne (sopra il tubo OD) | 8 mm 16 mm | 8 mm 16 mm | 8 mm ️ 19 mm |
| Permettere la diffusione di un'informazione su un prodotto | 7 115 | 7 ¢ 11 | 2 7 |
| Spessore delle pinne | 0.25 mm 0.5 mm | integrale (equivalente a 0,4 mm ± 0,8 mm) | 0.8 mm 3.2 mm |
| Proporzione di superficie (estesa / nuda) | 10 ¢ 23 | 10 ¢ 20 | 6 ¢ 15 |
Considerazione della resistenza del legame di pinna
Per i tipi di pinne a ferita a tensione (L-foot, KL-foot, LL-foot), il legame meccanico tra pinna e tubo introduce una resistenza al contatto termico.
Per le temperature sul lato del tubo superiori a 120 °C, per i nuovi fasci si applica in genere un valore di conduttanza dei legami di 2.000 ∼ 5.000 W/m2·K.
I fasci in servizio possono avere una ridotta conduttanza dei legami a causa del ciclo termico; una superficie supplementare del 3% o 30% è spesso inclusa nella progettazione (a seconda della temperatura di funzionamento e del tipo di legame).
Le pinne estruite e quelle saldate ad alta frequenza non presentano alcuna resistenza all'incollaggio. La pinna è legata integralmente o metallurgicamente, fornendo un contatto termico completo.
Fogli di tubi
Localizzazione: estremità anteriori (inlet) e posteriori (uscita) del fascio
Spessore: 15 mm ∼ 80 mm, per ASME VIII-1 / TEMA RCB-4.3
Materiale: acciaio al carbonio, acciaio inossidabile o acciaio placcato
Tolleranza di diametro del foro: H11 per ISO 286 (ad esempio, Ø25,2 mm +0,13/0)
Finitura del foro: Ra ≤ 1,6 μm per giunzioni estese; Ra ≤ 3,2 μm per giunzioni saldate
Ritenzione dei tubi: i tubi vengono espansi, saldatisi o combinati (saldatura + espansione) in fogli di tubi
Caselle di intestazione (manifold di ingresso / uscita)
Tipi secondo l'API 661:
Testa di spina (spina a filo o a bullone) per l'accesso al tubo; bassa o media pressione
Capo della piastra di copertura
Testa del collettore di tubi ¥ costruzione saldata; alta pressione, nessun accesso al tubo
Construzione: sezione retangular o rotonda; connessioni a flange secondo ASME B16.5 / B16.47
Partiture di passaggio: deflettori interni per configurare passaggi singoli, due o quattro laterali
Numero di pressione di progettazione: 0,1 ∼ 10,0 MPa (disponibile su misura)
Connessioni di scarico e di ventilazione: accessori NPT a filettatura o saldatura a presa a punti bassi/alti
Cornici laterali e leghe di sollevamento
struttura strutturale: canale in acciaio o trave a I, progettata per sostenere il peso del fascio durante il sollevamento, il trasporto e l'utilizzo
Scalature di sollevamento: saldate a quadri laterali o a fogli di tubi con un peso nominale di 2* (fattore di sicurezza)
Punti di supporto: posizionati per ridurre al minimo l'abbassamento del tubo e mantenere la planarità del fascio entro ±3 mm su tutta la lunghezza
| Parametro | Intervallo tipico | Altre note |
|---|---|---|
| Velocità della superficie dell'aria (avvicinamento) | 1.5 ️ 4,0 m/s | Selezionato in base alla potenza del ventilatore e ai limiti di rumore |
| Velocità di massa dell'aria (attraverso il fascio) | 6 kg/m2·s | Sulla base dell'area libera tra i tubi e le pinne |
| HTC convettivo a bordo (equivalente tubo nudo) | 30 ¢ 120 W/m2·K | Dipende dalla geometria delle pinne, dalla velocità e dal materiale |
| Efficienza delle pinne | 40% ∼ 90% | Calcolato secondo metodi standard (Kern / ESDU) |
| HTC complessivo (aria-tubo, riferito alla superficie nuda) | 15 ¢ 60 W/m2·K | Tipico per i fasci di pinne ACHE |
| Caduta di pressione sul lato dell'aria (in tutto il fascio) | 100 ¢ 300 Pa | Per il limite di progettazione API 661; ventilatore selezionato di conseguenza |
| Temperatura ambientale di progettazione | -40°C a +55°C | Sulla base di dati meteorologici locali |
| Superficie del fascio del fascio per unità | 10 ¢ 200 m2 | Codice delle tariffe doganali |
Preparazione dei tubi: Tubi tagliati in lunghezza, estremità a bisella (se saldate), OD e spessore della parete verificati.
