Scambiatore di calore a fascio tubiero compatto | Compatto / Montato su skid | Tubi fissi / a U | Materiali: CS / 304 / 316L / Ti
Panoramica – Scambiatore di calore a fascio tubiero compatto
Un piccolo scambiatore di calore a fascio tubiero è un'unità di trasferimento del calore compatta progettata per applicazioni a basso e moderato carico dove lo spazio, i tempi di installazione e i costi di capitale sono limitati. I diametri tipici del fascio variano da DN100 a DN500, con aree di trasferimento del calore da 1 m² a 50 m² per unità.
Questo prodotto è progettato e fabbricato secondo TEMA Classe C o B, ASME Sezione VIII Divisione 1 e GB/T 151. È adatto per il raffreddamento di processo, il condizionamento di campioni, il raffreddamento dell'olio idraulico, il campionamento del vapore, il servizio di impianto pilota e i sistemi ausiliari in impianti più grandi.
Applicazioni tipiche
| Applicazione | Fluido lato tubi | Fluido lato fascio | Carico tipico |
|---|---|---|---|
| Raffreddatore olio idraulico | Olio idraulico | Acqua di raffreddamento | 5 – 50 kW |
| Raffreddatore campioni | Campione di processo | Acqua di raffreddamento | 1 – 10 kW |
| Campionamento vapore | Vapore / condensa | Acqua di raffreddamento | 2 – 20 kW |
| Reattore impianto pilota | Fluido di processo | Fluido di riscaldamento o raffreddamento | 5 – 100 kW |
| Raffreddatore olio compressore | Olio lubrificante | Acqua di raffreddamento | 10 – 80 kW |
| Raffreddatore olio lubrificante ausiliario | Olio lubrificante turbina | Acqua di raffreddamento | 20 – 150 kW |
| Linea di dosaggio chimico | Soluzione chimica | Fluido di raffreddamento o riscaldamento | 1 – 30 kW |
Tipi di costruzione
Piastra tubiera fissa (TEMA L / M / N)
Tubi fissati a entrambe le estremità in piastre tubiere stazionarie
Fascio e piastre tubiere saldati o imbullonati
Adatto per fluidi lato fascio puliti e differenziale di temperatura moderato
Costo più basso e costruzione più semplice
Tubi a U (TEMA U)
Tubi piegati a forma di U, entrambe le estremità fissate a un'unica piastra tubiera
I tubi si espandono liberamente, accomodando un grande differenziale di temperatura
Fascio rimovibile per la pulizia lato fascio
Adatto per differenziale di temperatura elevato e lato tubi ad alta pressione
Testa flottante (TEMA P / S / T)
Una piastra tubiera fissa, una flottante
Fascio completamente rimovibile per la pulizia meccanica su entrambi i lati
Adatto per servizio con incrostazioni e grande differenziale di temperatura
Costo superiore rispetto a tubi fissi o a U
Parametri di progettazione
| Parametro | Intervallo | Nota |
|---|---|---|
| Diametro fascio | DN100 – DN500 | Ingombro compatto |
| OD tubi | 12,7 mm – 25,4 mm | OD inferiore per pressione superiore |
| Spessore parete tubi | 1,0 mm – 2,5 mm | Secondo ASME VIII-1 UG-27 |
| Lunghezza tubi | 500 mm – 3.000 mm | Limitato da trasporto e movimentazione |
| Area di trasferimento del calore | 1 m² – 50 m² | Per unità |
| Pressione di progetto (lato tubi) | Fino a 4,0 MPa | Disponibile superiore su progetto speciale |
| Pressione di progetto (lato fascio) | Fino a 2,5 MPa | Disponibile superiore su progetto speciale |
| Temperatura di progetto | -20°C a +400°C | Dipendente dal materiale |
| Passo tubi | 1,25 × – 1,5 × OD tubi | Disposizione triangolare o quadrata |
| Numero di passaggi tubi | 1, 2 o 4 | Secondo progetto termico |
| Numero di passaggi fascio | 1 o 2 | Secondo progetto termico |
Selezione materiali
Materiali tubi e piastre tubiere
| Materiale | Specifiche | Intervallo di temperatura | Applicazione |
|---|---|---|---|
| Acciaio al carbonio | SA-179 / SA-106 Gr.B | -20°C a +425°C | Acqua, olio, vapore, fluidi puliti |
| Acciaio inossidabile 304 / 304L | ASTM A213 | -196°C a +400°C | Fluidi leggermente corrosivi, vapore pulito |
| Acciaio inossidabile 316 / 316L | ASTM A213 | -196°C a +400°C | Acidi organici, soluzioni saline, cloruri ≤ 200 ppm |
| Titanio Gr.2 | ASTM B338 | -40°C a +230°C | Acqua di mare, salamoia, servizio ad alto contenuto di cloruri |
Materiali fascio
Acciaio al carbonio SA-516 Gr.70 per fluidi lato fascio non corrosivi
Acciaio inossidabile 304L / 316L per fluidi lato fascio corrosivi
Il materiale del fascio può differire dal materiale dei tubi per ottimizzare i costi
Materiali guarnizioni
| Tipo di guarnizione | Intervallo di temperatura | Limite di pressione | Applicazione |
|---|---|---|---|
| Fibra non amianto | -40°C a +250°C | ≤ 4,0 MPa | Servizio generale |
| Spirale (SS + grafite) | -196°C a +450°C | ≤ 10,0 MPa | Alta temperatura e pressione |
| Busta in PTFE | -40°C a +200°C | ≤ 2,0 MPa | Servizio corrosivo e ad alta purezza |
Parametri di progettazione termica
| Parametro | Intervallo tipico | Nota |
|---|---|---|
| Coefficiente di trasferimento del calore globale (acqua-acqua) | 800 – 1.500 W/m²·K | Dipende dalla velocità e dalle incrostazioni |
