Bundle TEMA per scambiatori di calore a fascio tubiero

Il fascio tubiero è il nucleo di scambio termico di uno scambiatore di calore a fascio tubiero: l'assemblaggio di tubi, piastre tubiere, deflettori, tiranti e distanziatori all'interno del mantello. Costruito secondo le regole di costruzione TEMA — Classe R, C o B — il fascio determina le prestazioni termiche e rimane la parte che si usura, si incrosta e viene infine sostituita.

I fasci vengono forniti sia come componenti per nuovi scambiatori costruiti secondo API 660 sia come unità di ricambio per mantelli esistenti. Per lavori di sostituzione, il fascio deve corrispondere al diametro interno del mantello originale, alla lunghezza frontale del fascio e alle posizioni degli ugelli; il layout dei tubi, il passo e il materiale seguono le condizioni di servizio dell'unità installata.

TEMA e API 660 affrontano diversi livelli. TEMA fissa i dettagli costruttivi — spessore minimo delle piastre tubiere, requisiti per deflettori e tiranti, tolleranze — mentre API 660 aggiunge requisiti di progettazione, ispezione e documentazione. Un fascio di ricambio quotato "a norma TEMA" dovrebbe indicare esplicitamente la classe (R, C o B), poiché la classe determina lo spessore della parete e la copertura dell'esame.

Configurazioni del Fascio

Quattro configurazioni coprono la maggior parte delle applicazioni, identificate dalla lettera del fondello TEMA:

• Tubo fisso (fondelli posteriori L, M, N)— piastre tubiere saldate al mantello. Il fascio non è rimovibile; la pulizia è limitata al lato tubi o alla pulizia chimica del lato mantello. Costo inferiore, adatto a servizio pulito con moderato differenziale di temperatura.
• Tubo a U (U)— una piastra tubiera, tubi piegati di 180°. Espansione termica libera e completo sfilamento del fascio. La pulizia meccanica lato tubi è impraticabile alle curve; adatto a fluidi lato tubi puliti e alti differenziali di temperatura.
• Testa flottante ad anello diviso (S)— piastra tubiera flottante tenuta da un anello di supporto diviso. Il piccolo gioco fascio-mantello mantiene alte le prestazioni del lato mantello; il fascio è rimovibile e entrambi i lati sono pulibili.
• Testa flottante a passaggio (T)— piastra tubiera flottante passa attraverso il mantello. Il gioco maggiore costa area di scambio termico ma consente la rimozione del fascio e l'ispezione della testa senza aprire il giunto del mantello; adatto a servizio con incrostazioni, alta manutenzione.

Per progetti di sostituzione, il tipo di fondello esistente definisce la costruzione del fascio. Un fascio ad anello diviso non può essere semplicemente sostituito con un design a passaggio senza modificare la geometria del coperchio del mantello e della guarnizione.

Componenti e Costruzione del Fascio

Tubi.Acciaio al carbonio senza saldatura secondo SA179, SA192 o SA210 Gr.A1; acciaio inossidabile saldato e senza saldatura secondo SA249 / SA213; duplex e titanio per servizio corrosivo. I diametri esterni di 19,05 mm (¾") e 25,4 mm (1") coprono la maggior parte dei layout.

Piastre tubiere.Lastre forgiate secondo SA266 Gr.2 o SA182, o lastre di acciaio al carbonio con sovrapposizione saldata resistente alla corrosione (316L, Alloy 625) dove il lato di processo lo richiede. Lo spessore è considerato il maggiore tra i risultati dei calcoli TEMA e ASME.

Deflettori e piastre di supporto.Deflettori segmentali con un taglio tipico del 20-25% e spaziatura dimensionata per la velocità e la caduta di pressione del lato mantello. Deflettori a doppio segmento, a disco e anello e deflettori a barra sono utilizzati dove le vibrazioni o le incrostazioni sono determinanti. Nei condensatori, le piastre di supporto sostituiscono i deflettori dove la caduta di pressione è il vincolo.