Applicazione delle pinne: pinne attaccate ai tubi per tipo specificato (avvolgimento, estrusione o saldatura)
Perforazione di lamiere di tubi: Perforazione CNC di fogli di tubi alla tolleranza H11; depurazione e pulizia dei fori.
Inserimento del tubo: tubi inseriti attraverso le lastre di tubo anteriori e posteriori.
Fabbricazione a partire da prodotti della voce 8528: ampliato (idraulico o a rulli), saldato o combinato per ogni tipo di giunzione.
Allegato di intestazione: intestazioni saldate o avvitate a fogli di tubi; partizioni di passaggio installate.
Assemblaggio del telaio laterale: Supporti strutturali e bracci di sollevamento.
Prova idrostatica: Fascio completo testato a 1,3 * pressione di progettazione sul lato del tubo secondo ASME VIII-1 UG-99.
Verniciatura e rivestimento: Superfici esterne (cornici e teste in acciaio al carbonio) sabbiate a Sa2.5, rivestito di epossidio ricco di zinco e rifinito con rivestimento in poliuretano ± spessore minimo della pellicola secca di 250 μm.
Ispezione dimensionale
| Articolo | Tolleranza | Metodo |
|---|---|---|
| Dose eccessiva di tubo | ± 0,11 mm | Micrometro (campione) |
| Altezza delle pinne | ±0,5 mm | Calibro / modello |
| Peso delle pinne | ±0,2 mm per 100 mm di lunghezza | Modello / ottico |
| Lunghezza complessiva del fascio | ± 1,5 mm | Nastro di misura / laser |
| Modello di buco nella lamiera del tubo | Per disegno | CMM / comparatore ottico |
| Orientazione del fianco della testa | Per ASME B16.5 | Modello / protratore |
Esame non distruttivo (NDE)
| Esame | Metodo | Portata | Accettazione |
|---|---|---|---|
| Saldature da tubo a foglio | PT (penetrante liquido) | 100% (se saldato) | Nessuna crepa, porosità ≤ 0,8 mm |
| Saldature a pinna (saldate ad alta frequenza) | Visuale + PT (campione) | 100% visivo; 5% PT | Nessuna crepa, nessuna pinna allentata |
| Saldature a testa | RT o UT | Per ASME VIII-1 UW-51 / UW-52 | Per codice |
| Condizione interna del tubo | Borescopo | 5% di tubi (casuale) | Nessun graffio > 0,1 mm, nessun blocco |
Prova idrostatica (lato del tubo)
Pressione di prova: 1,3 * pressione di progetto * (S alla temperatura di prova / S alla temperatura di progetto) per ASME VIII-1 UG-99
Medio di prova: acqua pulita con inibitore della corrosione (cloruro ≤ 50 ppm per l'acciaio inossidabile)
Tempo di attesa: ≥ 30 minuti
Accettabilità: nullo calo di pressione; nessuna perdita visibile da giunzioni di tubi, testate o tappe
Prova di perdita pneumatica (se specificata)
Pressione di prova: aria o azoto di 0,6 MPa
Detezione delle perdite: applicazione di bolle di sapone su tutti i giunti e saldature
Accettazione: Nessuna bolla; tasso di fuga ≤ 1*10−5 Pa·m3/s per metodo di apertura equivalente
Compressore Intercooler / Aftershooler
Fluido laterale del tubo: aria compressa o gas naturale (dopo compressione)
Temperatura laterale del tubo: ingresso 120°C ∼ 180°C, uscita 40°C ∼ 60°C
Pressione: 0,5 - 10,0 MPa
Materiale del tubo: acciaio al carbonio (aria) / 304L (gas naturale con CO2/H2O)
Tipo di pinna: L-piede (≤ 150°C) o KL-piede (150~180°C)
Geometria delle pinne: OD 25,4 mm * 2,0 mm di parete; altezza delle pinne 12,5 mm; 10 FPI