| Coefficiente di trasferimento del calore globale (olio-acqua) | 200 – 600 W/m²·K | Dipende dalla viscosità dell'olio |
| Coefficiente di trasferimento del calore globale (vapore-acqua) | 1.000 – 2.500 W/m²·K | Dipende dalla qualità del vapore |
| Velocità lato tubi (liquido) | 0,5 – 2,5 m/s | Velocità più elevata aumenta l'HTC ma anche la perdita di carico |
| Velocità lato fascio (liquido) | 0,3 – 1,5 m/s | Limitato dalla perdita di carico ammissibile |
| Perdita di carico lato tubi ammissibile | 20 – 50 kPa | Secondo requisito applicativo |
| Perdita di carico lato fascio ammissibile | 20 – 50 kPa | Secondo requisito applicativo |
| Fattore di incrostazione (acqua) | 0,0001 – 0,0003 m²·K/W | Secondo tabella TEMA |
| Fattore di incrostazione (olio) | 0,0002 – 0,0005 m²·K/W | Secondo tabella TEMA |
Configurazioni standard
Piastra tubiera fissa – Cassa imbullonata
Fascio: Tubo senza saldatura o lamiera arrotolata
Piastra tubiera: Imbullonata tra flangia fascio e flangia cassa
Cassa: Cassa imbullonata con connessioni flangiate
Connessioni: Filettate NPT o flangiate secondo ASME B16.5
Applicazione tipica: Acqua di raffreddamento, olio lubrificante, raffreddamento campioni
Tubi a U – Fascio rimovibile
Fascio: Tubo senza saldatura con chiusura flangiata su un'estremità
Piastra tubiera: Piastra tubiera stazionaria singola
Fascio: Rimovibile per la pulizia lato fascio
Connessioni: Flangiate secondo ASME B16.5
Applicazione tipica: Differenziale di temperatura elevato, servizio vapore
Unità montata su skid
Scambiatore di calore montato su uno skid in acciaio strutturale con tubazioni, valvole e strumentazione
Include: Manometri temperatura, manometri pressione, indicatori di flusso e valvole di controllo secondo necessità
Dimensioni skid: Tipicamente 1,0 m × 0,8 m a 2,5 m × 1,5 m
Occhielli di sollevamento forniti per trasporto e installazione
Applicazione tipica: Impianto pilota, sistemi ausiliari, località remote
Fabbricazione e ispezione
Giunto tubo-piastra tubiera
Solo espanso: Espansione idraulica a 160 – 200 MPa, mantenimento 5 – 8 secondi
Solo saldato: Saldatura d'angolo GTAW, gambo 1,5 – 2,0 mm
Saldato + espanso: Saldatura di tenuta più espansione per servizio ciclico
Test con penetranti al 100% sui giunti saldati
Test di trazione sul primo articolo, obiettivo ≥ 20 MPa per acciaio al carbonio
Collaudo idraulico
Pressione di prova: 1,3 × pressione di progetto secondo ASME VIII-1 UG-99
Tempo di mantenimento: ≥ 30 minuti
Accettazione: Nessuna perdita di pressione e nessuna perdita visibile
Mezzo di prova: Acqua pulita con inibitore di corrosione
Controllo dimensionale
Diametro e lunghezza fascio
Schema fori piastra tubiera
Orientamento e sporgenza ugelli
Dimensioni complessive e posizione occhielli di sollevamento
Documentazione per spedizione
Certificati di prova materiale secondo EN 10204 3.1 o 3.2
Scheda tecnica TEMA completata secondo progetto
Rapporto di ispezione dimensionale
Rapporto di collaudo idraulico con grafico di pressione
Rapporti NDE per PT e RT come eseguiti
Specifiche di procedura di saldatura e record di qualifica della procedura
Disegno as-built
Manuale di funzionamento e manutenzione
Checklist di selezione – Scambiatore di calore a fascio tubiero compatto
Nomi fluidi lato tubi e lato fascio
Temperature di ingresso e uscita per entrambi i lati
Pressione di progetto per entrambi i lati
Temperatura di progetto per entrambi i lati
Carico termico richiesto in kW
Perdita di carico ammissibile per entrambi i lati
Preferenza materiale per tubi e fascio
Preferenza tipo TEMA: fisso, a U o a testa flottante
Tipo di connessione: filettata o flangiata
Montaggio: Autonomo o montato su skid
Requisiti di strumentazione
Standard applicabile: TEMA, ASME VIII-1 o GB/T 151
Dichiarazione di limitazione di progettazione – Scambiatore di calore a fascio tubiero compatto
Lo scambiatore di calore a fascio tubiero compatto è soggetto alle seguenti limitazioni:
È progettato solo per la pressione e la temperatura specificate. L'operatività al di fuori di questi limiti invalida il progetto.
Il design a piastra tubiera fissa può richiedere un giunto di dilatazione se il differenziale di temperatura tra tubi e fascio supera i 60°C per acciaio al carbonio o i 40°C per acciaio inossidabile.
Non si raccomanda un contenuto di solidi lato tubi superiore al 2% in peso senza filtrazione a monte.
La pulizia meccanica del lato tubi richiede tubi dritti e accesso a entrambe le facce delle piastre tubiere. I fasci a U non possono essere puliti meccanicamente all'interno dei tubi.
Per servizio con incrostazioni, si raccomanda un design a testa flottante o a U con fascio rimovibile.
L'acqua di idrotest per acciaio inossidabile deve avere un contenuto di cloruri ≤ 50 ppm per prevenire la criccazione da tensocorrosione.
Le unità montate su skid richiedono una fondazione piana e un accesso adeguato per la manutenzione.