Tiranti e distanziatori.Quantità e diametro seguono le tabelle TEMA in base al diametro del mantello; tengono ferma la posizione dei deflettori e mantengono rigido il fascio durante la movimentazione.

Protezione dall'impatto.Una piastra di impatto o una disposizione di tubi dummy è fornita dove le condizioni di ingresso del lato mantello superano i limiti TEMA, o dove il fluido è erosivo o bifase.

Layout e passo dei tubi.I layout triangolari a 30° impacchettano più area in un dato mantello; i layout quadrati a 90° aprono corsie di pulizia di almeno 6 mm per la pulizia meccanica del lato mantello. La scelta è determinata dalla tendenza all'incrostazione del fluido lato mantello.

Giunti Tubo-Piastra Tubiera

Il giunto è dove i fasci falliscono, e TEMA/API 660 lo trattano di conseguenza. Esistono tre livelli di connessione, spesso combinati:

• Solo espansione— espansione meccanica o idraulica nel foro della piastra tubiera scanalato. Utilizzato per pressioni e temperature moderate.
• Espansione più saldatura di tenuta— la saldatura impedisce perdite; l'espansione sopporta il carico. Standard per servizio di raffineria Classe R.
• Saldatura di resistenza— la saldatura da sola sopporta il carico, utilizzata per servizio severo o dove l'espansione è impraticabile (parete sottile, titanio).

L'espansione idraulica è preferita per tubi a parete sottile e non ferrosi: evita l'incrudimento e lo stress residuo che l'arrotolamento meccanico introduce, il che è importante nei servizi con cloruri e H₂S umido. Le procedure di saldatura sono qualificate secondo ASME Sezione IX._IntervalloComponente

Materiali comuni

Parametro_IntervalloDiametro del fascio (ID mantello)

DN150 – DN2000

— il disegno originale del layout dei tubi, quando disponibile, definisce il numero di tubi, il passo, la spaziatura dei deflettori e le tolleranze. Questo è il percorso preferito; la deviazione dimensionale è limitata alle tolleranze TEMA documentate.

Su misurazione

— dove i disegni sono persi, il fascio o il mantello vengono misurati sul campo: ID mantello, lunghezza frontale del fascio, numero di tubi, diametro esterno e passo dei tubi, numero e spaziatura dei deflettori, posizioni degli ugelli. Il layout ricostruito viene confermato con l'acquirente prima della fabbricazione.

• Per fasci rifoderati che riutilizzano piastre tubiere esistenti, le condizioni dei fori dei tubi e il tipo di giunto devono essere verificati prima che i nuovi tubi vengano arrotolati o saldati in essi.Input Richiesti per un Preventivo Fascio
• Diametro interno del mantello e lunghezza frontale del fascioTipo di fondello (fisso, a U, S o T) e classe TEMA

Numero di tubi, diametro esterno, passo e angolo di layout — o il disegno originale

Materiali per tubi, piastre tubiere e deflettori, più eventuali requisiti di sovrapposizione o NACE

1. Tipo di giunto: espansione, saldatura di tenuta o saldatura di resistenza
2. Dati operativi — fluidi, temperature, pressione di progetto — quando le prestazioni termiche devono essere verificate, non solo la geometria
3. I preventivi basati solo sulla geometria possono essere evasi dagli elementi 1-5. Dove l'acquirente si aspetta che la sostituzione corregga una carenza termica, è richiesto l'elemento 6 — un fascio che corrisponde dimensionalmente al vecchio corrisponderà anche ai suoi limiti prestazionali.
4. Considerazioni sulla Manutenzione
5. I fasci rimovibili (tipi a U, S e T) consentono la pulizia meccanica del lato mantello; i layout a passo quadrato mantengono aperte le corsie di pulizia. I fasci a piastra tubiera fissa limitano la pulizia a metodi chimici sul lato mantello. Dopo ogni estrazione, i giunti tubo-piastra tubiera devono essere controllati per perdite prima del ricarico — un giunto che ha superato il test idrostatico sul banco può rilassarsi in servizio mentre il mantello e il fascio ciclano termicamente.