Righe del fascio: 4 6 righe
Velocità della superficie dell'aria: 2,5 ∼ 3,5 m/s
ΔP lato aria: ≤ 200 Pa
Condensatore aereo di raffinazione
Fluido laterale del tubo: vapore di idrocarburi + vapore (spesa di distillazione)
Temperatura laterale del tubo: ingresso 100°C ∼ 150°C (condensamento), uscita 40°C ∼ 60°C
Pressione: 0,1 ∼ 0,5 MPa (da vuoto a quasi-atmosfera)
Materiale del tubo: acciaio al carbonio (non corrosivo) o 316L (acido)
Tipo di pinna: L-piede o KL-piede (Al 1100) for H2S service, estruso con tubo 316L
Geometria delle pinne: OD 25,4 mm * 2,0 mm; altezza delle pinne 12,5 mm; 10 FPI
Righe di fascio: 4 file; inclinate 1:50 verso l'uscita per il drenaggio del liquido
Caldaio a gas naturale (dopo disidratazione o compressione)
Fluido laterale del tubo: gas naturale trattato
Temperatura laterale del tubo: ingresso 60°C ∼ 100°C, uscita 30°C ∼ 45°C
Pressione: 4,0 ∼ 10,0 MPa
Materiale del tubo: 316L o Duplex 2205 (se presenti cloruri)
Tipo di pinna: estrusso (Al 1100 esterno) per la protezione contro la corrosione in mare aperto/costiera
Geometria delle pinne: OD 19,05 mm * 2,0 mm; altezza delle pinne 12,5 mm; 10 FPI
Righe di fascicolo: 2 ∼ 3 righe (basso calo di pressione)
Velocità della superficie dell'aria: 2,0 ∼ 2,5 m/s
ΔP lato aria: ≤ 150 Pa
Condensatore a vapore raffreddato ad aria (ACC)
Fluido laterale del tubo: vapore (gas di scarico della turbina) che si condensa in acqua, condizione vuoto
Temperatura laterale del tubo: ingresso 60°C ∼ 100°C, uscita 35°C ∼ 45°C
Pressione: vuoto (10 50 kPa assoluto) pressione esterna progettata per ASME VIII-1 UG-28
Materiale del tubo: acciaio al carbonio (galvanizzato o rivestito) o acciaio inossidabile (in caso di ammoniaca/cloruri)
Tipo di pinne: saldate ad alta frequenza (legame metallurgico) pinne di acciaio al carbonio galvanizzate a caldo
Geometria del tubo: tubi ellittici o ovali piatti (reducendo ΔP sul lato aereo) con pinne a piastra o pinne saldate a elica
Orientazione del fascio: telaio A o telaio V (inclinato a 60° verso l'orizzontale)
Flusso d'aria: correnti d'aria indotte (ventilatori sopra)
Caratteristiche particolari: fasci inclinati 1:80 verso la testata di raccolta del condensato; protezione da congelamento (tracciamento del vapore o riscaldamento elettrico per il funzionamento invernale sotto 0°C)
L'inquinamento da parte dell'aria (polvere, polline, depositi chimici) aumenta il calo di pressione e riduce il trasferimento di calore.
ΔP sul lato dell'aria supera il ΔP progettato del 30% (per API 661)
L'aumento della ΔP sul lato dell'aria raggiunge 50 Pa al di sopra dell'inizio della corsa (a seconda di quale si verifichi prima)
Metodi di pulizia:
Lavaggio con acqua: spruzzo a bassa pressione (≤ 1,0 MPa) per depositi idrosolubili
Soffio d'aria: aria compressa (≤ 0,6 MPa) per polveri secche sciolte
Pulizia chimica: detersivo alcalino o acido (approvato per le pinne di alluminio; evitare soluzioni ad alto contenuto alcalino)
Pulizia laterale del tubo: non meccanicamente fattibile in un fascio fisso (i tubi non possono essere rimossi singolarmente).o utilizzo di sistemi di pigging in linea (per tubi di diametro maggiore con curve lisce).
Certificati di prova dei materiali (EN 10204 3.1 o 3.2) ‡ tubi, pinne, fogli di tubi, teste, acciaio strutturale
Fogli di dati API 661 compilati (o foglio di dati ISO 13706)
Scheda dati TEMA (classe R/B se applicabile)
Rapporto sui dati ASME U-stamp (se applicabile)
Rapporto di ispezione dimensionale (lunghezza del fascio, disposizione del foro del foglio del tubo, geometria delle pinne, OD del tubo)
Parametri del processo di fissaggio delle pinne (tensione di avvolgimento, pressione di estrusione, corrente di saldatura)
Rapporto di prova idrostatica (con registrazione del grafico di pressione)
Rapporto di prova di perdita pneumatica (se eseguito)
Rapporti di EQM PT, UT, RT come eseguiti
Specifica della procedura di saldatura (WPS) e record di qualificazione (PQR) per saldature tubo-piastra e saldature a testata
Disegno del fascio di tubi come costruito con numero di tubi, configurazione del passaggio, dimensioni dell'intestazione e posizioni del portatore
Specificativi di verniciatura/rivestimento e relazione di verifica dello spessore
Istruzioni di pulizia e manutenzione (se richieste)
Tipo ACHE Flusso forzato / Flusso indotto / A-frame / V-frame / Orizzontale
Orientazione del fascio: orizzontale / inclinata (angolo)
Materiale e dimensione del tubo (OD, spessore della parete)
Tipo di pinna L-piede / KL / LL / estruso / saldato ad alta frequenza / nudo
Materiale e geometria delle pinne (altezza, passo/FPI, spessore)
Pressione e temperatura di progettazione sul lato del tubo
Composizione del fluido laterale del tubo (corrosività, cloruri, H2S)
Caduta di pressione ammissibile sul lato del tubo
Temperatura dell'ingresso dell'aria (progettazione estiva)
Velocità della superficie d'aria o flusso d'aria totale
Caduta di pressione ammissibile sul lato dell'aria (in genere 100 ± 300 Pa)
Tipo di intestazione Plug / cover-plate / manifold per tubi
Numero di passaggi laterali singolo / due / quattro
Numero di tubi e disposizione dei tubi (per comparti esistenti o nuovi)
Requisiti di protezione contro la corrosione (rivestimento, galvanizzazione o materiali speciali per pinne/tubi)
Protezione contro il congelamento (per il servizio ACC)
Restrizioni di sollevamento e trasporto (peso e dimensioni massime)
Norme applicabili API 661 ISO 13706 TEMA Specifica del cliente
Il fascio di tubi a pinne è soggetto alle seguenti limitazioni intrinseche:
È progettato solo per la pressione e la temperatura specificate sul lato del tubo; il funzionamento al di fuori di questi limiti annulla il progetto.
Le prestazioni sul lato dell'aria dipendono dalla temperatura dell'aria ambiente e dall'inquinamento; la capacità di raffreddamento diminuisce con l'aumento della temperatura ambiente.
La pulizia del lato del tubo non è meccanicamente fattibile in un fascio fisso, è necessaria pulizia chimica o pigging on-line per i servizi di inquinamento.
L'inquinamento da parte dell'aria aumenta il calo di pressione e riduce il trasferimento di calore; è necessario mantenere regolari orari di pulizia.
Per i fasci a pinne che operano in condizioni di congelamento, devono essere fornite adeguate protezioni contro il congelamento (inclinazione, drenaggio e riscaldamento) per i servizi di condensazione.
La temperatura massima della punta della pinna non deve superare i limiti specifici del materiale (ad esempio, in L-piede ≤ 150°C; estruso ≤ 230°C; saldato ad HF ≤ 450°C).
Per il servizio di ciclismo termico (> 500 cicli/anno), non sono raccomandati i tipi di pinne a ferita a tensione (L, KL, LL) ¢ utilizzare pinne estruse o saldate ad HF.
Il fascio deve essere installato su una struttura di supporto a livello; un eccessivo disallineamento provoca la distorsione della lamina del tubo e la perdita di giunzione.
Per una pressione molto elevata sul lato del tubo (> 10,0 MPa) o un vuoto estremo, consultare la progettazione personalizzata dell'intestazione e del foglio del tubo.
